阿波羅8號第一個離開地球軌道的太空飛行器也是第一個到達月球並返回

阿波羅任務

1967年9月20日，美國國家航空航天局通過了七步計劃來執行阿波羅任務，最後一步是登月。阿波羅 4號和阿波羅 6號是「 A」任務，是對土星 五號運載火箭的測試，使用的是在地球軌道上指揮和服務模塊（CSM）的未開發的Block I生產模型。阿波羅 5號是「 B」任務，是對地球軌道上的LM的測試。 預定於1968年10月進行的阿波羅7號將是「 C」任務，這是CSM的載人軌道飛行。進一步的任務取決於LM的準備情況。早在1967年5月就已決定至少再增加四個任務。阿波羅 於1968年12月將8計劃為「 D」任務，這是對低空軌道的LM的測試，而Borman的機組人員將執行「 E」任務，這是更嚴格的LM測試於 1969年初在橢圓形的中地球軌道（如阿波羅9號）上飛行。「 F」任務將在月球軌道上對CSM和LM進行測試，而「 G」任務將是月球降落。

1968年2月1日，在汽車裝配大樓（VAB）中架設了AS-503的第一階段

LM的生產落後於計劃，當Apollo 8的LM-3於1968年6月到達甘迺迪航天中心（KSC）時，發現了一百多個重大缺陷，這是載人太空飛行器中心（MSC）的負責人Bob Gilruth的領導。），以及其他人得出的結論，即LM-3不可能在1968年準備飛行。[31]的確，交付期可能會拖到1969年2月或1969年3月。按照最初的七步計劃，這意味著推遲「 D」和隨後的任務，並危及該計劃在1969年底之前登月的目標。[32]喬治·洛 1968年8月，阿波羅太空飛行器計劃辦公室的經理提出了一個解決方案，以使該計劃在LM延誤的情況下仍能正常進行。由於下一個CSM（標為「 CSM-103」）將在LM-3飛彈發射前三個月準備就緒，因此僅CSM任務可以在1968年12月進行。 該CSM無需重複阿波羅7號的「 C」任務飛行可以一直送入月球，並有可能進入月球軌道並返回地球。新的任務還將使NASA能夠測試登月程序，否則這些程序將不得不等到阿波羅 10號，預定的「 F」任務。這也意味著可以取消中地球軌道「 E」任務。最終結果是只有「 D」任務必須推遲，1969年中的登月計劃仍可按時完成。

1968年8月9日，Low與Gilruth，飛行主管Chris Kraft和飛行機組運營總監Donald Slayton討論了這個想法。然後，他們飛往阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾太空飛行中心（MSFC），會見了KSC主任庫爾特·德布斯，阿波羅計劃主任塞繆爾·C·菲利普斯，羅科·彼得羅恩和韋恩·馮·布勞恩。卡夫（Kraft）認為從飛行控制的角度來看該建議是可行的。德布斯和彼得羅同意，下一個土星五號AS-503可以在12月1日之前準備就緒。馮·布勞恩（von Braun）對困擾阿波羅（Apollo）的彈簧震動問題充滿信心 已修復6。 NASA的幾乎每位高級經理都同意這一新任務，理由是他們對硬體和人員都充滿信心，而且繞月飛行的潛力極大地鼓舞了士氣。唯一需要說服力的人是NASA管理員詹姆斯·韋伯（James E. Webb）。在他的機構的全力支持下，韋伯批准了這次訪問。阿波羅 8號正式從「 D」任務改為「 C-Prime」登月任務。

隨著阿波羅8號任務的改變，斯萊頓問麥迪維特是否仍然想駕駛它。麥克迪維特拒絕了。他的工作人員花了很多時間準備測試LM，而這正是他仍然想要做的。然後，Slayton決定調換D 和E 任務的主要和後備人員。這種互換也意味著要交換太空飛行器，要求Borman的乘員使用CSM-103，而McDivitt的乘員將使用CSM-104，因為CM-104不能在12月準備就緒。大衛·斯科特（David Scott）對於為CM-104放棄他一直密切監督的測試的CM-103感到不滿意，儘管兩者幾乎完全相同，而且安德斯（Anders）對成為沒有LM的LMP飛機並不熱心。[35] [36]相反，為了使太空飛行器具有正確的重量和平衡，阿波羅 8號將攜帶LM測試物品，即LM-3的樣板模型。

