声音通常通过空气传播,月球表面几乎没有空气,无法传播声音,所以在月球上如果不借助特殊的仪器,即使有个人站在你面前大喊大叫,你也听不到任何声音。由于月球上没有空气,月表被太阳照射到的地方,温度高达120益,没有被太阳照射到的地方温度则为—180益。人类乘宇宙飞船到月球上去,在这两种地区降落都不行,可以降落在这两种地区相交的地方,那里温度不太高也不太低。
月球上没有水蒸气,自然也就没有雨、雪、雹、云、雾、霜、露等与水有关的天气现象。月球上也有东南西北,但不能用指南针辨别方向,因为月球磁场非常弱,磁针转动不灵,所以宇航员多根据太阳的影子来推算方向。
月球自转的速度很慢,在月亮上的一天要比在地球上长得多。月亮上一整个白昼要经过约330个小时,再经过这么长时间才完成一昼夜。然而准确地讲,地球一昼夜是23小时56分4秒,那么月亮的一昼夜就相当于地球上的27.32天。
既然在月球上行动有诸多不便,科学家们为什么还对月球特别感兴趣呢?
这主要有以下几个原因:月球是离地球最近的一颗星球,人类如果移民,那么它将是最近的归宿;月球离地球近,相对其他星球比较容易运送物资,可作为人类了解其他星球的空间中转站;而且月球上几乎没有空气,这便于人类观测其他星球。
前苏联的探月史
冷战期间,美苏两国开展了白热化的太空竞赛。苏联人曾一度占尽了优势,他们似乎总是与一连串的“第一次”联系在一起:第一次成功发射人造地球卫星;第一次成功拍摄到月球背面的照片;第一次载人太空飞行;第一次太空漫步;第一名女宇航员上天;等等。但是,出人意料的是,最早登上月球的却是美国人。1969年7月16日,美国成功发射载人登月的“阿波罗11号”飞船,率先跨出人类历史上的“一大步”。苏联曾号称“世界头号航天巨人”,为何率先实现载人登月这一“光荣与梦想”的不是苏联人呢?本节将为您讲解前苏联的探月史。
从登月服到登月车,苏联人为登月做了充分的准备
前苏联在美苏之间的太空竞赛中一度占尽优势。在加加林完成了人类历史上的首次太空旅行后,前苏联又把目光聚焦到月球上,力求再创造一个“第一次”———率先实现载人登月!为此,苏联科学家做了非常充分的准备,不仅发射了绕月飞行的人造卫星,还研制了大量登月工具,从由地面遥控的无人月球探测器到无人登月车,再到宇航员的登月服,应有尽有。我们来看看前苏联的辉煌业绩吧。
人类首次飞掠月球:1959年1月,苏联“月球1号”探测器从距月球约6000千米处飞过,实现人类首次飞掠月球(世界上第一个月球探测器是1958年美国研制的先驱者零号,但由于火箭爆炸而失败)。这是人类首颗抵达月球附近的探测器,在飞行过程中测量了月球磁场、宇宙射线等数据。
成功发射第一个落在月球上的人造物体:1959年9月,苏联“月球2号”
探测器在月球表面实现硬着陆,这是第一个落在月球上的人造物体。在撞击月球之前,“月球2号”向地球发送了月球磁场和辐射带的重要信息。
人类首次获得月球背面图片:1959年10月,苏联“月球3号”传回第一张月球背面照片,虽然只有月背70%的面积,但是这是人类首次获得月球背面图片,也是人类第一次看到月球背面的景象。
人类首个在月球上实现软着陆的探测器:1966年1月,苏联成功发射首个在月球上实现软着陆的探测器“月球9号”。“月球9号”在随后的4天中发回了包括着陆区全景图在内的高分辨率照片。
人类首个环月飞行的月球探测器:1966年4月,苏联的“月球10号”成为首个环月飞行的月球探测器,比美国的“月球轨道器1号”提前4个多月进入绕月飞行轨道。
人类首次实现月面自动采样并返回地球的探测活动:1970年9月,苏联发射的“月球16号”在月面丰富海软着陆,它由地面遥控,成功完成了月面自动采样,首次使用钻头采集了101克月壤样品并安全返回地球。这是人类首次实现月面自动采样并返回地球的探测活动。1970年9月至1976年8月,苏联共发射5个自动采样探测器,其中的“月球16号”“月球20号”和“月球24号”
成功取回月球样品。
人类第一辆自动月球车飞抵月球:1970年11月,苏联发射的“月球17号”载着世界上第一辆自动月球车飞抵月球。该月球车长2.2米,宽1.6米,重756千克,装有电视摄像机,核能源装置。在月面雨海着陆后进行了为期10个半月的科学考察,到1971年10月4日核能耗尽停止工作。1973年苏联将“月球车2号”送上月球。与美国的“阿波罗”登月车相比,前苏联的无人登月车体积只是前者的一半,重量只有前者的三分之一,还可以自动地对月球地貌进行拍照并分析岩石、土壤样品,这不像美国“阿波罗计划”那样,要依靠登月宇航员亲自完成。1976年8月,苏联成功发射“月球24号”探测器,宣告完成对月球的无人探测。
