阿波罗飞船采用的“两舱合一”设计自然引发了一个关键疑问：为什么登月舱上升段仅凭一台小型火箭引擎就能实现月面起飞？这与土星五号火箭发射时所需的庞大推力形成了鲜明对比——这个看似矛盾的现象背后，隐藏着深刻的物理学原理。关键在于地球和月球环境下的逃逸速度存在巨大差异。土星五号需要将重达50吨的飞船加速到每秒11千米的逃逸速度才能挣脱地球引力，而登月舱上升段质量不到5吨，加上月球重力只有地球的六分之一，仅需达到每秒1.6千米的速度就能进入环月轨道。这个精妙的设计充分考虑了不同天体的引力特性，实现了最大的工程效率。

指挥舱作为唯一返回地球的组件，其设计堪称航天工程的杰作。三个直径达25米的大型降落伞能将下降速度降至每小时35千米左右，确保安全降落。反应控制系统由16台小型推力器组成，能在再入大气层时精确调整姿态。最令人惊叹的是烧蚀隔热罩的设计——当指挥舱以每秒11千米的速度冲入大气层时，空气剧烈压缩会产生近3000℃的高温。隔热罩表面的特殊材料通过汽化吸热，不仅保护了舱体结构，还通过气动减速将速度降至降落伞可以展开的程度。这种“牺牲式”防护机制展现了工程师的智慧。

整个返回过程构建了多级安全防护体系：烧蚀材料抵御极端高温，锥形气动外形实现有效减速，最终由降落伞系统确保平稳着陆。这种层层递进的防护理念，使宇航员能够安全穿越温度堪比太阳表面的再入环境，最终完成从月球返回地球的壮举。阿波罗计划的这些技术创新，至今仍是载人航天工程的重要参考。

这个看似流星的物体其实是重返地球大气的阿波罗8号指挥舱

解构阿波罗任务的农神五号火箭

土星五号火箭由约300万个独立部件精密组装而成，其中几个关键系统尤为关键。第一级装配的五台F-1主发动机每台高达5.2米，总推力达3400吨，足以将这个庞然大物推离发射台。煤油燃料的第一级在165秒的燃烧时间内将火箭推升至68千米高度后分离。随后，液氢燃料的第二级接管后续6分钟的推进任务，使火箭接近第一宇宙速度。同样使用液氢燃料的第三级采用独特的二次点火设计：首次点火进入地球停泊轨道，二次点火则实施地月转移轨道注入。

阿波罗飞船作为土星五号的终极载荷，其设计充满工程智慧。登月舱在上升阶段被妥善安置在保护罩内，与火箭的“大脑”——制导计算机单元紧密连接。登月舱采用模块化设计：上部的上升段搭载宇航员返回轨道，下部的下降段则永久留在月面。服务舱作为飞船的“动力中枢”，其体积与指挥舱相当，配备的大推力发动机可执行关键的轨道机动。

指挥舱是宇航员的生命堡垒。当阿姆斯特朗和奥尔德林登陆月面时，柯林斯在此值守。顶部的发射逃逸系统构成最后防线，能在发射意外时瞬间将指挥舱带离险境——虽然这个应急系统在任务中从未启用。整个阿波罗飞船的各子系统协同运作，展现了人类航天史上最精妙的工程集成。

阿波罗11号升空，展开写下历史新篇章的月球旅程。

阿波罗11号的飞行路线

飞往月球并安全返回需要精确计算一系列复杂的轨道机动

起飞

日期：1969年7月16日

时间：世界协调时间13:32:00

三节式农神五号火箭载着阿波罗11号，从佛罗里达州的肯尼迪太空中心（ Kennedy Space Center ）发射。

近地停泊轨道

日期：1969年7月16日

时间：13:43:40

宇宙飞船仍与农神五号的第三节相接，于进行最后检查时，绕行着地球。

地月转移轨道注入

日期：1969年7月16日

时间：16:16:16

火箭的第三节再度点火，把阿波罗号推向前往月球的轨道。

与登月舱相接

日期：1969年7月16日

时间：16:56:03

抛弃已清空的第三节火箭，此时指挥舱与登月舱交会对接。

月球轨道

日期：1969年7月19日

时间：17:21:50

到达月球后，服务舱引擎点火，把宇宙飞船送入轨道。

着陆

日期：1969年7月20日

时间：20:17:39

阿姆斯特朗和艾德林搭乘登月舱降落月表，之后再从月表起飞，与指挥舱中的柯林斯相会。

登月舱的上升段从月表返回

离开月球轨道

日期：1969年7月21日

时间：23:41:31

抛弃登月舱后，服务舱再次点火，让阿波罗号进入返回地球的轨道。

溅落

日期：1969年7月24日

时间：16:50:35

最后服务舱被丢弃，仅余指挥舱在太平洋中溅下。

溅落后，漂浮在太平洋上的指挥舱

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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