距离首次载人登月成功已经过去了几十年的时间,但是当初的人类的“一大步”仍旧让无数人为之热血。

阿姆斯特朗的登月名言
但是,有的人至今都有疑惑,月球上没有火箭和发射塔,美国人是如何返航的?科学家表示:搭顺风车就行啦。
怎么才能搭乘“顺风车”?
在了解这个问题之前,我们要先知道,离开地球和离开月球的条件是不一样的。
火箭搭载的宇宙飞船必须达到第二宇宙速度,也就是11.2公里每秒,才能从地球的运行轨道逃脱。
月球的大小和质量比地球要小,导致本身的逃逸速度只有2.4公里每秒。
因此,想要从月球返航,并不需要多么庞大的动力,只用搭乘顺风车行了。
这个“顺风车”指的就是飞船的一部分。
装载着阿波罗号飞船的火箭一共分为四个部分,从上到下分别为指令舱、服务舱、上升段和下降段,而上升段和下降段统称为登月舱。

如图所示
指令舱主要是宇航员接收地面信息的场所,也是他们的生活空间。
服务舱装载燃料,让飞船拥有充足的动力返回地球。
上升段是宇航员执行登月任务时,暂时居住的场所。
而下降段就是“顺风车”。
登月任务
阿波罗11号抵达月球后,登月舱便迅速脱离阿波罗号,朝着月球表面降落。
当年,进入登月舱的宇航员只有两名,阿姆斯特朗和奥尔德林,柯林斯则是守在指令舱随时准备接应。
登月舱抵达地面后,下降段缓缓展开“四肢”像一个托盘一般,将上升段托起。

登月舱具体结构如图所示
一方面,是为了让登月舱稳固地停靠在月球表面,方便阿姆斯特朗执行登月任务。
另一方面,也能作为上升段的简易发射塔。
在世界的关注中,阿姆斯特朗成功完成任务并返回船舱。
这时他们需要启动上升段,与下降段脱离,利用为数不多的燃料,进入月球运行轨迹。
说上去比较简单,但实际操作起来非常考验宇航员对时机的把控。
因为,在发射过程中,必须顺着月球的自转方向,选择一个正确的角度,上升段才有可能逃逸出去。

月球的自转方向如图所示
这便是利用了月球自转的离心率,让上升段在进入月球运行轨道的时候,不会受到月球转动带来的反向作用力。
如果宇航员选择的时机不对,或者在角度上出现偏差,他们很有可能因为燃料不够,被搁置在月球上。
阿波罗的两位宇航员凭借着冷静的头脑,一举冲到月球的运行轨迹上。
而此时,处于指挥舱的柯林斯早已等候多时,他们只要将上升段和服务舱精准对接,就能开着飞船返回地球。

阿姆斯特朗、奥尔德林与柯林斯
整个过程进行得很顺利,两位登月的宇航员也成功返回了指挥舱。
之后,为了减轻飞船重量,减少燃料消耗,上升段会在太空中被抛弃。
进入地球的轨道范围后,服务舱也会被丢弃在太空中,真正返回地球的只有指挥舱。
其实载人登月过程最困难的地方有两点,第一点是登月后如何返回地球轨道,第二点则是进入地球轨道后,如何让宇航员平安返回。

地球轨道示意图
返回地球
飞船从轨道进入地球是一个加速度过程,期间飞船表面会产生高温和巨大的冲击,最快能达到11.2公里每秒。
如果按照这种速度直冲地面,以人类目前的技术,任何飞船的结局都是被烈火焚身接着“机毁人亡”。

返回舱起火
飞船想要避免这种情况,在进入大气的初始速度就必须为0,以地面和大气的距离来看,加速度的过程能够保证飞船坠落后舱内的宇航员依旧健在。