在阿波羅計劃中添加壓力，使其1969年登陸的目標是通過提供蘇聯的Zond 5使命，這顯然有些活物，包括俄羅斯陸龜，在cislunar繞月環和他們返回地球9月21日。在美國航空航天局和新聞界內部的猜測是，他們可能準備在1968年底之前執行類似的繞月任務發射太空人。

太空梭103的安裝和配合，以便在VAB中發射AS-503運載火箭以完成阿波羅 8號任務

阿波羅8號機組人員目前居住在甘迺迪航天中心的人員區，在發射前一夜受到了查爾斯·林德伯格和他的妻子安妮·莫羅·林德伯格的訪問。他們談論林德伯格在1927年飛行之前如何用一根細繩測量地球上從紐約市到巴黎的距離，並據此計算飛行所需的燃料。他攜帶的總量是土星V每秒燃燒的數量的十分之一。第二天，林德伯格（Lindberghs）觀看 了附近沙丘上發射的阿波羅8號（Apollo 8）

土星V重新設計

阿波羅 8號使用的土星V火箭被指定為AS-503，或 阿波羅-土星（「 AS」）計劃中使用的土星V（「 5」）火箭的「 03rd」模型。1967年12月20日，當它豎立在車輛裝配大樓中時，人們認為該火箭將用於載有樣板指揮和服務模塊的未展開的地球軌道試飛。阿波羅 6號在1968年4月的飛行中遇到了幾個主要問題，包括嚴重的pogo震蕩在第一階段，有兩次第二階段發動機故障，第三階段沒有在軌道上重新點火。如果不能保證這些問題已得到糾正，那麼在進行額外的無人駕駛試飛證明土星五號已經準備就緒之前，美國宇航局管理人員無法證明冒險進行載人飛行任務。

來自MSFC的團隊著手解決這些問題。首先要考慮的是pogo震蕩，這不僅會影響發動機性能，而且會向機組人員施加很大的重力。承包商，美國國家航空航天局（NASA）代表和MSFC研究人員組成的工作組得出結論，發動機的振動頻率與太空飛行器本身的振動頻率相似，從而引起共振效應，從而引起火箭的振動。安裝了使用氦氣吸收其中一些振動的系統。

同樣重要的是在飛行過程中三臺發動機的故障。研究人員迅速確定洩漏的氫氣燃料管線在暴露於真空中時會破裂，從而導致第二臺發動機的燃料壓力損失。當自動關閉試圖關閉液氫閥並關閉發動機2時，由於接線錯誤，它意外關閉了發動機3的液氧。結果，第三臺發動機在第二臺發動機關閉後的一秒鐘內發生了故障。進一步的調查發現，第三級發動機存在相同的問題，即點火器管路故障。該小組修改了點火器管路和燃油導管，希望避免在以後的發射中遇到類似的問題。

任務簡介

作為第一個載人太空飛行器繞多個天體運行的太空飛行器，阿波羅 8號的輪廓具有兩個不同的軌道參數集，並通過月球下注入機動將其分開。阿波羅登月任務將從標稱的100海裡（185.2公裡）圓形地球停車軌道開始。阿波羅 8號以99.99海裡（185.18公裡）的最高點和99.57海裡（184.40公裡）的近地點發射到初始軌道，與赤道的傾角為32.51° ，軌道周期為88.19分鐘。在停車軌道上花費的2小時44分30秒中，推進劑的排放使最高點增加了6.4海裡（11.9公裡）。

隨後是S-IVB第三階段的月經月經注射（TLI）燃燒318秒，從軌道速度加速了63,650磅（28,870千克）的命令和服務模塊和19,900磅（9,000千克）的LM測試物品每秒25,567英尺（7,793 m / s）到35,505 ft / s（10,822 m / s）的注射速度[44] [6]創造了人類有史以來相對於地球的最高速度記錄。[45]這個速度略小於地球每秒36,747英尺（11,200 m / s）的逃逸速度，但是將阿波羅8號帶到了一個細長的橢圓形地球軌道上，它離月球足夠近，可以被月球的引力捕獲。

