一直以來,網絡上有很多人都認為美國上個世紀的成功登月是一個假新聞,原因是因為最近幾十年來科學技術高度發達,然而再也沒有任何宇航員登上月球。更重要的是,人類從地球上發射到月球上時,需要用到火箭助推,而月球表面沒有任何火箭發射器,那麼到達月球表面的宇航員究竟是怎麼返航的呢?
為什麼要使用火箭?
在瞭解宇航員如何從月球上返航之前,我們先了解一下為什麼宇航員登月要使用火箭助推。
牛頓曾經做過一個思想實驗,他認為,如果在一個高山上架設一個足夠理想的炮台,該炮台可以發射任意速度的炮彈。
如果炮台發射的炮彈速度較低,那麼炮彈會呈拋物線一樣,飛到一定高度會再次落到地面上。
如果炮台發射的炮彈速度足夠快,那麼炮彈將永遠也不會落在地面上。原因是因為地球是一個球狀,如果炮彈發射的速度足夠快,那麼炮彈每下落100米,地球表面也會下落100米,所以炮彈永遠不會落在地球上。
牛頓還認為,如果把炮彈的速度再提高一些,可能該炮彈就會掙脱地球的引力,飛向太空中。
事實上,牛頓的思想實驗後來被人證實,人造衞星就是牛頓思想實驗中的永遠不會落在地面的炮彈;而人造宇宙飛船則是會掙脱地球引力的炮彈。
其中人造衞星的速度,至少要達到第一宇宙速度,而人造宇宙飛船的速度至少要達到第二宇宙速度。人類想要飛往月球,至少要達到第二宇宙速度,地球的第二宇宙速度至少要達到11.2千米/秒。在地球上,任何飛行器的速度都無法達到該速度,只有利用火箭助推,才可以使飛船速度達到第二宇宙速度,擺脱地球的引力飛往月球。
但是我們知道,月球上是不毛之地,不僅沒有人類,也沒有火箭發射場以及發射火箭必備的各種建築,那為什麼宇航員還能夠從月球上返航呢?
宇航員如何從月球上返航
其實在月球上返回地球,根本不需要火箭助推。原因也和第二宇宙速度有關。
相對於地球而言,月球的質量並不大,而質量的大小直接決定了引力的大小,所以月球的引力也比較小,在月球上蹦一下時,跳得會比地球要高得多。
第二宇宙速度的大小和星球自身的引力有關,所以想要擺脱月球的引力,並不需要達到11.2千米/秒的速度,而是2.38km/s。
更重要的是,月球距離地球並不算太遠,在地月系統中,地球的引力佔據主導,飛船速度甚至不用達到第二宇宙速度,只用達到月球的第一宇宙速度1.8km/s即可。
阿波羅11號逃離月球表面時,就沒有使用火箭助推,而是他們所乘坐的飛船有一個登月艙。
登月艙又分為兩個部分,一個是下降階段的登月艙,一個是上升階段的返航倉。
當宇航員執行完月球表面的任務時,會乘坐返航倉,並與下降階段的登月艙分離,讓登月艙留在月球表面,原因是為了減少重量。
返回艙下面會噴發氣體,利用推力使返回艙速度達到月球第一宇宙速度1.8km/s,由於月球上大氣稀薄,所以空氣阻力幾乎為零,同樣的燃料之下,飛船上升的速度更快。
當返回艙達到月球的第一宇宙速度時,此時飛船會圍繞着月球轉動。而在月球軌道上,控制倉以及服務艙停留在這裏等候着對方,等到兩者匯合時,登月艙會重新與服務艙以及指令艙對接。
服務艙和指令艙會運行到地球軌道,並在地面指揮台的指揮下,宇航員們集中到指令艙內返回地球,完成整個登月的全過程。
總結
從月球上返回不用使用火箭助推也能離開,原因是因為月球的引力太小,以至於第一宇宙速度並不高。再者,在地月系統中,地球引力才是佔據主導地位。種種因素之下,使得即使月球上沒有助推器,宇航員也能返回地球。
但同樣的方法不能用在火星上,原因是因為火星質量較大,導致逃逸速度也較高,僅憑人類的飛行器無法達到火星的逃逸速度。再加上火星距離地球較遠,所以飛行器無法利用地球引力返回地球,因此在火星上,只有建設火箭發射器,才能夠保證人類順利返航地球,因此目前並沒有開展載人飛向火星的計劃。