目前,嫦娥五號的軌道器和返回器組合體攜帶此前採集的月壤樣品,正在月球軌道環月等待,尋找合適時機返回地球,這次,嫦娥五號可以說是中國有史以來最為複雜的航天任務,它也是1976年蘇聯月球24號探測器以後,人類時隔44年攜帶,又有探測器攜帶月壤回到地球。
中國嫦娥五號的月球任務的成功,也證明了阿波羅登月的真實性,為什麼會這樣說呢?
嫦娥五號其實是載人登月的1次技術驗證
1961年4月12日莫斯科時間上午9時07分,加加林乘坐東方1號宇宙飛船從拜科努爾發射場起航,在最大高度為301公裡的軌道上繞地球一周,歷時1小時48分鐘,於上午10時55分安全返回,完成了世界上首次載人宇宙飛行。蘇聯載人航天的成功,刺激了美國,美國決定搶先一步登陸月球,這就是阿波羅登月計劃的由來。
確定了計劃之後,首先要確定的是登月方案。經過長時間考慮,確定了三種方案,第一種是用大型火箭直接把飛船發射至月球軌道的「直接登月法";第二種是飛船分段送入地球軌道,再逐一對接後飛向月球的「 地球軌道交會法」;第三種是將飛船送入地球軌道,並推向月球的「月球軌道交會法"。第一種方案所需技術簡單方便,容易控制,但需昂貴複雜的特大功率火箭。第二種方案雖不需大型火箭,但總發射費用並不低,而且交會次數過多,不易控制。
第三種方案為NASA工程師約翰·霍博特所提出。霍博特設想用大型火箭把載有3名航天員的飛船送入地球軌道,火箭脫離後,飛船依靠慣性飛入月球軌道。2名航天員員進入登月艙,然後脫離飛船指令艙。登月艙用制動火箭減速在月面降落。返回時啟動登月艙的上升發動機,與飛船指令艙會合,太空人返入指令艙後便拋棄登月艙,開動指令艙火箭,脫離月球軌道而進入地球軌道。再入大氣層時,將指令艙後的服務艙拋棄,僅剩指令艙濺落在太平洋上。
最終因為技術原因,美國雖然採用了「月球軌道交會法」,但服務艙/指令艙組合體與登月艙/上升級組合體在地面不對接,在阿波羅登月中,阿波羅飛船的服務艙-指令艙組合體在發射後需要先在近地軌道和登月艙對接。而登月完成後,登月艙的上升級從月面發射進入月球軌道之後還要再和服務艙-指令艙在月球軌道上對接。
中國則完全採用的是第三種方案,阿波羅飛船有服務艙、指令艙、下降級、上升級,可以分別對應嫦娥五號的軌道器、返回器、著陸器、上升器。而且嫦娥五號在地面發射的時候就是合體狀態。
除此之外,過程和阿波羅登月並沒有兩樣,同樣的軟著陸月球後返回、同樣的離開月球表面後與正在繞月軌道上運行著的返回器進行對接、同樣是第二宇宙速度再入地球大氣層。
可以說,嫦娥五號的成功證明了阿波羅登月方案的正確性以及可操作性,也證明了阿波羅登月的真實性。
另外,嫦娥五號發回來的照片也更加證實了阿波羅登月的真實性,那就是月球土壤的照片,無論是阿波羅飛船還是嫦娥五號,月球土壤的特徵都是類似「完整平滑」雪地的感覺,而實際上,那都是由塵土堆積起的一層塵土殼。之所以會看起來很平整,是因為月表沒有空氣流動,沉積在月球表面的塵土層甚至10萬年都不會產生變化。
為什麼美國不再登月?