阿波羅飛行任務的標準月球軌道計劃為月球表面上方60海裡（110公裡）的公稱圓形軌道。最初的月球軌道插入是一個橢圓形，其周長為60.0海裡（111.1公裡），其高等高線為168.5海裡（312.1公裡），距月球赤道傾斜12°。然後將其在60.7海裡（112.4 km）乘以59.7海裡（110.6 km）的公轉周期為128.7分鐘。[44]月球質量濃度的影響（「 mascons」）在軌道上被發現大於最初的預測；在持續20個小時的十個月球軌道上，軌道距離被58.6海裡（108.5 km）擾動到63.6海裡（117.8 km）。

阿波羅8號飛機離地球的最大距離為203,752海裡（234,474法定英裡； 377,349公裡）。[47]

啟動和反式月球噴射

阿波羅8號發射

阿波羅8日12時51分00秒發射UTC（七時51分00秒東部標準時間）於1968年12月21日，使用土星五號的三個階段來實現地球軌道。[47]所述的S-IC第一級降落在大西洋在30°12'N 74°7'W / 30.200°N 74.117°W，和S-II第二級降落在31°50'N 37 °17' / 31.833°N 37.283°W。[48]所述的S-IVB第三級噴射的工藝進入地球軌道並保持附著到執行TLI燒，將放太空飛行器上的軌跡對月亮。

一旦飛行器到達地球軌道，機組人員和休斯敦飛行控制員都花了接下來的2個 小時38分鐘來檢查太空飛行器是否處於正常工作狀態並準備好進行TLI。[50] S-IVB火箭第三級的正確操作至關重要，在上次未經測試的情況下，它未能為這種燃燒重新點燃。[51]柯林斯是第一個執勤的CAPCOM， 在發射後2小時27分22秒，他廣播了「阿波羅 8號」。[50]該通訊意味著任務控制部已獲得阿波羅 8號登月的官方許可。 S-IVB發動機按時點火，並且TLI燃燒完美。[50]在接下來的五分鐘內，太空飛行器的速度從每秒7,600米增加到每秒10,800米（從25,000到35,000英尺/秒）。

在S-IVB將任務安排在登月路線之後，其餘的阿波羅 8號太空船的命令和服務模塊（CSM）與其分離。然後，機組人員旋轉太空飛行器，拍攝用完的舞臺的照片，然後練習與它一起編隊飛行。當機組人員旋轉飛船時，他們離開地球時對地球有了初見-這標誌著人類第一次一次看到整個地球。鮑曼開始擔心S-IVB距CSM太近，並向任務控制部建議機組人員執行分離機動。任務控制首先建議將太空飛行器指向地球，並在服務模塊上使用小型反作用控制系統（RCS）推進器（SM）向遠離地球的速度增加1.1 ft / s（0.34 m / s），但Borman不想遺忘S-IVB。經過討論，機組人員和任務控制中心決定向地球方向燃燒以提高速度，但改為7.7英尺/秒（2.3 m / s）。準備和執行額外燒傷所需的時間使機組人員的工作任務落後了一個小時。

分離後不久，阿波羅8 S-IVB火箭級

發射五個小時後，任務控制部向S-IVB發送了一條命令，以排出其剩餘的燃料，從而改變其軌跡。附有測試物品的S-IVB對阿波羅 8號沒有進一步的危害，它通過了月球軌道並進入了一個0.99×0.92天文單位（148 x 138 Gm）的太陽軌道，傾角為與黃道平面成23.47°的軌道周期為340.80天。[49]它成為了一個廢棄的物體，並將繼續繞太陽公轉多年。

