在大氣層裡「打水漂」，原來這才是登月後安全返回的最重要一步

上文書講到了科馬洛夫死和加加林的死，這都是前後腳地事兒。那時候蘇聯的航天事業正好走黴運，失敗的概率很高。就在這幾年，發射的月球探測器多半也是失敗的。有的是根本飛不到月球，有的是撞到月球上墜毀。不過月球 10 號是人類第一個繞著其他天體旋轉的探測器，這還算是成功的。

不管是美國還是蘇聯，要想發射載人飛船去月球，那麼有個很大的問題要解決。那就是飛船再入的問題。就好像在地球上扔石頭一樣，你扔的越高，花的力氣就越大，石頭砸下來就越狠。這就是個動能和勢能轉換的問題。飛船打到月亮上，碰到的也是這個問題，從月亮返回的飛船速度會非常快。直接了當的衝進大氣層，是根本無法消耗那麼多動能的。這該怎麼辦呢？

打水漂的彈道

當時美蘇兩國都想到了一個辦法，那就是讓飛船打水漂。上次我們講過，科馬洛夫駕駛的聯盟 1 號在再入大氣層的時候，就打過一次水漂。但是從月球歸來，打水漂的彈道和聯盟號相差很大，這必須是經過試驗才能決定的。蘇聯在這方面的探索早於美國人。

蘇聯發射了一個月球探測器，叫探測器 4 號，其實就是不載人的聯盟飛船，這個計劃是為太空人繞月飛行做準備的，當初蘇聯不是把繞月和登月分給了兩個設計局嘛。所以，這艘不載人的飛船是由切洛梅的質子號火箭發射的。這東西飛行軌道的遠地點達到了 32 萬公裡，距離是足夠了。但是方向並不是對著月球的，根據蘇聯的官方說法，是為了排除月球的幹擾，畢竟這只是純粹的彈道實驗，不想有月球的引力摻雜在其中。

探測器逛了一大圈，從 32 萬公裡之外返回地球。但是再入大氣層的時候控制得不太好，飛船一頭扎向了西非外海，沒有落到蘇聯境內，沒辦法，控制人員只能引爆了探測器。這次任務獲得了部分成功，但是最後一步失敗了。

1968 年，蘇聯還搞了兩次探測任務，但是都發射失敗了。原本計劃下一次就讓太空人繞月飛行的，現在看來還不行。

阿波羅4號發射

當時美國走得還比較順利，他們已經完成了阿波羅 4 號任務，這是土星 5 號火箭的第一次發射。哥倫比亞廣播公司的播音員在控制中心進行現場解說，當土星 5 號的的發動機點燃的時候，把播音員嚇得不輕，他感覺到房子都在顫抖，聲音大得像火山爆發。別看控制中心離 39 號發射臺距離很遠，但是當時仍然震得天花板都掉下來了。土星 5 號的第一次亮相就給大家強烈的震撼。

阿波羅 4 號主要測試的就是第 1 級和第 2 級火箭。第 3 級火箭也測試了在太空重新點火。別忘了，土星 5 號火箭的第 3 級就是土星 1B 火箭的第 2 級。所以只有下面的兩級是第一次使用。美國人為了趕進度，1 級和 2 級也就一次全上了。儘管如此，美國人還是非常強調地面測試的，哪怕在地面炸了，也好過在太空出事兒。因為地面上炸了總是好找線索，好分析故障原因的。在太空炸了，那你就全靠猜吧。

這一次比較順利，阿波羅飛船達到了從月球返回的速度，對高速再入大氣層做了測試，最後落在了太平洋中心，實驗還算圓滿。

登月飛船地面測試

下一次發射是阿波羅 5 號，主要是為了測試登月艙，用的是土星 1B 火箭。火箭把登月艙送進了 200 公裡高的橢圓軌道。登月艙分為兩部分，底下的底座和 4 條腿是下降級，上面的是上升級。這次為了省事，4 條腿就沒裝。下降級帶有一個反推火箭，用的是偏二甲肼和四氧化二氮作為燃料，這種常溫組合特別適合上面級和衛星等等要長期儲存燃料的東西。這個發動機需要能夠深度調節推力，需要能靈活控制油門大小。這個發動機可是很重要的，我們以後再說它。

地面控制下降級的火箭啟動，但是自動控制系統出了故障，開了 4 秒就熄火了。後來地面遙控又開了兩次，還算順利。

登月飛船結構

上升級也帶有發動機，登月順利的話，下降級背著上升級，開著反推火箭，輕輕地降落到月球表面，等太空人在月球表面幹完了活兒，要回家了。那麼坐進上升級，屁股上的發動機一點火，就把下降級給扔在月球表面了，回家不用帶這累贅玩意兒。上升級的火箭發動機推力不大，只要能把上升級加速到 2.4 公裡/秒，就能脫離月球表面，進入月球軌道，然後找阿波羅飛船匯合，踏上回家之路。