美國不再登月,是因為美國沒有如此大的資金和人力去支撐如此低效率、低可靠性的阿波羅登月計劃,美國阿波羅持續10年,每年消耗了2.5%的GDP。放到現在相當於每年5000億美元,堅持10年。也就是每年造40艘福特號航母,連續造10年。
阿波羅登月計劃先後有120所高校,20 000多家工廠,400多萬人參與了這項活動,可以說是整個航天史上歷時最長,規模最大,投資最多,也最富傳奇性的一次太空探險行動。
而現在美國機構臃腫,人浮於事,阿波羅時代美國可以召集全球最頂級的科學家,現在不行,那些因為阿波羅計劃而誕生的航天公司、航天中心,,比如阿拉巴馬州的馬歇爾太空飛行中心、密西西比州的斯坦尼斯航天中心,以及路易斯安那州的米丘德裝配工廠,他們都習慣於拿到這些工作和合同,既沒有太多的競爭,也不急於交付。一旦召集新的科學家加入,也就意味著有大量崗位要下崗。
阿波羅之後,不論是太空梭還是國際空間站,NASA使用的仍然是同一批承包商
正如藍色起源公司創始人傑夫貝索斯(Jeff Bezos)所說,這種心態保住了經濟,卻讓NASA難以實現長期目標。「現在,你的目標不是讓一個男人或者一個女人登上月球,而是要在讓這個女人登上月球的同時,保住我選區裡的N個工作崗位。」
NASA斯蘭格洛也宣稱,NASA之所以未能達成任何可以跟阿波羅相提並論的載人航天裡程碑,這些組織問題可能是最主要的原因之一。
「人們將技術視作是唯一缺失的拼圖,但在許多情況下,缺失的其實是管理技術的方式,是管理合同的方式,還有設置計劃的方法。這些事情也需要有所創新才行。」
因為機構臃腫人浮於事,再加上沒有錢,所以美國再也造不出阿波羅,再加上早期的月球探測活動是粗放的、代價巨大的、風險極高的,都是不可靠的。
土星五號完全是堆上去的,土星五號的第一級的F-1至今是世界上單室推力最大的液體發動機(680噸),然而發動機的性能卻並不高,燒室室壓不到10,對提高性能不利,燃氣發生器循環發動機室壓普遍低。
因為發動機的重量,土星五號總重量就達到了 2 9 8 3 噸,但發動機效率又不高,所以如此大重量運載能力還是比較低,月球軌道運載能力僅45噸,這也導致美國需要服務艙/指令艙組合體與登月艙/上升級組合體分開發射上去的原因。
所以美國為什麼不再造土星五號,因為技術已經過時,利用價值低,美國的阿波羅飛船的可靠性很低,當時阿波羅飛船所採用的很多技術非常冒險,很多的結構係數選值非常低,如果現在客觀的評估的話,據說可靠性的評估到不了50%。
飛船的艙內沒有顯示器,你找不到哪怕任何一塊顯示圖像的屏幕,除了小小的觀察窗和指示姿態的陀螺儀,其它就是大大小小密密麻麻一排排開關和指示燈。這也導致了阿波羅飛船只能靠人來駕駛。在降落地球的時候,飛船差點撞上環形山,幸虧阿姆斯特朗技術過硬,駕駛飛船躲開了。
阿波羅11號在從月球表面返回前,奧爾德林不小心碰斷了其中一個斷路器開關柄,差點兒害兩個人都死在月亮上。阿波羅13號發射後兩天,服務艙的氧氣罐爆炸,太空船嚴重毀損,失去大量氧氣和電力,三位太空人差點犧牲。這些都是因為時代原因,科技缺陷下帶來的低可靠性。
如果要再次載人登月,就要降低成本,就要依靠科技的發展去實現智能化、自動化、信息化,這樣才可以降低成本。舉一個簡單的例子,90年代的大哥大,通信質量差,但是因為生產力的原因,價格上萬,而現在智慧型手機的成本早已降到了三位數,不僅通信質量好,而且功能豐富。
美國馬斯克的龍飛船就是如此,龍飛船的內部幾乎沒有儀錶盤,僅保留最低限度的物理按鍵來應對極端情況,這樣可以讓飛船更加本身高度自動化,使得操作難度下降,屬於完全自動駕駛的宇宙飛船,可以實現全程自動化飛控,全自動對接空間站,全自動應急處理各項預案等。同時也可以重複使用,Space X曾預計一個座位僅需要2000萬美元,而俄羅斯一個座位就需要8600萬美元。你想想,這個價格有多便宜。
所以美國和蘇聯都不可能再用以前的火箭和探測器登陸月球。
總結
這也是美國這些年來為什麼沒有再次登月的原因,舉全國之力的偉大創舉,嚴重擠壓來其他學科的經費,影響了美國空間科學和空間應用領域的發展。但它也的確開闢了人類向宇宙進軍的新階段:它也將人類不斷超越自我,勇於冒險和挑戰的勇氣表現得淋漓盡致。同時,也實現了美國趕超前蘇聯的政治目的,除此之外,它還帶動了美國科學技術特別是推進、制導、結構材料、電子學和管理科學的發展,是航天探索道路上一座具有劃時代意義的裡程碑。
同樣也是為什麼中國嫦娥五號可以成功登月的原因,中國則是以科學研究為基礎的,步步為營的,成本可控的、可持續發展的。從而做到了智能化、無人化、自動化,以嫦娥五號為例,嫦娥五號的自主導航技術,具有全自主避障系統,在整個登月下降階段沒有一絲一毫的人為幹預,具有更高的可靠性。實際上,早在2013年的時候嫦娥三號首創了灰度安全點結合姿態機動粗避障、高度安全點結合位姿機動精避障的"接力避障"控制技術,,配置有導航慣性測量單元、雷射測距、光學成像、微波測距、雷射三維成像等一系列敏感器。
美國也曾經在2008年宣布研發探測器全自主避障系統,然而因為機構臃腫人浮於事,至今也沒有成功,所以美國現在前往火星的探測器都是選擇開闊平坦區域著陸。
這就是隨著科技的發展所帶來的必然性,這也是人類歷史進步的必然,就好像現在的汽車都是在往無人駕駛的智能化、自動化方向發展一樣。
可以說中國嫦娥五號是美國阿波羅登月計劃的進化版,是隨著科學的進步誕生的必然產物,而非舉國之力下創造的奇蹟,嫦娥五號的研發製造投入,再加上「長徵五號」運載火箭的投入,「嫦娥五號」發射計劃的總投入也才30億元。