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人类登月50周年的50个数字 精选

已有 3434 次阅读 2019-8-3 09:45 |系统分类:科普集锦

1969年7月21日协调世界时(UTC,近似于俺小时候学的格林尼治标准时间,但是以原子钟为标准02:56:15,三十九岁的美国宇航员Neil Armstrong走出登月舱,迈出了代表人类飞跃的那一小步, "That's one small step for [a] man, one giant leap for mankind."第一次踏上地球以外的星球。



这一人类历史上的伟大创举充满了太多的故事,启于两大政治敌对国的冷战竞争,却又在其鼎盛辉煌的四年登月行动后嘎然而止。之后的四十七年人类没有再重返月球。是不想,是不必还是不能?令人惊叹的是时至今日,对人类登月这一事件真实性的质疑声依然可以听到,随便搜一下网络就会找到大量的登月行动阴谋论的文章。

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尽管这些文章的里的质疑基本都可以被合理解释,但笔者认为之所以阴谋论得以生存,一个重要的原因就是登月计划是一项极其艰苦、极其危险还极其幸运的科技探索。半个世纪前的宇宙飞船里,电子设备的计算能力几乎还赶不上咱手里的 Huawei P30 pro(支持一下国货),然而NASA愣是以高频率和高成功率达成计划,难怪让一些人心存疑虑。不信咱们先来做个小测试:提问--完成登月并安全返回需要几大步骤(显然比把大象关进冰箱复杂多了)?


正确答案请观看下面这个动画演示

https://v.qq.com/x/page/o08256ad6jt.html

(另一个更好版本请移步本人公众号版本:科学乐趣生活)


所以答案是 13步 (当然我们也可以再进一步细分)。

点火--一级火箭脱落--二级火箭加速脱离地球轨道--月球指挥舱掉转180和月球着陆舱对接--二级火箭脱落--进入月球轨道--月球着陆舱脱离月球指挥舱--着陆月球--着陆舱点火--月球着陆舱对接月球指挥舱--月球着陆舱脱离月球指挥舱--进入地球大气层,月球指挥舱脱离地球着陆舱-安全坠落海中。


单单看这一些列操作,您应该和笔者同样惊叹登月计划的复杂程度。这其中任何一步出了差错宇航员就将面临死亡威胁,比如灾难性的apollo 1计划(参阅电影 First Man),再比如不幸中的万幸Apollo13计划 (参阅同名电影)。

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为了纪念人类登月50周年,BBC推出了系列文章Apollo in 50 numbers-阿波罗计划相关的50个数字。笔者稍作调整,编了一套“王一”版50个数字纪念人类登月:


1.    384400 公里

地球到月球之间的平均距离。实际上两球之间的距离是在405696 -363105公里间不断改变的。之所以可以精确测量这个距离,是因为在月球表面有五个叫Laser Ranging Retroreflectors-激光复归反射器 (LRR)的装置(分别来自美国三次登月行动和前苏联的两次无人登月计划)。通过天文望远镜发射反射接收激光信号完成测距实验:

距离 = 光速 × (反射信号接收时间 / 2)。一个有趣的发现是月球与地球的距离以每年3.8厘米的速率逐渐增加。


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From left to right, the Apollo 11, 14, and 15 retroreflector arrays. (Image credits: NASA.)



2.    250亿美金

阿波罗计划的总经费数。大约等同于如今的1750亿美金。以1965年为例,NASA的经费达到了政府总支出5%,相当于如今政府总支出的10%。所以说人类之所以在Apollo计划后没有再登月,一个原因就是太贵了!比如当时一件太空服的造价就是10万美金。在Apollo 17计划执行时,美国民意调查显示60%的人认为政府在太空方面开支太大了。

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3.    39705 公里/小时

阿波罗10号 返回舱进入地球大气层的再入速度。由于返回舱不可能携带很多燃料,所以进入大气层后的减速基本靠和大气摩擦完成,这也就意味着返回舱必须从形状和材料上做到抗高温(3000摄氏度)。

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4.    97 公里

登月宇航员在月球表面巡游的总公里数。在第一次登月过程中,两位登月者仅仅“蹦跶”了几百米。最后三次的登月行动中,因为载人月球车的加入,登月宇航员以时速大约10公里在月表“飙”了几次车,其中最后一次总行程达到了36公里。