阿波羅8號機組人員是第一個穿過範艾倫輻射帶的人，該輻射帶距地球長達15,000英裡（24,000公裡）。科學家預測，以太空飛行器的高速快速通過安全帶將導致的輻射劑量不超過胸部X射線或1毫射線（mGy；一年中，平均每個人接受的輻射劑量為2至3 mGy）。 。以記錄實際的輻射劑量，每個機組成員穿著人員輻射劑量計傳輸的數據到地球，以及三個無源劑量計膜即表明由機組人員經歷的累積輻射。任務結束時，機組人員的平均輻射劑量為1.6 mGy。

月球軌跡

Lovell擔任Command Module Pilot的主要工作是擔任導航員。儘管「任務控制」通常執行所有實際的導航計算，但必須讓一名機組人員熟練進行導航，以便在與「任務控制」失去聯繫時，機組可以返回地球。洛弗爾使用太空飛行器內置的六分儀，通過恆星觀測來導航，測量恆星與地球（或月球）視界之間的角度。太空飛行器周圍有一團巨大的碎片雲，使這項任務變得困難，這使它們難以區分恆星。

到飛行任務七個小時時， 由於離開S-IVB的問題以及洛弗爾看不見的星光，機組人員比飛行計劃晚了約1小時40分鐘。機組人員將太空飛行器置於被動熱控制（PTC）（也稱為「燒烤滾」）中，太空飛行器繞其長軸每小時旋轉約一圈，以確保整個太空飛行器表面的熱量均勻分布。在陽光直射下，太空飛行器外表面的某些部分可能會被加熱到超過200°C（392°F），而陰影部分會被加熱到−100°C（−148°F）。這些溫度可能會導致隔熱罩破裂，推進劑管道破裂。因為不可能獲得完美的滾動，所以飛船掃出一個圓錐隨著旋轉。隨著錐型變得越來越大，機組不得不每半小時進行一次微調。

由人類拍攝的第一幅圖像，大概是威廉·安德斯（William Anders）拍攝的。[57]南方站起來；南美在中間。

航程中的第一次校正是在飛行11個小時後進行的。機組人員已經醒了16個多小時。在發射之前，NASA決定至少應有一名機組人員始終處於清醒狀態，以應對可能出現的問題。博爾曼（Borman）開始了第一次睡眠轉變，但由於不斷的無線電震顫和機械噪音而發現睡眠困難。在地面上的測試表明，如果長時間燃燒發動機，則該服務推進系統（SPS）發動機極少發生爆炸的可能性，除非其燃燒室首先通過短暫燃燒發動機而被「塗覆」。第一次校正燃燒只有2.4秒，並且增加了大約20.4 ft / s（6.2 m / s）的速度提升（沿行進方向）。[49]這種變化是小於計劃24.8英尺/秒（7.6米/秒），由於氣泡的氦在氧化劑線，這引起了出乎意料的低推進劑壓力。機組不得不使用小型RCS推進器來彌補不足。由於 後來發現了阿波羅8號的軌跡是完美的，因此取消了後來計劃的兩次中途校正。

開始睡覺後大約一個小時，博爾曼獲得了地面管制部門的許可，可以服用Seconal 安眠藥。該藥幾乎沒有效果。博爾曼最終入睡，然後醒來感到不適。他嘔吐了兩次，腹瀉發作。這使太空飛行器充滿了小滴的嘔吐物和糞便，機組人員盡力清理了一下。最初，Borman不想讓每個人都知道他的醫療問題，但是Lovell和Anders希望告知Mission Control。機組人員決定使用數據存儲設備（DSE），該設備可以對語音記錄和遙測進行錄音，並將其高速轉儲到Mission Control。在錄製了有關Borman疾病的描述後，他們要求Mission Control檢查該記錄，並說「他們希望對語音評論進行評估」。[58]

阿波羅8號機組人員和任務控制醫務人員在一個空無一人的二層控制室舉行了會議（在二樓和三樓的休斯頓有兩個相同的控制室，在執行任務時只使用了其中一個）。與會者得出的結論是，沒有什麼可擔心的，並且Borman的病要麼是Borman認為的24小時流感，要麼是對安眠藥的反應。[59]研究人員現在認為他患有太空適應綜合症，由於前庭系統適應失重，該病在太空的第一天影響了三分之一的太空人。[60]先前的太空飛行器（水星和雙子座）沒有發生太空適應綜合症，因為那些太空人無法在那些太空飛行器的小艙內自由移動。阿波羅指揮艙中增加的機艙空間為太空人提供了更大的行動自由度，為博曼以及後來的阿波羅9號航天員魯斯蒂·史威克特帶來了太空病的症狀 。[61]

