火箭、電腦、智慧型手機,阿波羅登月計劃創新,全人類受惠至今!

2020-12-20 蔣曉峰Terry

7月20日,美國總統川普在他的個人社交帳戶上,發布了一段視頻。這一天具有歷史性意義。

他沒有給視頻寫文案,但所有人都明白內容,那就是阿波羅11號首度踏上月球的壯舉。

視頻中的一句話,「這是個人的一小步,卻是全人類的一大步」,將註定繼續流芳百世。

太空競爭造福後世人類

1961年,蘇聯太空人尤裡·加加林成為世界首位上太空的人類。

這一壯舉讓美國擔憂航太科技輸給蘇聯。

在時任美國總統甘迺迪指示下,美國國家航空暨太空總署NASA啟動迄今最龐大的月球探測計劃「阿波羅計劃」,並在1968年執行「阿波羅7號」任務,成功首度載送3名太空人繞行地球軌道,同時公開電視轉播。

50年前的「阿波羅11號」任務,寫下人類登陸月球歷史新頁。

美國登陸月球的斥資規模,只有興建巴拿馬運河和製造原子彈的「曼哈頓計劃」可比擬。

50年代啟動、1960年代成功的人類登月計劃,不僅締造史無前例的人類探險成就,而且為今天生活的我們帶來了影響深遠的變化。

時至今日,從天氣預測、衛星定位到智慧型手機,都要感謝當年人類挑戰太空的雄心壯志。

時值阿波羅11號登月50周年,NASA天文學家、威斯康辛大學密爾沃基分校教授克萊頓撰文,歷數登月計劃帶動的創新。

火箭技術

1957年10月4日,蘇聯發射史上第一顆人造衛星「斯潑尼克1號」(Sputnik 1),人類正式進入「太空時代」(Space Age),當時他們的發射載具技術,是來自二戰納粹德軍的「V-2」長程飛彈。

接下來就是一飛沖天:1959年1月4日,蘇聯「月球1號」(Luna 1)衝出地球重力場、飛越月球;1961年4月12日,蘇聯「東方1號」(Vostok 1)讓加加林成為第一位太空人。

1962年7月10日,美國第一枚通訊衛星「電星1號」(Telstar 1)對大西洋地區送出電視節目信號。

美蘇兩國雖然在太空領域激烈競爭,但是對於利用納粹德軍技術倒是志同道合,而且美國手上有一張王牌:德國火箭科學天才馮布朗,推升阿波羅任務的「農神5號」(Saturn V)火箭就是他的傑作。

農神5號的5隻F-1發動機每1秒鐘要燒掉12.9噸燃料,至今仍是人類的「火箭王」。

但今天火箭的成本要比半世紀前低廉許多。農神5號今天的造價超過10億美元,相比之下,SpaceX的「獵鷹重型運載火箭」(Falcon Heavy)「只要」9000萬美元,讓人類的太空事業如虎添翼。

人造衛星

火箭不但可以將人類送上月球,更為人類開啟了衛星時代。最常見的衛星繞行地球同步軌道,距離地表3.41萬公裡至3.644萬公裡,為人類提供通信、網絡連接、電視節目播送等服務。

微型化

太空任務使用的火箭必須力大無窮,但是在其他方面卻必須追求「輕薄短小」,以減少發射升空、抵達軌道所需的能量──就連阿波羅任務登月艙的艙壁,厚度也只有薄薄的兩張紙。

電腦的「微型化」尤其成績斐然,1940年代的「電子數值積分計算機」重30噸、耗電功率160瓦。到了1960年代,阿波羅導航電腦只有32公斤重、耗電功率70瓦。

1951年問世的第一部商用電子計算機「UNIVAC I」每秒鐘能執行1905個指令,但農神5號的導航電腦可以執行1.219萬個。

太空任務促使電腦業者不斷追求更小、更快、更節能的電腦設計。

時至今日,智慧型手機,運算速度是阿波羅11號導航電腦的1億多倍。

全球地面站網絡

將載具與人員送上太空是浩大工程,與他們保持聯絡同樣重要。

1969年登月任務之所以成功,要感謝由遍布全球的地面站組成的「深太空網絡」(Deep Space Network,DSN),讓地面控制員能夠與太空任務保持聯絡。

反觀地球

人類在奔向太空的同時也反觀地球。1959年8月14日,美國「探索者6號」(Explorer VI)衛星首度從太空拍攝地球的身影。

1968年12月24日耶誕節前夕,阿波羅8號拍下名留青史的「地球升起」(Earthrise),讓人類更能理解、珍惜地球在宇宙中的特殊地位。

航太業能發展到今天,是競爭的結果

蘇聯搶先一步,促使阿波羅計劃誕生。

1968年10月進行的阿波羅7號繞行地球軌道時,評估指揮艙數值,同年12月的阿波羅8號任務則在月球軌道上進行測試。

隔年3月執行阿波羅9號任務,在地球軌道上達成登月艙測試。

1969年5月阿波羅10號任務在月球軌道上完成「彩排」,並在同年7月前,阿波羅11號的最後一步:登陸月球均已準備就緒!

由於時值美蘇冷戰,雙方進行軍備競賽,儘管加加林為蘇聯贏得人類首次上太空的榮耀,但蘇聯後續的太空計劃都失敗收場。

不過,在阿波羅11號發射前3天,蘇聯發射無載人的太空梭「月球15號」(Luna 15)嘗試登月,卻因故障而墜落月球危海(Mare Crisium)。

1969年7月16日,「農神5號」(Saturn V)太空梭在美東時間上午9時32分升空,執行阿波羅11號任務,當時約有來自55國的3500家媒體報導,其中33國電視連線轉播,而光在美國就有2300萬人觀看。

時任總統理察·尼克森在NASA聯絡官博爾曼陪同下,在白宮收看農神5號升空。

進入月球軌道後,距離月球「科林斯隕石坑」(Sabine D)西南方19公裡的靜海(Sea of Tranquillity)南邊地帶。因為地面平坦而被選為登陸點。

太空人尼爾·阿姆斯特朗與巴茲·埃爾德林駕駛登月艙「老鷹號」(Eagle)進行登月任務。但因飛行速度過快,導致他們超過預定登陸點,最後距離月球表面約30公尺時,登月艙燃料僅能維持飛行90秒!