N—1号火箭屡屡出事,苏联登月计划最终化为泡影
前苏联已经拥有了绕月球飞行的人造卫星,研制出了登月车,甚至连登月服等制好了,真可谓是“万事俱备”。但苏联人为什么还不登月呢?原因很简单,那就是“只欠东风”———苏联人始终没有能够制造出像美国“阿波罗计划”中的“土星5号”那样的功率强大而且性能稳定的运载火箭。
前苏联为登月计划而设计的火箭名为N—1号,共制造了10枚。设计并制造这种“巨无霸”式火箭的最初目的,是将代号为“苏联月亮”的人造卫星送入太空。说N—1号火箭是“巨无霸”绝对名副其实:
第一级发动机由30台大功率火箭发动机组成,使用煤油和液氧作燃料。从空气动力学角度看,一枚火箭使用如此多发动机无疑存在着致命的缺陷:一方面,众多发动机之间根本无法做到助推力的有效平衡;另一方面,为这些发动机分别添加燃料是件极其令人头痛的事情,而且极易出现事故。这承载了苏联人太多期望的“巨无霸”,在拜科努尔航天发射中心总共试射了4次,每次都以悲剧和灾难收场。
在外界看来,前苏联似乎对登月没有采取什么动作。直到20多年后,前苏联的载人登月计划才被外界证实。1989年年底,美国麻省理工学院和加州理工大学几位教授访问苏联,在莫斯科航空学院亲眼见到了当年登月计划的一些设施。1990年,当年登月计划的主设计师米申在应邀来华时也证实了20世纪六七十年代登月计划的存在。
俄罗斯的登月行动和计划
前苏联在登月计划中可以说是功亏一篑。苏联解体之后,登月行动虽被冷落一时,但是,其实力犹在。俄罗斯在延续着属于他们的荣誉。俄罗斯计划在2007年至2015年间完成国际空间站俄罗斯舱段的组装任务,使其具备此前国际协议中指定的技术结构,进而成为完全符合要求的太空科研综合体;在2015年之前使国际太空站完全胜任太空轨道上的工作;2025年之前将自己的宇航员送上月球;2027—2032年在月球上建立常驻考察基地,2035年后开始实施火星计划。
人类太空之旅
千百年来,天宇之门紧闭着,地球人只能站在地面上仰望它的庄严和神奇,猜测它的奥秘。科学技术的发展使人类创造了一个又一个奇迹。至此,人类推开了天门,在天空上自由翱翔,在宇宙中潇洒地行走,赴外星球去拜访,人类社会生活的领域从地面扩展到大气层和宇宙空间。
人乘飞船到太空飞行不易,人要到飞船之外的茫茫太空行走,更是一件危险的事。
1965年3月18日,苏联在“东方号”飞船上,又进行了令人眼花缭乱的太空进军。
“上升2号”飞船载着别利亚耶夫和列昂夫驶进地球轨道。
环绕地球飞行。格林尼治时间8时30分,40岁的列昂诺夫检查了一下自己特别的宇航服和安全带,打开飞船密封舱,在太空上迈动了双脚。他的宇航服是一件橘黄色的特制衣服,有十几层厚,具有隔热、防辐射功能。即使太空的温度高达300益或低到—100益,宇航员也都处在恒温中不受影响。宇航员戴的增强树脂盔的帽上还有通信设备可与舱内乘员通话。
一根5米长的脐带和安全带连在宇航服上,脐带源源不断地输送氧气,记录宇航员的器官功能和生理反应;安全带以防宇航员飘走回不了飞船。
列昂诺夫悬空着翻了几个空翻,似乎并不费力,他又试着做了几个体操动作,也轻飘自如,迈动的双脚也全然没有地球上悬空迈步不知所措的感觉。
他在太空行走了12分09秒,由于飞船座舱的出口窄小,他又了花10分钟才钻进舱口回到了飞船上。
三个月后,即1965年6月5日,35岁的美国宇航员怀特从“双子星座”
飞船中走了出来,当然他也系着带子。与列昂诺夫不同的是,他手里拿着一支宇宙枪,不过枪里发出的不是子弹,而是高压气体,它产生的反作用可以帮助宇航员调整位置。怀特在空中漫步了22分钟。他通过无线电耳机话筒与驾驶“双子星座号”飞船的人为伴聊天,不时地靠宇宙枪从这里移到那里,拍摄了很多宇宙、地球的照片。怀特在漫步天街时曾纵声大笑开心之极。
