阿波罗飞船
阿波罗飞船（Apollo spacecraft），是为了实现美国《阿波罗计划》而设计的一个一次性使用的航天器。该计划旨在于1960年代结束前成功完成载人登月并安全返回地球。阿波罗飞船由指令/服务舱（CSM）及登月舱（LM）所组成。在组装运载火箭时，则多附加了两个部件在飞船上：发射逃逸系统（LES），只在发射时出现紧急状况时使用；以及飞船/登月舱接合器（SLA），用来装载登月舱并将指令/服务舱与运载火箭相连。
飞船这样的设计乃是基于所选定的月球轨道交会方案：将已对接好的指令/服务舱及登月舱一同送往月球并进入月球轨道。之后登月舱分离并登上月球，而指令/服务舱则仍留在轨道上。在登月任务完成后，指令/服务舱及登月舱在月球轨道上交会并对接，然后指令/服务舱载着宇航员返回地球，并由指令舱载着宇航员降落到地球表面。
在火箭发射期间，当飞船升空到一定高度且不再需要发射逃逸系统时就会将其抛弃，而飞船/登月舱接合器则仍留在火箭的上部级。在阿波罗任务中，土星1B号运载火箭曾两次将无人的指令/服务舱、一次无人的登月舱、以及一个载人的指令/服务舱送入近地轨道。更大一些的土星5号运载火箭则曾两次将无人的指令/服务舱送入高地轨道做飞行测试、一次仅运载载人的指令/服务舱进行登月任务、一次运载完整的飞船进行载人的近地轨道任务、以及八次运载完整的飞船进行载人的登月任务。在阿波罗计划结束后，土星1B号运载火箭又曾四次运载指令/服务舱进行三次天空实验室计划的地球轨道任务，以及阿波罗-联盟测试计划任务。
指令/服务舱
[编辑]阿波罗飞船的主要部分是能够承载三人的指令/服务舱，用于在地球轨道上、地球与月球之间、以及在月球轨道上飞行，并能返回地球。该部分是由北美航空（即之后的洛克威尔）所负责建造。
指令舱（CM）
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指令舱是阿波罗飞船的主要控制中心以及三名宇航员的生活住处。其中包含加压的主船员舱、宇航员的卧椅、控制仪表板、光学电子导航系统、通讯系统、环境控制系统、电池、防热盾、反推力系统、前端对接舱口、侧舱门、五个窗口、以及降落伞回收系统。指令舱是整体阿波罗飞船及土星运载火箭中唯一完好返回地球的部分。
服务舱（SM）
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未加压的服务舱包含一个主要的服务推进发动机以及进出月球轨道所需的助推器、一个能进行姿态控制及平移能力的反推力系统、含有氢氧反应物的燃料槽、发散余热至太空中的散热器、以及一个高增益天线。燃料槽除了含有供人呼吸的氧气外，也产生水供饮用及环境控制。阿波罗15号、16号、及17号的服务舱，还带有科学仪表模块，当中有绘图相机以及一个小型的子卫星以作研究月球之用。占整个服务舱绝大部分的助推器及主火箭发动机有多次重新启动的功能，使阿波罗飞船能够进出月球轨道以及在往返地球及月球之间进行航线修正。在整个任务期间，服务舱一直都与指令舱相连，直到返回过程中在进入大气层之前才被丢弃。
登月舱（LM）
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登月舱是为登陆月球及返回月球轨道所设计的一个单独独立的载具，由格鲁门公司所负责设计并制造。当其首次独自在真空的太空中飞行时，便成了第一个真正的“飞船”。登月舱由下降级和上升级所组成，在阿波罗15号、16号、及17号的任务中，为两名宇航员提供了四至五天的维生系统。
登月舱的下降级包含有起落架、登陆雷达天线、降落火箭发动机、以及登月所需燃料。此外，下降级还有几个载货的隔舱，能装载阿波罗月面实验包（ALSEP）、模块化设备运输车（MET，阿波罗14号所用的仪表手推车）、月球车（用于阿波罗15号、16号、及17号）、月表电视摄相机、月表工具、以及月球标本采集箱。
上升级则包含船员舱、仪表板、舱盖/对接口、前舱门、光学电子导航系统、反推力系统、雷达及通讯天线、上升火箭发动机、以及用于返回月球轨道与阿波罗指令/服务舱交会时所需的燃料。
发射逃逸系统（LES）
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阿波罗发射逃逸系统是由洛克希德火箭助推器公司所建造。其目的是当紧急事故发生时，如：发射前发射台失火、发射制导系统失灵、或运载火箭失控而很可能即将导致爆炸等，以迅速将指令舱带离运载火箭并即刻中止任务。
发射逃逸系统有三套彼此间隔120度并能往下通达运载火箭外部的线路。若失去当中任两条线路的讯号，便会自动启动系统。另外，飞船的指令长也可以使用两个转移控制器的把手之一来手动激活系统，这样就会将系统切换到一个特殊的发射中止模式。当启动时，LES会点燃固态燃料逃逸火箭，并开启前翼系统以引导指令舱飞离故障运载火箭的飞行路线。若在发射台上发生紧急事故，LES会将指令舱带往足够的高度，以使指令舱在触地前能安全地展开降落伞回收系统。之后LES会被丢弃，而指令舱便靠其降落伞回收系统着陆。