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5.    80.5小时

人类在月球表面停留的总时间。第一次登月,月球漫步时间为 2小时31分。最后一次登月时,时间延长到了22个小时。

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6.    15

Apollo计划的实际次数。虽然Apollo计划一直编到了17号,但这其中没有正式命名Apollo 2 和Apollo 3。前面提到Apollo 1发生惨剧后,NASA不得不做出大量调整和新的测试,Apollo4、5、6都是无人飞行测试。Apollo 7-10 是载人飞行测试。Apollo 7和Apollo 9是近地轨道飞行任务。


7.    6

人类登月次数。包括阿波罗11至阿波罗17 (阿波罗13除外,虽然计划登月,但发射两天后因氧气罐爆炸最终放弃)


8.    32

参与Apollo实际飞行的宇航员数。


9.    24

进入月球轨道的宇航员数。这其中有三位宇航员分别参加了两次飞行计划。

nasa_1978astronautmeeting01-lg.jpg1978年部分登月宇航员的合影

10.    12 

登上月球的宇航员人数。

5ca376e1c6cc50389475d879-1200.jpg2019年健在的登月宇航员合影

11.    18

在六次成功登月计划中,一共有18位宇航员参与,每次都有三名,但是有一位必须留在月球轨道指令舱。


12.    73 小时

Apollo15 月球轨道指挥舱单独运行的时间。当登月舱脱离指挥舱后,宇航员Al Worden就开始了三天的“单飞”,当指挥舱进入月球背面时,他与地球和登月舱之间的通讯联系完全中断,“I was alone, but I was not lonely” Worden说,那一刻他是唯一在月球背面欣赏银河的人类。而他眼中的银河,已经不是一颗颗星辰,而是一条划过天穹的光亮”缎带“。

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13.    17

Apollo 15登月时在月球上留下了一个铭牌,上面镌刻了14位太空探索期间殒命的宇航员。这其中包括8位美国宇航员和6位苏联宇航员。美国宇航员有三位因Apollo 1事故殉难,四位死于飞行训练,一位因车祸丧生。苏联这边四位在宇航飞行事故中丧生,一位因病去世。最后一位是大名鼎鼎的宇航第一人尤里加加林。1968年3月27日他在一次例行飞行训练中意外丧生。其实这个14人的名单并没有包括当时所有去世的宇航员,由于涉及秘密行动,苏联的两位和美国的一位的宇航员没有被两国政府公诸于众。

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14.    4.5 立方米

登月舱的内部空间大小。笔者没有找到一张完全展示内部空间的照片,但设想一下,宇航员可以站立在里面,那么舱内高度大概2米,这样地板面积也就2.3平方米吧。登月舱内没有座椅更别说床了。Apollo 11 从登月舱脱离月球轨道指挥舱到完成任务和它重新对接,两位宇航员在这个狭小空间了待了大概28个小时。紧张的登月行动意味着没有太多休息的时间。即使想休息,窗外的光线,舱内机器的噪音都是无法回避的干扰。阿姆斯特朗只能躺在引擎上,而奥尔德林躺在地板上稍作休息。Apollo 12 的条件稍有改善,NASA给宇航员配了俩吊床。

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15.    38000 小时

宇航员在面进行模拟飞行训练的时间总和。前面提到宇航员在月球表面一共才待了80.5个小时,为了这不到四天时间的成功,每一个细节都要考虑周全反复测试练习。也正是这些精细的准备,才能让NASA能在后来的实际计划执行中多次化险为夷。

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16.    21

Apollo 11三位宇航员返回地球后被隔离的时间。因为担心宇航员会从外太空带回不可知“病虫害”,NASA将三位宇航员安置在一个隔离舱内观察了三个星期。

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同时NASA还对月球岩石做了毒性试验:将岩石磨成粉,注射到老鼠和鸟的体内,拌在食物中喂蟑螂,倒进鱼缸看鱼和牡蛎的反应。实验结果显示,除了牡蛎都死了,其它生物都健康无恙。这期间还发生了一个小意外,一位摄影师在给月球土样拍照时不慎摸了一手灰,不得不接受了一套彻底消毒。

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最近对这些月球岩石的研究发现,月球的年龄比以前估计的“老”了一亿年,在太阳系形成五千万年后,月球诞生了,也就是说月球的年龄是大约45.1亿年。


