在繞月軌道遠望月球表面

看過阿波羅13號電影的都知道,成功進入太空後,太空人必須依照程序,將服務艙調轉180度,然後取出登月小艇,成功後才能前往月球。為什麼要採用這麼複雜的程序,而不直接將整個太空船飛往月球然後著陸呢?

服務艙取出登月小艇模擬畫面[1]

阿波羅計劃規劃之初,共考慮過直接起飛、地球軌道集合、月球表面集合與月球軌道集合4個方案。考量開發成本、技術難度與安全性後,月球軌道集合方案最終獲得採用。將指令/服務艙及登月小艇一同送往月球,由登月小艇登陸月球,指令/服務艙則留在軌道上。任務完成後,登月小艇在月球軌道上與指令/服務艙交會並返回地球,返回過程中拋棄登月小艇與服務艙,由指令艙載著太空人回到地球。

直接起飛或者地球軌道集合的設想圖[2]

約翰·C·霍博爾特博士解釋月球軌道集合方案[3]

阿波羅太空船的完整架構[4]

指揮艙與服務艙合稱為指揮/服務艙,服務艙主要包含主引擎、姿態控制系統、燃料槽、散熱器、以及高增益天線。後期的阿波羅15~17號任務中還帶有科學儀器模組,包含繪圖相機以及一個小型的子衛星。主引擎及姿態控制系統能夠多次重新啟動,使太空船能夠進出月球軌道以及在往返地球及月球之間進行航線修正。指揮艙是主要控制中心以及三名太空人的住處,設備包含反應控制推進器、前端對接艙口、通訊系統、導航系統、隔熱板以及降落傘回收系統。整個任務期間,服務艙一直都與指令艙相連,直到進入大氣層之前才被丟棄。進入大氣層後,指揮艙依賴隔熱板通過大氣層,打開降落傘逐漸減速並降落在海面等待救援。

阿波羅指揮/服務艙構造[5]                                                                                     阿波羅登月小艇結構圖[7]
「阿波羅11號」指令艙[6]

登月小艇是專為登陸月球及返回月球軌道所設計的載具,由下降級和上升級組成。下降級包含起落架、登陸雷達天線、降落用引擎以及登月所需燃料,內部還有幾個隔艙,能裝載阿波羅月面實驗包、儀器手推車(用於阿波羅14號)、月球車(用於阿波羅15、16及17號)、電視攝影機以及月岩標本採集箱等,登月紀念牌也安裝在下降級上。上升級則包含乘員艙、儀表板、艙蓋/對接口、光學電子導航系統、反推力系統、雷達及通訊天線及上升用引擎。除了登月任務外,在阿波羅13號中登月小艇則成為挽救太空人的救生艇。除了供應氧氣與電力外,原本用來在下降至月面時減速的火箭引擎,卻負責在環繞月球時加速以進入返回航線。此次事故中,登月小艇系統為3名太空人提供了90小時的生命保障,而原本設計是提供2名太空人45小時。後續的阿波羅15~17號任務中,維生系統的能力提升至為2名太空人支持4~5天。

阿波羅13號任務中登月小艇扮演救生艇[8]

依現在的眼光來看,無論指揮/服務艙或是登月小艇,都已是落伍的設計。然而,這些老骨董卻完成了至今無法重現的成就,甚至發揮出超乎設計能力的表現。希望新一代的登月太空船能盡快完成,重現風采。

文章參考來源:
1. Apollo (spacecraft) (檢索日期2019/08/14)
https://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_(spacecraft)
2. Lunar orbit rendezvous (檢索日期2019/08/14)
https://en.wikipedia.org/wiki/Lunar_orbit_rendezvous
3. How the Apollo Spacecraft Worked (檢索日期2019/08/14)
https://science.howstuffworks.com/apollo-spacecraft4.htm
4. Apollo Command Module Never Touched the Moon. But It Made the Landing Possible. (檢索日期2019/08/14)
https://www.space.com/apollo-command-module-explained.html
5. NASA built 5 Apollo lunar landers that never launched into space. Here’s what happened to the historic moon ships. (檢索日期2019/08/14)
https://www.businessinsider.com/nasa-apollo-moon-mission-lunar-module-locations-museums-2019-6
6. Lunar Module (檢索日期2019/08/14)
https://www.discoverspace.org/discover/el-pomar-space-gallery/lunar-module

圖片引用來源:
https://forum.gamer.com.tw/C.php?bsn=23205&snA=298, retrieved August 14, 2019
https://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_program, retrieved August 14, 2019
https://en.wikipedia.org/wiki/John_Houbolt, retrieved August 14, 2019
https://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_(spacecraft), retrieved August 14, 2019
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%BF%E6%B3%A2%E7%BD%9713%E5%8F%B7, retrieved August 14, 2019
https://xw.qq.com/partner/hwbrowser/20190722A0LTOQ/20190722A0LTOQ00?ADTAG=hwb&pgv_ref=hwb&appid=hwbrowser&ctype=news, retrieved August 14, 2019
https://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_Lunar_Module, retrieved August 14, 2019
https://zh.meet99.com/moon-Apollo13.html, retrieved August 14, 2019