若没有紧急事故发生，照惯例，在运载火箭第二级点火后约20至30秒，便会利用由硫基橡胶化学公司所制造的一个分离式固态燃料火箭发动机来将发射逃逸系统丢弃。（此后若须中止任务，就会在无LES的情况下完成。）在四次无人的阿波罗计划、以及15次载人的阿波罗计划、天空实验室计划、以及阿波罗-联盟测试计划的飞行任务中，都有携带发射逃逸系统，但却未曾使用过。
发射逃逸系统的主要部件
[编辑]- 头锥及Q球：在发射逃逸系统的头锥中，含有一个称作“Q球”的结构，当中排列了8个测压的皮托管。这些感应器联于指令舱及土星运载火箭的制导电脑，使其在大气飞行期间能够计算动压（q），以及在进行中止发射时能计算迎角。[1]
- Q球罩：是一个泡沫塑料的遮罩，用以保护皮托管不被碎片杂物所堵塞，在发射前数秒就会被移去。[2] 遮罩是纵向切开的两个半部，由一个2吋（51毫米）的橡皮筋连接在一起。在橡皮筋之后放有一个刀片，夹在两半部的遮罩之间。有一钢绳连于刀片的顶部和底部以及遮罩的两半部，然后经由发射控制塔（LUT）顶部悬臂起重机上的滑轮向下延伸到360呎（110米）高的发射控制塔右侧的管线，并连接管线内的一个筒状砝码（重物）。砝码则搁在一个由气动电磁阀控制的杠杆上。当发射控制中心（LCC）开动阀门时，每平方英寸600磅（600 PSI）的氮气气压会转动杠杆向下，使砝码掉落，从而拉动钢绳，并顺势拉动刀片将橡皮筋切断，同时也将遮罩的两半部拉离运载火箭。这样简易的系统就表面上来看是有点过度设计了，但是因为依赖Q球提供资料的发射逃逸系统在发射前5分钟就会整备待命，所以一旦必须在发射台上中止发射时，撤掉Q球罩就成了生死攸关的重要环节。
- 前翼配件及俯仰控制发动机：在紧急事故发生时，这两部件是结合在一起运作的，以将指令舱带离运载火箭爆炸时的飞行路线，并飞到发射台的旁边才不会降落在失火的发射台中间。
- 逃逸塔丢弃发动机：当不再需要发射逃逸系统时，这个较小的固态燃料发动机就会将其丢弃。这通常是在第二级火箭点火之后发生。
- 发射逃逸发动机：为主要固态燃料火箭发动机，经由四个火箭喷管发射，并将指令舱迅速带离发射事故。
- 发射逃逸塔：将发射逃逸系统附在指令舱上的配件。
- 推进防护罩（BPC）：为一空心圆锥结构，在发射时能完全密合覆罩在指令舱上。当火箭在大气中爬升时，它可以保护指令舱的防热盾以及窗口。若必须用到发射逃逸系统时，它也可以保护指令舱免受逃逸火箭排出的气体损害。
规格
[编辑]- 长度（不含BPC）：32呎6吋（9.92米）
- 长度（含BPC）：39呎5吋（12.02米）
- 直径：2呎2吋（0.66米）
- 总质量：9,200英磅（4,200千克）
- 推力（于36,000呎）：147,000英磅力（650千牛顿）
- 最大推力：200,000英磅力（890千牛顿）
- 推进时间：4秒
中止测试
[编辑]飞船/登月舱接合器（SLA）
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由北美航空（洛克威尔）所制造的飞船/登月舱接合器是一个圆锥型铝制结构，在土星运载火箭S-IVB火箭级的上方支撑著服务舱。[3] 当火箭处于发射阶段以及在大气中爬升期间，飞船/登月舱接合器可以保护服务推进系统的发动机喷管、登月舱（LM）、以及连于运载火箭与服务舱的脐带电缆。
在S-IVB火箭级顶部的控制设备单元上拴有四个7英尺（2.1米）高的固定面板，并借着铰链与另外四个21英尺（6.4米）高的面板相连。这四个21英尺（6.4米）高的面板可以如同花瓣般从顶端向四方展开。飞船/登月舱接合器便是由这些面板所组成，而且是用1.7英寸（43毫米）厚的铝制蜂巢状的材质制成 [4]，并在其外部披覆了一层薄的软木（0.03—0.2英寸或0.76—5.08毫米），再将其漆成白色，以在发射及升空时尽量减少热应力的影响。 [5]
在接合器顶部凸起的边缘上则拴著服务舱。飞船在离开近地轨道之后，宇航员就会按下在控制仪表板上的“CSM/LV Sep”按钮，以将指令服务舱（CSM）与运载火箭（LV）分离。由于与S-IVB火箭级分离失败会将宇航员困在轨道上，分离系统便采行了多路信号、多个雷管、以及多个定量炸药的方式，这样即便一个定量炸药引爆失败，也能接着引爆另一个，以确保能与火箭成功分离。按钮按下之后，引信会被点燃，在服务舱与接合器之间凸起边缘的周围、以及沿着接合器四个面板间的接缝就会爆炸，以将服务舱松脱，并炸开面板之间的连接。之后，在接合器面板下端的双冗余烟火助推器便会发动，以每秒30～60度的速率使四个面板依著铰链向外翻动。