17.    110.6

土星5号的高度。作为历史上最大的火箭,土星5号更是目前使用过的最高、最重 (3039 吨)、推力最强的运载火箭。对比一下SpaceX的重型猎鹰运载火箭,后者的运载能力还没到达到土星5号的一半。土5火箭功率如此强大,以至于在Apollo12发射时制造出了闪电!直接导致指挥舱电脑失灵了。

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说到电脑,土5的设备是IBM设计的,用上了当时最先进的固体硅芯片,最终电脑的直径是6.7米,也算一最了。该款火箭一共制造了18枚,三枚用于地面测试,两枚从未被使用,其余十三枚全部成功发射,几乎包办了所有阿波罗计划的火箭发射任务,这其中包括了除Apollo 8以外的所有载人飞行任务。土星火箭的设计脱胎于木星火箭,而设计这两代火箭的灵魂人物都是Wernher von Braun-冯·布劳恩,就是二战为希特勒设计V-2火箭的那位。


18.     3.2公里/小时

火箭履带式运输车的最大时速。组装土星5这个庞然大物费时费力,各级火箭和太空舱要从距离发射台5公里左右的组装车间分头运到发射台。这个工作是通过履带式运输车完成的,一般运送一个部件的时间大概是16个小时。履带式的英文名叫Crawler,另一个意思是爬行者。5公里耗时16小时,这哪里是爬,简直是蠕动。

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19.    2800 卡路里

宇航员每日食品热量总卡路里数。依照目前西方普遍认同的热量消耗指南,成年男性每日需要2500卡能量补充。宇航员是一项艰苦的工作,尤其登月计划中宇航员要在狭小的空间忍受噪音和日光的干扰,加上巨大的精神压力,基本上无法正常休息,体重都会下降。比如阿姆斯特朗体重就降了四公斤。早期宇航员的食品配置单调而且只有冷餐,所以有人还偷带三明治。

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20.    3

有吃就有排。但是Apollo 16的三位宇航员遇到了除了拉撒以外的新挑战:肚胀。因为Apollo 15的宇航员出现了心悸的症状,医生认为可能是因为食谱里缺钠。于是下一次的登月计划的食谱中增加了柑橘类水果。然而这一调整意外地导致了宇航员频繁出虚功。想象一下,在封闭的宇航服里放屁,“自产自销”。。。。难怪宇航员气得直骂街““And I’ll tell you one thing, in another 12 f****** days, I ain’t never eating any more.”

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21.    80.5 美金

Apollo 11 号登月时插在月球表面的美国国旗的价格。这包括了5.5美金的国旗和75美金旗杆和悬杆。关于是否在月球上插美国国旗的问题是经过一番讨论的,另一个方案是插联合国国旗。主要的顾虑是否美国国旗代表了美国对月球声明所有权。

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最后的方案是还是插美国旗,但是为了表明动机纯正,特意打造了一个铭牌镶嵌在登月舱的梯子上。上面写了一句话:"Here men from the planet Earth first set foot upon the moon July 1969, A.D. We came in peace for all mankind"。

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22.    500

Apollo 14携带的树种量。这500粒树种环绕月球24圈后回到了地球,播种到美国各地,长出的树苗被统称为 “Moon Tree”-月树,遗憾没有桂树,要不然就真的成为所谓”月桂“了。

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23.    10

参与登月计划中最小的“工作人员”。

在Apollo 11启程返航不久,NASA轨道跟踪站站长Charles Force把他十岁的儿子Greg 带到了单位,并交给了他一项任务,给一个天线轴承抹润滑脂。原来负责保持返回舱和地面指挥中心通话的天线因一个轴承损坏无法正常工作。这直接威胁到宇航员们能否安全返航。由于从外部只能通过一个极狭小空洞接触这个轴承,站长想到了可以让儿子的小手伸进去完成轴承润滑的工作。小Greg出色地完成了任务,在登月计划的正式工作记录中也留下了他的名字和工作细节。小Greg其实仅仅是众多参与登月计划的一员,据统计,大约400000人直接参与了登月计划。

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24.    74 KB

Apollo指挥舱内电脑Apollo Guidance Computer (AGC)的只读内存容量 (ROM)。AGC还配备了 4 KB随机内存(RAM)(比较一下华为P30 pro,8 GB RAM + 256 GB ROM)。

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别小瞧这个公文箱大小的仪器,可以说它的研发成就了后来硅谷的诞生。当Apollo 11登月舱进入着陆程序后不久AGC死机了,宇航员在地面指挥中心的指令下试图重启AGC,但是AGC启了死,死了启,在短短四分钟折腾了五次,阿姆斯特朗最后一次重启电脑成功时,登月舱距月球表面仅244米!