地面人員控制著上升級和下降級分離，看來這個火箭也是好用的。最後這兩部分分別墜入大氣層燒毀，實驗是成功的。

這幾次看上去美國人手氣挺順的，但是下一次發射阿波羅 6 號的時候就出事兒了。問題出在了第二級和第三級的 J-2 氫氧發動機上。2 號發動機在工作了 263 秒以後，燃燒室壓力下降，後來乾脆完全關機。旁邊的 3 號發動機也跟著關了機。這時候火箭上的計算機開始協調發動機之間的補償，第 2 級剩下的 3 臺發動機儘量頂替滅掉的 2 臺，延長一下燃燒時間，也能對付過去。

土星5號第3級的J-2發動機

但是，禍不單行，第三級只有 1 臺 J-2 發動機，本來燃燒了 170 秒以後關機了，等到需要再一次開機的時候，第 3 級的發動機居然沒反應。NASA 的地面監控人員差點氣得吐了血。怎麼接二連三的掉鏈子啊？

還好，飛船最後還是達到了預定軌道。而且剛好飛船發射的幾天之前，林登·詹森總統宣布不參加連任競選。大家注意力都不再阿波羅 6 號身上，等到飛船發射上太空了，馬丁路德金在田納西州遇刺身亡，公眾的主要注意力都被吸引過去了，沒人關注 NASA，NASA 這個臉丟的不明顯。

但是馬歇爾太空中心是負責火箭研發的，他們難辭其咎。6 臺 J-2 發動機居然壞了 3 臺，這個問題很嚴重，你不能依靠這樣的發動機帶著太空人去月球。馮·布勞恩要發火，當然是找洛克達因公司算帳嘛。負責 J-2 發動機的項目經理是卡斯滕霍爾茨，他頓時就成了「千夫所指」，在卡納維拉爾角的一個大會議室裡，阿波羅計劃上上下下那麼多項目經理，把他罵了個狗血噴頭。

J-2發動機測試

卡斯滕霍爾茨回到洛克達因公司，他弄了個行軍床，就住在辦公室裡，是不是有點華為工程師的架勢？帶著一幫工程師 24 小時不眠不休地做實驗。土星 5 號的第 2 級已經墜入大氣層燒掉了，第 3 級在太空裡飛呢。他們上哪兒去找故障原因啊？遙測數據也不完整，J-2 火箭的數據通道被其他數據給擠佔了，這麼多次都沒出故障，大家都沒拿 J-2 發動機當回事兒。

怎麼辦呢？去看電影，當時現場安裝了攝像機，拍攝了大量的影片。在試車臺上也拍了大量的影片做記錄，大家分頭去看，看看有沒有端倪。卡斯滕霍爾茨注意到一個細節，一段波紋管上結了冰。這根管道是給發動機輸送輔助燃料的，J-2 發動機是低溫氫氧發動機，液氫是零下 250 度，液氧是零下 180 度。空氣中的水蒸氣在管子上凝結成冰了。

卡斯滕霍爾茨知道，在地面是會結冰的，因為地面有水汽，但是在太空，那是完全真空的環境，根本不可能有水汽，也就不可能結冰。難道問題出在太空環境和地面不一致上？

這是完全有可能的，在地面實驗的時候，因為波紋管結了冰，振動特性就改變了，因此不容易引起共振，在太空，沒有結冰，結果剛好發動機的振動和波紋管共振了，導致管道被震斷了，於是發動機就熄火了。

土星5號第2級的5臺J-2發動機

洛克達因公司有模擬太空環境的實驗室。卡斯滕霍爾茨拿了 8 根波紋管到真空實驗室裡去做實驗。復現 J-2 發動機在太空工作的狀況，結果這 8 根管子全都斷了。原來問題就出在這裡。只要換用另外材料的不鏽鋼波紋管，問題就解決了，大家算是長出了一口氣。

所以，航天系統的測試是非常嚴格的，稍有疏忽就會惹出麻煩。這也凸顯出地面測試的重要性。

蘇聯人這時候扳回了一局，在 1968 年的 9 月份，質子號火箭把探測器 5 號發射到了太空。前三級火箭把探測器送到了 160 公裡高的軌道上。最後從地球軌道去月亮的路程，要靠上面級的推力了，上面級把探測器送進了地月軌道。

探測器5號

但是，探測器 5 的軌道稍有偏差，最終繞月而過，最近的時候距離月亮不到 2000 公裡，探測器轉了個大圈開始返回地球。蘇聯倒是先於美國找到了在大氣層裡打水漂的正確方式，而且他們在飛回地球的時候還拍下了最清晰的地球照片，算是一個重要的成果吧。

不過呢，飛船返回的軌跡還是比較陡峭，飛船的導航系統出了毛病。蘇聯人這次算是學乖了。早就做了防備，萬一飛船掉進印度洋的話，必須要安排船隻，所以他們就在印度洋布置了 8 艘船待命。最後，飛船果然掉到了印度洋裡，最近的蘇聯船隻在 105 公裡以外。而且飛船還是夜裡掉下來的，黑燈瞎火的不太好找。

飛船進入大氣層的軌跡是非常陡峭的，如果載人的話，人很可能是吃不消的，好在飛船是無人的。但是飛船還是攜帶了一些生物參與繞月飛行。飛船上裝了果蠅的卵，還有大麥小麥的種子以及胡蘿蔔之類的。反正這些東西都是不會動的，不在乎飛船是不是下降太快，衝擊力太大。