列昂诺夫、怀特的太空行走,证明了人能够在真空、超低温、没有重力、充满宇宙射线和流星的十分危险的太空环境中停留、活动,并且不会丧失思维和工作能力。这为人类进一步挺进月球,带来了喜讯。然而,想在太空中自由地行动,一根保驾的脐带和安全带却成了累赘,而且太空行走是一件很令人疲惫的事。因为失重使物体间缺乏摩擦力和阻力,一点能量就能使你无休止地保持某一种运动,宇航员想控制自己的行动十分困难。为了解决这个问题,科学家研制成功了一种“太空摩托艇”,也称喷气背包。它的外形像一把有扶手和踏板却没有座位的椅子,高1.25米,宽0.83米,重150千克,有两套压缩气箱,内装12千克液氮。每套压缩气箱都有12个喷嘴,每个喷嘴可产生0.7千克的推力。宇航员把它背在背上,通过扶手上的开关控制压缩气箱的12个微型喷嘴,依靠喷管射出的压缩氮气形成各个方向不同大小的反推力实现行走自如。
1984年2月3日,美国“挑战者号”航天飞机上的两名宇航员麦坎德利斯和斯图尔特分别使用这种背包,飞离到距航天飞机97米远的地方,各进行了2个多小时的舱外活动,实现了世界上第一次不系安全带的行走。
以后苏联宇航员维克多连科和谢列布罗夫1989年9月6日乘“联盟FM—8号”飞船上天进入“和平号”轨道站工作后,也背上了与美国喷气背包类似的装置,从1990年1月8日到2月5日,他们走出轨道站座舱5次到太空中行走。
他们的喷气背包叫“宇宙小艇”,也叫“太空自行车”,它重200千克,靠32个喷嘴(其中16个备用)喷射压缩空气产生动力,速度可达30米/秒,并能在舱外飞行6小时,可运送100千克的仪器设备,小艇有独立的供电和遥控系统。
在2月5日第五次太空行走中,维克多连科乘“宇宙小艇”演练了各种状态的运动控制,并在小艇的前部安装了轮型自动分光仪,测量X射线和伽马射线的空间动力特性,以考察空间站周围的辐射情况。两名宇航员在太空中停留了3小时45分钟,行走了200多米。
随着各种新型宇航服和代步工具的出现,太空行走越来越频繁,而且从最初的试验型走向了实用性。最著名的大概可算是1992年5月美国“奋进号”航天飞机首航中的宇航员太空徒手“活捉”卫星的事了。1990年3月美国“大力神”火箭发射一颗国际通信卫星组织的“国际通信卫星6号”未能成功,卫星被扔在了距地球362千米的一条无用的轨道上,白白地飘荡了两年。美国“奋进号”航天飞机奉命拯救这颗“生灵”,让它起死回生。“奋进号”飞近卫星后,一开始,两名宇航员出舱想用一根长4.5米的捕获杆捉住卫星,但是稍受触动,卫星就剧烈地晃动、飘飞,两次捕捉都没有成功。5月13日,3名宇航员互成120毅角排开,围住卫星然后飘到卫星前同时用手抓住卫星,使它稳定以后再用捕获杆卡住卫星,慢慢地将卫星拉回航天飞机的货舱里,徒手捉卫星的整个过程达1小时47分钟。后来,宇航员又为这颗卫星安装了一个固体发动机,把它放回了太空。14日下午,“国际通信卫星6号”发动机点火,卫星进入了预定轨道。这颗卫星价值1.5亿美元,卫星投入使用后每天可收入24万美元。
1993年12月,美国“奋进号”航天飞机上的7名宇航员再一次表演太空杂技,在天上修好了哈勃巨型天文望远镜。过去,对于失灵的卫星是用航天飞机拖回地面修好后,再进行施放的。太空修理哈勃并为它更换零部件的做法,使人类在太空的活动领域更加扩展,可以为人类飞往火星等外星球途中修复和组装航天器提供借鉴的经验。1995年2月9日,美国“发现号”航天飞机上的两名宇航员作太空行走回收了一颗“斯巴达”天文观察卫星,以试验新型宇航服的保暖性能和在太空中操纵大型物体的技巧,为将来建造国际空间站作准备。
人类的登月之梯———火箭
不管是中国的神话也好,外国的科学幻想也好,虽然都怀有登上月球的强烈愿望,但都没有从根本上解决登月的工具问题。只有当现代运载火箭真正发展起来后,人类登月的梦想才得以真正实现。
火箭是中国古老的发明。
大约是在中国的唐末、宋初时期,开始出现古代的“火箭”,它是在一支普通箭杆上绑住一个火药筒而形成的,火药筒被点燃后就会产生气体向后喷,推动箭飞向前方。
从此,中国人开始将火箭用于战争。
后来,中国的火药和火箭传到西方,被发扬光大,中国古老的火箭技术提高到了一个新的水平。
西方人也将火箭用于战争,他们更深人研究和改进了火箭,在火药配比、火箭形状及大小、稳定装置和制造材料等方面进行了重大改进,使火箭技术得到了很大的发展。西方的火箭在重量、射程和精度等方面都超过了中国火箭。18世纪初,西方已经生产出了重达几十千克的大型火箭。
同时,也有一些专门研究火箭的,逐渐将火箭发展成一种特别的工具。
1650年,一位波兰炮兵专家KazimierzSiemienowicz,发表了一种多级火箭的系列设计图。
1696年英国人罗伯特·安德逊(RobertAderson)发表了专门的文章,介绍火箭制作、推进物准备等。