「個人的一小步,人類的一大步」

1969年7月20日,老鷹號登月艙成功降落月球表面,並在晚間啟動艙外行動,此行動比原定2小時還長。

此外,登陸月球約6個小時半之後,阿姆斯特朗踏上月球表面,寫下人類首度登陸月球的歷史裡程碑,當時他說:「這是個人的一小步,卻是全人類的一大步」!

與阿姆斯特朗一起踏上月球的埃爾德林,用「壯闊的荒原」來形容眼前看到的景色,2人一同立起美國國旗。

埃爾德林說:「所有要在月球上進行的任務中,我想升國旗是最容易的了。」

由於旗杆只能插進月球地表5公分,當時埃爾德林非常擔心幫阿姆斯特朗與國旗合照前,旗杆就先倒了。

尼克森總統使用無線電話與2人通話,原計劃長篇大論猛誇一番,但被要求長話短說。不過,他還是稱這是「白宮史上最具歷史意義的電話」。

艙外行動結束後,埃爾德林比阿姆斯特朗先返回老鷹號登月艙,之後與停留在月球軌道上的指揮艙哥倫比亞號會合。

當時,由麥可·柯林斯(Michael Collins)留守在哥倫比亞號上。

柯林斯說:「我告訴任務控制中心說:嘿,休斯敦,整個世界就在我的窗戶裡!」

1969年7月24日,3名太空人帶著完成人類登月的歷史大業成就,順利返回地球。

3名太空人中有2位仍在世,分別為88歲的柯林斯和89歲的埃爾德林。

阿姆斯特朗已經在2012年去世,享年82歲。

柯林斯7月16號,回到佛羅裡達州甘迺迪航天中心39A發射臺,也就是50年前同一天發射升空的地方出席座談會。

回憶當年經歷,他說:「我一直被問到,當我獨自在那孤獨的軌道上時,我不就是整個孤獨太陽系孤獨歷史中最孤獨的人嗎?答案是否定的,我覺得很好。我對我所處的地方感到高興,並能見證這複雜的任務展開」。

阿姆斯特朗和埃爾德林執行登月任務的一天,就標誌著美國在與蘇聯的「太空競賽」中得勝。

但1969年人類成功登月後50年,即便在國際太空站上強調跨國合作,俄羅斯仍在太空任務上與西方國家競爭。

美國副總統彭斯在50年紀念活動上再次表達了美國的雄心: 「我們慶祝英勇的太空人,當年完成了人類史上非凡的壯舉,以及那些支援他們的人。今天我們的堅決,是基建於他們的成就,美國將會再次在太空領域領先!」

他說,阿波羅11號是20世紀歷史的所有事件當中,到了30世紀還可能讓人覺得印象深刻的唯一事件!

何時重返月球?歷任美國總統永遠不同調

雄心可見!

但美國載人太空事業的未來一波三折,因為都知道要重返月球才能上火星,但每次登上大位的新總統都想改變前任總統目標,預算更不見得有如1960年代那麼慷慨,使負責執行的NASA不僅得克服技術難關,還得走出華盛頓的政治迷宮。

《大西洋月刊》(The Atlantic)報導,原本NASA打算讓太空人重返月球的時程是2028年,沒想到在川普總統授意下,今年春天NASA宣布提前至2024年,讓川普得以在第二任結束前看到,前提是他明年成功連任。

NASA目前最大問題是經費不夠,今年5月白宮才要求國會對明年度NASA預算再增加16億元。

如果要讓美國太空人重返月球,NASA可能得花上200億至300億元,而且與50年前阿波羅計劃不同的是,如今NASA非常仰賴民間太空企業的技術,比如馬斯克。

NASA準備先重返月球,讓太空人在月亮南極附近登陸,待確定能在月球上安全行動與工作後,再展開火星任務。

但川普顯然等不下去了,今年6月他的一條推文讓NASA上下大吃一驚。

川普說:「我們花了這麼多錢,NASA不應該只是講要上月球,50年前我們就辦到了。他們應該放眼更大的目標,包括火星在內」。

NASA署長布萊登斯坦說,為此他曾致電總統,川普告訴他,「我知道你們得先去月球,才能上火星,但你必須要好好宣傳火星」。

布萊登斯坦指出,主政者的選舉考量使得NASA載人太空計劃一再修改,而且下一位總統(如果不是川普連任)可能砍掉2024年的登月計劃,就像歐巴馬總統上任後,就把小布希總統的登月計劃改成火星計劃一樣,只是歐巴馬的雄心壯志也沒能走多遠。

聽聽當年的太空人怎麼說吧。

阿波羅三英雄之一的柯林斯,後來轉任負責公共事務的助理國務卿,因為工作需要經常赴國外出差。他在這個職務上意識到,阿波羅11號任務的成就並非只屬於美國。

他說:「我原來以為,不論到哪裡大家會說『你們美國人終於做到了』,結果大家是說『我們辦到了,我們人類終於脫離這個小小的行星,踏上別的地方了』」。

他說,「我覺得,美國必須成為世界強權,但是個非常友善的強權,而不是傲慢專橫的強權,也不是個想要獨霸天下的強權」。(完)

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