但是，飛船上也有會動的，這二位是滿不在乎，頭尾四肢往殼子裡一縮，人家硬是撐過來了。鬧了半天，蘇聯人弄了兩隻「忍者神龜」上太空。好處是這二位特別的老實，不吃飯也死不了。蘇聯人就是要看看，去月亮溜達一圈，體重減輕多少，飛船總共用了不到七天的時間就轉了一圈，由此可以計算出烏龜的計算新陳代謝數據。

等飛船被撈起來，運回蘇聯，足足花了 4 天時間。等到把返回艙打開一看，這兩隻忍者神龜還真能忍，這壽星老真的不是吹牛吹出來的。還活得好好的呢。這兩隻烏龜回到地面以後，食慾還不錯，真是吃嘛嘛香。這次太空之旅體重減輕了 10%，對照組的烏龜沒上太空，就在地上餓著，人家體重減輕了 5%。蘇聯人給烏龜做了體檢，發現這純粹是餓的，問題不大。反正這次實驗表明，從月球返回以後在大氣層內減速是完全行得通的。這項技術能夠確保太空人在完成登上月球的任務以後是可以安全的返回的。

蘇聯人的一系列無人實驗顯然給了美國人壓力。美國下一步就要完成阿波羅飛船的載人飛行了，也就是阿波羅7號任務。發射飛船的火箭還是土星 1B，這也是美國第一次把 3 個人送入太空軌道。美國人不敢馬虎，生怕阿波羅 1 號的悲劇重演。因此，所有的火箭發動機都在地面做了 8 次點火試車。

阿波羅 7 號的太空人採用了 1 老帶 2 新的模式，也就是參加活動水星計劃和雙子座計劃的瓦爾特·施艾拉，他是指令長，帶著兩個同伴唐·艾斯利和瓦爾特·康尼翰。這兩個人是新手，第一次上太空。指令長施艾拉本來是個非常愛開玩笑的人，這人兒還是挺幽默的，但是在任務巨大的壓力之下，他的笑容不見了。在臨近發射的時候，他得了感冒，這讓他的脾氣變得更差。

埃斯利、施艾拉、康尼翰

感冒在地上不是什麼大病，最多是打噴嚏咳嗽，但是萬一嚴重了，自己這一組人被換掉怎麼辦？這是施艾拉不想看到的結果。所以他能不心煩意亂嗎？還好他們這一組人並沒有被換掉。

1968 年的 10 月 11 日，他們三個人坐進了阿波羅 7 號飛船的座艙裡。這一次的航程漫長，要足足在太空裡生活 11 天，儘管新的阿波羅飛船比雙子座寬敞得多，也舒適得多，但是在太空裡的確是很憋屈，你不能起身找個寬敞地方四仰八叉的躺下，你只能縮著。

土星 1B 火箭起飛非常的平穩，太空人們比乘坐雙子座飛船要舒服多了。當天的天氣也不是很好，風速有點偏快。很快，他們就被送進了地球軌道。他們的第一項任務就是聯繫和登月艙對接。這一次並沒有攜帶登月艙。他們操縱飛船小心翼翼地掉過頭來，和火箭的第二級練習對接，第二級火箭其實和土星 5 號的第 3 級是一樣的，火箭外殼像花瓣一樣張開。阿波羅 7 號飛船，慢慢對準花瓣，慢慢地接近。其實這就是一次模擬練習，並不是真的對接。

土星1B第二級火箭

在完成這次模擬任務之後，還要測試服務艙的發動機。這個發動機很關鍵。飛船飛到月球附近以後，靠這個發動機反推，飛船才能減速，然後被月球的引力捕獲，變成繞月飛行，最後回家的時候，也是靠這個發動機加速，離開月球軌道。所以這個發動機要開關好多次，必須進行測試，當這個發動機開機的時候，太空人們感覺屁股被狠狠踢了一腳。

剩下的事兒就不太多了，主要是完成漫長的太空生存。三個太空人都抱怨太空食品不好吃，其實他們吃的已經比雙子座任務要好了不少，但是他們仍然不滿意。主要是指令長的感冒變得很嚴重，鼻子堵了，而且還不斷打噴嚏，把其他人也傳染了。

阿波羅7號在佛羅裡達上空拍攝的照片

飛船裡安裝了多臺攝像機，地面人員是看得一清二楚。在失重環境下，施艾拉的鼻竇充血了無法消退，人的臉也浮腫了 ，也無法消退。腦袋跟豬頭一樣。他吃了點阿司匹林，但是一點用都沒有，所以他的脾氣變得越來越壞。

地面發來了指令，要求他們把電視直播設備的電源接通，這次是美國首次從太空對地面進行電視轉播。但是施艾拉心煩意亂，就是不配合，還和地面的指揮人員吵了一架，最後這事兒還驚動了 NASA 的高層。地面上的人怎麼勸施艾拉都沒用，大家頓時一個頭兩個大，這可怎麼辦啊？下回再說。