仍然取自他們在月球軌道上拍攝時拍攝的機組人員的電影。弗蘭克·博曼（Frank Borman）在中心。

巡航階段是飛行中相對平穩的部分，除了機組人員檢查太空飛行器是否處於正常工作狀態以及他們是否在航行中。在此期間，NASA安排在發射後31小時進行電視廣播。阿波羅 8號乘員組使用2公斤（4.4磅）照相機，僅使用Vidicon顯像管進行黑白廣播。該相機有兩個鏡頭，一個廣角（160°）鏡頭和一個遠攝（9°）鏡頭。[62] [63]

在第一次廣播中，機組人員參觀了宇宙飛船，並試圖展示地球是如何從太空出現的。但是，在沒有監視器幫助的情況下對準窄角鏡頭的困難使得無法顯示地球。此外，如果沒有適當的濾鏡，地球圖像會被任何明亮的光源飽和。最後，所有機組人員都可以證明，回頭看地球的人們是一個明亮的斑點。[62]廣播進行了17分鐘後，太空飛行器的旋轉使高增益天線從地球上的接收站看不到了，他們以洛維爾（Lovell）祝他母親生日快樂結束了傳輸。[63]

到這個時候，機組人員已經完全放棄了計劃的睡眠時間。洛弗爾在飛機上睡了32個半小時，比他計劃的要早3個半小時。不久之後，安德斯（Anders）在服用安眠藥後也入睡了。[63]在大部分向外航行中，機組人員都看不到月球。有兩個因素使得從太空飛行器內部幾乎看不到月球：五個窗口中的三個由於有機矽 密封膠中的油脂過多而霧化，以及被動熱控制所需的姿態。直到機組人員離開月球之後，他們才能夠首次看到它。[64]

阿波羅8號在飛行55小時後進行了第二次電視廣播。這次，工作人員安裝了用於靜態相機的濾鏡，以便他們可以通過遠攝鏡頭獲取地球的圖像。儘管難以瞄準，但由於他們必須操縱整個太空飛行器，所以乘員組能夠將地球的第一張電視圖像播回到地球上。機組人員花費了傳輸時間描述了地球，可見的物體以及可以看到的顏色。傳輸持續了23分鐘。[62]

影響範圍農曆編輯

這張月球照片是從 東經70度以上的阿波羅8號拍攝的。

在飛行大約55小時40分鐘後，以及進入月球軌道前13小時，阿波羅 8號的機組人員成為了第一個進入另一個天體影響力的人。換句話說，月球的引力對阿波羅 8號的影響變得比地球更強。當時，阿波羅 8號距離月球38,759英裡（62,377公裡），相對於月球的速度為3,990英尺/秒（1,220 m / s）。對於機組人員來說，這一歷史性時刻並沒有太大興趣，因為他們仍在計算相對於甘迺迪航天中心發射臺的軌跡。他們將繼續這樣做，直到執行了最後的中段校正，然後切換到基於理想方位的參考系，用於他們在月球軌道上進行的第二次發動機燃燒。[62]

登月軌道（LOI）之前的最後一個重大事件是第二次中段校正。它在逆行中（相對於行進方向），使太空飛行器減速了2.0英尺/秒（0.61 m / s），有效地減小了太空飛行器通過月球的最近距離。發射後正好61個小時，距月球約24,200英裡（38,900公裡），機組人員燃燒了RCS 11秒鐘。他們現在將從月球表面經過71.7英裡（115.4公裡）。[44]

在飛行64個小時後，機組人員開始為月球軌道插入 1（LOI-1）做準備。這種機動必須完美地執行，並且由於軌道力學必須位於月球的另一側，且不能與地球接觸。在對Mission Control做出「可以通過/不可以通過」的決定進行民意調查之後，機組人員在68小時後被告知他們已經開始飛行，「騎著我們能找到的最好的鳥」。[65]洛弗爾回答說：「我們將在另一邊見到你」，這是歷史上人類首次穿越月球，不再與地球進行無線電接觸。[65]