在阿波罗7号以及之前的所有阿波罗飞行任务中，接合器的面板会照原先的设计仍然链接在S-IVB上并向外开45度。但是当阿波罗7号宇航员正实习与装有虚设对接目标（取代真的登月舱）的S-IVB/SLA交会时，便发现在登月任务期间，飞船与登月舱进行对接并将其取出时，可能会与接合器面板有碰撞之虞。为此，在重新设计的过程中，便使用了一个弹簧加载的铰链松脱系统，能够以45度角将面板松脱并以时速约5英哩的速度将面板从S-IVB推离。及至宇航员将指令/服务舱拉离S-IVB并掉转180度回来准备进行对接时，面板已经远在安全的距离之外了。
在接合器的较低面板处有四个点可以使登月舱与其相连。在宇航员将指令/服务舱与登月舱对接之后，就会引爆炸药，使这四个连接点与登月舱分离，并且有个裁切机将登月舱连于控制设备单元的脐带电缆切断。在炸药点燃之后，弹簧就会将登月舱从S-IVB往外推离，然后宇航员就可以继续航向月球了。
规格
[编辑]- 高度：28呎（8.5米）
- 顶部直径：12呎10吋（3.9米）（服务舱末端直径长度）
- 基部直径：21呎8吋（6.6米）（S-IVB末端直径长度）
- 重量：4,050磅（1,840千克）
- 体积：6,700立方英尺（190立方米），4,900立方英尺（140立方米）可用
飞船的目前位置
[编辑]所有指令舱、未执行飞行任务的服务舱、以及登月舱的处置方式则详见“生产的指令服务舱”与“生产的登月舱”。（所有执行飞行任务的服务舱于任务结束后都在大气层中被烧毁。）
参考文献
[编辑]- ^ Tim Brandt and W. David Woods. Apollo 16 Flight Journal: Day 1 Part One. Apollo Flight Journal. NASA History Division. [2013-10-23]. （原始内容存档于2007-05-09）.
- ^ W. David Woods and Frank O'Brien. The Apollo 15 Flight Journal -Launch and Reaching Earth Orbit. Apollo Flight Journal. NASA History Division. [2013-10-23]. （原始内容存档于2016-03-05）.
- ^ 阿波罗5号在携带登月舱执行无人的飞行任务时，并没有携带指令/服务舱，而是用一个航空动力学的头锥来代替，并将其拴在接合器的顶端。
- ^ Robert L. Dotts. Apollo Experience Report Spacecraft Heating Environment and Thermal Protection for Launch Through the Atmosphere of the Earth (PDF). NASA Technical Note. NASA Manned Spacecraft Center. [2013-10-23]. （原始内容存档 (PDF)于2021-04-27）.
- ^ Benson, Charles D.; William Barnaby Faherty. Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations. The NASA History Series. Washington, D.C.: NASA. 1978: 440–443 [2013-10-23]. （原始内容存档于2019-07-14） （英语）.
- North American Rockwell, 'Apollo Command Module News Reference', 1968.
- NASA TN D-7083: Launch Escape Propulsion Subsystem （页面存档备份，存于互联网档案馆）
外部链接
[编辑]- NASA report JSC-03600 Apollo/Skylab ASTP and Shuttle Orbiter Major End Items （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Final Report, March 1978; NASA report listing dispositions of all rockets and spacecraft used in the Apollo, Skylab, Apollo-Soyez Test Project and early shuttle missions, as of 1978.
- Apollo D-2 Proposal by General Electric, Encyclopedia Astronautica