25.    150

阿姆斯特朗在AGC反覆死机时的心率。生死一线间,Neil的心脏快跳出胸腔了。也不知这些当年的精神重压是不是对阿姆斯特朗的心脏造成了损伤,晚年他患上了冠心病,并接受了搭桥手术。遗憾的是手术似乎出了问题,不久阿姆斯特朗在医院病逝。他的家属因此要追究医院的责任,最终医院付了500万美金的封口费。150还不是宇航员心率的最高纪录,Gemini 9-双子座9A号计划中,宇航员Gene Cernan在太空行走工作中突然精神崩溃 心跳达到170,呼吸急促,万幸他勉力返回了太空舱。


26.    `2383

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上面这张著名的照片编号。Apollo 8计划让人类第一次看到了地球从“月平线”上升起。


27.    1

Apollo 11发射地面控制中心的女工程师数量。彼时女性在宇航探索领域很少能主持重要岗位,JoAnn Morgan是当时少数几位女工程师,也是唯一参与Apollo 11火箭发射控制的女性。她回忆当初开始为NASA工作时,女性往往被忽略。兴建的第一个三层办公楼里只有一个女卫生间,后来不得不把男厕所征用了。

练练你的眼神儿,能否在下图中找到JoAnn Morgan。

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28.    26

Honeysuckle Creek-金银花溪跟踪站的碟形天线的直径。

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话说美国登月这件事,除了有来自竞争对手苏联的压力推动,还有来自盟友的鼎力支持,这其中就包括了澳大利亚。NASA在美国、西班牙和澳洲设立了跟踪雷达站以确保对Apollo飞行器全天的监控。在Apollo11月穷球着陆后,澳大利亚的Parke 跟踪站被选为负责接收转播阿姆斯特朗踏上月球的历史时刻。然而在直播开始1分多钟后,NASA发现月亮在澳洲还没升起到理想高度,这导致 Parke站的64米直径的天线锅无法接收稳定信号,于是在直播进行到1分45时,NASA决定把信号切换到位于Parke东面的Honeysuckle Creek 站。当全世界大约6亿5千万观众收听或见证阿姆斯特朗走下舷梯,说出那句名言时,电视信号是转自堪培拉这个鲜为人知的跟踪站。大约8分钟后,Parke站信号足够稳定了,NASA又再次把信号切换了过去。


29.   2024

这个是第50个数字了。读者纷纷表示作者你是不是不识数啊,明明刚编到29。Well, 其实呢我是把要介绍的50个数字都用黑体字标注了,不信你就从头说一遍,第一个数是50呦。

Anyway, 在纪念人类登月五十周年之际,几乎所有人都会想到一个问题:何时重返?目前美国政府已经要求NASA重启登月计划,代号Artemis-阿尔忒弥斯。在希腊神话中Artemis是Apollo的孪生姐姐,是月亮女神。这个计划一个重点是要送一位女宇航员登月。和Apollo计划不同的是Artemis是一个政府和私营企业合作开发的项目。在政府无法全力支持Artemits的情况下,NASA希望私营企业能出钱出力承担绝大多数研发工作。而自己集中在研发大型发射火箭和载人太空舱。然而从目前形势看,太多的东西还在研发阶段,在不到五年的时间里能否完成实在是个大大的问号。当然这个计划还有一个更长远的目标,那就是登上火星 (Elon Musk表示这个必须带我玩儿)。

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除了美国,中国的登月计划正有条不紊地实施中,目前的目标是2035年左右实现登月。


最后献上大卫鲍伊的名曲: Space Oddity-太空怪谈。这首歌因为在Apollo 11发射前一周推出而应时爆火,虽然它的创作灵感来自电影 2001: A Space Odyssey,虽然歌词暗示了一次失败的航天飞行,这都没有阻挡它成为登月飞行的音乐代言。





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