1969年7月，阿波罗11号搭载三名宇航员——指令长尼尔·阿姆斯特朗、指令舱驾驶员迈克尔·柯林斯和登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林——飞向月球。阿姆斯特朗和奥尔德林成功登陆月面并完成历史性月面行走，柯林斯则在环月轨道待命。在完成人类首次登月任务后，他们于8天后安全返回地球，溅落在太平洋海域。

阿波罗11号任务成员：尼尔·阿姆斯特朗（左）、麦可·柯林斯（中）和爱德温·巴兹·艾德林（右）

即便以今天的标准来看，登月仍是惊人的科技壮举，而在1969年更是突破了当时的技术极限。这项成就的物理学基础可追溯至300年前——艾萨克·牛顿在17世纪60年代提出的万有引力定律。看似矛盾的是，虽然重力让我们能脚踏实地，但它同样是太空飞行的关键。牛顿发现，物体的抛射速度越快，飞行距离就越远。当速度达到第一宇宙速度时，物体将进入地球轨道；若达到第二宇宙速度，则能飞向月球。

阿波罗计划巧妙运用了重力这一“双面刃”：它既是飞向月球的动力来源，又造就了太空中的失重环境。实际上，“失重”并非没有重力，而是物体在重力场中自由落体时产生的现象——无论是坠落地面、绕轨飞行还是奔月途中。这个看似矛盾的概念曾困扰爱因斯坦多年，直到他提出广义相对论才得以完美解释。

当宇航员踏上月表时，他们感受到的重力仅有地球的六分之一。这是因为重力大小与天体质量成正比，而月球质量远小于地球。这一差异不仅影响了宇航员的行走方式，更证明了万有引力定律在宇宙中的普适性。

NASA在20世纪60年代初规划阿波罗计划时，最初设想让整艘飞船登陆月球后返回。但这一方案效率低下——火箭燃料需求随质量呈指数增长，导致需要携带过多燃料。最终方案采用“两船合一”设计：指令舱负责地月往返，而专门设计的登月舱则用于月面着陆，大幅减轻了起飞重量。

登月舱开始往月表降落；此影像由指挥舱中的柯林斯所摄

1968年12月，阿波罗8号完成首次载人绕月飞行。宇航员威廉·安德斯在返航时幽默表示：“这次飞行主要由牛顿驾驶。”这形象说明了航天飞行的基本原理——通过短暂引擎点火获得初始速度后，飞船主要依靠万有引力完成轨道飞行。要抵达月球，飞船需要达到约11千米/秒的逃逸速度。为将50吨重的阿波罗飞船加速至此速度，NASA开发了由冯·布劳恩设计的土星五号火箭——这个111米高的三级火箭至今仍是人类建造过最强大的运载系统。

农神五号火箭的主引擎立在设计师华纳·冯·布朗身后

太空任务中最具戏剧性的环节莫过于发射倒计时，但这绝非为了营造紧张气氛，而是确保所有系统检测和准备工作严格按时间节点完成。发射窗口的选择尤为关键——这个短暂的时间段必须准确把握，错过就需要重新安排发射计划。

在发射的前几天，阿波罗11号正在进行夜间倒数计时测试

发射窗口的设定蕴含深刻的科学原理。由于地球持续公转，月球也在绕地运行，必须精确计算三体位置关系才能确定最佳发射时机。同时还需考虑实际工程因素，比如确保飞船在关键阶段能与地面控制中心保持稳定通信。

着陆点的选择同样经过精心考量。阿波罗11号的目标着陆区——后被命名为“静海基地”——是从五个候选地点中严格筛选得出的。这些候选点均位于月球赤道附近，既有利于飞船轨道规划，又具备地形平坦、陨石坑较少、能见度良好等优势。NASA通过游骑兵号和勘测者号探测器拍摄的侦察影像，对这些区域进行了全面评估，最终确定了最理想的着陆位置。

登陆的候选地点都位于月球赤道附近；其中的IIP-6即静海基地的位置

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：孙明轩 上海工程技术大学 教授

来源: 科普中国创作培育计划

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