在LOI-1剩下十分鐘的時候，工作人員開始對太空飛行器系統進行最後一次檢查，並確保每個開關都處於正確的位置。那時，他們終於有了月球的第一眼。他們一直飛過那沒有光線的一側，是洛弗爾（Lovell）看到第一束陽光斜向照亮月球表面。LOI燃燒距離僅兩分鐘路程，因此機組人員幾乎沒有時間欣賞風景。[66]

月球軌道編輯

SPS 在發射後69小時8分16秒被點燃，並燃燒了4 分7 秒，使阿波羅 8號太空飛行器繞月球運行。機組人員將燒傷描述為生命中最長的四分鐘。如果燒傷沒有持續正確的時間，那麼飛船可能會進入高度橢圓的月球軌道，甚至墜入太空。如果持續時間太長，他們可能會撞擊月球。在確保太空飛行器正常工作之後，他們終於有機會看望月球，他們將在接下來的20個小時內繞月飛行。[67]

在地球上，任務控制繼續等待。如果機組人員沒有燃燒發動機，或者燃燒沒有持續計劃的時間長度，那麼機組人員將早於月球後面出現。恰好在計算出的時刻，從太空飛行器接收到該信號，表明它在繞月球的193.3 x 69.5英裡（311.1 x 111.8 km）軌道中。[67]

在報告了太空飛行器的狀態之後，洛弗爾對月球表面進行了首次描述：

月亮基本上是灰色的，沒有顏色。看起來像巴黎的灰泥或有點灰的沙灘。我們可以看到很多細節。肥沃的海洋在這裡不如在地球上突出。與周圍的火山口之間沒有太多的對比。隕石坑都四捨五入了。其中有很多，有些是較新的。他們中的許多人看起來像-特別是圓形的-看起來像被某種隕石或彈丸擊中。蘭格勒努斯（Langrenus）是一個巨大的火山口。它有一個中心錐。火山口的牆壁是梯田，約六個，七個不同的露臺上一路下滑。[68]

從阿波羅8號看到的月球遠端部分

Lovell繼續描述他們經過的地形。機組人員的主要任務之一是偵察計劃中的未來月球著陸點，特別是計劃在阿雷洛11號著陸點馬雷·特蘭基利蒂斯進行的一項偵察 。 選擇阿波羅8號的發射時間是為了給現場檢查提供最佳照明條件。甲膠片相機已經設立在太空飛行器窗口中的一個來記錄按照下面月亮的第二一幀。比爾·安德斯（Bill Anders）在接下來的20小時中，大部分時間都在為感興趣的目標拍攝儘可能多的照片。任務結束時，工作人員已拍攝了800張70毫米靜態照片和700英尺（210 m）的16毫米電影膠片。[69]

在太空飛行器與地球接觸的整個小時中，Borman一直在詢問SPS數據的外觀。他想確保發動機運轉正常，並在必要時可用於早日返回地球。他還要求他們在每個軌道上繞過月球之前接受「通過/不通過」的決定。[68]

當他們再次出現在月球前進行第二次飛行時，機組人員設置了設備，以播放月球表面的景象。安德斯描述了他們經過的隕石坑。在第二個軌道結束時，他們對SPS進行了11秒的LOI-2燃燒，以將軌道循環到70.0 x 71.3英裡（112.7 x 114.7 km）。[67] [68]

在接下來的兩個軌道上，機組人員繼續檢查太空飛行器並觀察和拍攝月球。在第三次通過時，Borman為他的教堂讀了一個小禱告。他原本打算參加在德克薩斯州錫布魯克附近的聖克里斯多福主教教堂的禮拜，但由於阿波羅8號的飛行，他無法參加。任務控制中心的一位教區牧師兼工程師Rod Rose建議Borman朗讀祈禱文，該祈禱文可以記錄下來，然後在服役期間重播。[68]