向着月球,前进

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  在刚刚过去的2013年,携带着“玉兔”月球车的“嫦娥3号”降落在月球虹湾地区,在某种程度上圆了国人的登月梦,这也是自1976年以来人类的首次月面软着陆(就是用各种办法让航天器在降落前放慢脚步,尽量减小其受到的伤害)。借此契机,让我们一起来回顾这段不算太长,却包含有太多故事和情感的人类探月史吧!
  “炮弹”们的月球初航
  在科幻祖师儒勒·凡尔纳的小说《从地球到月球》里,探险家们飞往月球的工具是一枚足够容纳三人的巨型空心炮弹。由于早期火箭运载能力和航天器设计水平的限制,第一代月球探测器基本上都是些形状各异的“炮弹”。这些愣头青们对月亮的想法只有两个:要么从它身边飞过,远远看上一眼;要么就一头撞上去。
  说来难以置信,人类渴望到达月球的愿望竟是那么强烈。就在苏美两国相继成功发射人造卫星后不久,一枚枚火箭就开始携带简陋原始的“炮弹”向月球进发。1959年9月13日,苏联的“月球2号”第一个命中月球,半个月后,“月球3号”首次拍摄到月球背面照片。美国人如此震惊,以至于当“月球3号”的复制品赴墨西哥展出时,守在半道上的美国中情局特工们趁夜把它劫进小黑屋里拆了又装,然后抢时间开快车再送去展馆。后来,美国和苏联分别实现了人和机器人的月面漫游和采样返回,让他们各自迈出了一小步,而这都是人类迈出的一大步。尽管尼尔·阿姆斯特朗是举世皆知的“登月第一人”,但与他同时登月的奥尔德林回忆称,当自己离开登月舱,踏上月球表面的泥土后,内心激动的他突然来了尿意,于是当数亿电视观众通过电视屏幕观看登月直播时,奥尔德林竟站在月球表面小起便来。当然,奥尔德林的小便并没有落到月球尘土上,而是流进了太空服里面安装的一根管子中。
  你们可能无法想象“阿波罗”飞船的计算机处理能力还不如一部现代手机。“阿波罗11号”任务计算机工程师杰克·加曼说:“我们地面控制中心的监控屏幕和设备摆满了整个房间,但所有这些设备的总处理能力,只相当于一台现在的笔记本电脑。而‘阿波罗11号’飞船的计算机处理能力就更加原始了,它的处理能力大约在一块电子表和一部手机之间。”
  让人匪夷所思的事还不止这一件,当年“鹰号登月舱”准备飞离月球表面时,竟然只剩下一个引擎可以工作。雪上加霜的是,发动登月舱引擎的电路开关也失灵了,阿姆斯特朗和奥尔德林尽量保持平静,和地面控制中心商量着各种解决办法,在一切尝试都无效后,奥尔德林拿起一支旧圆珠笔,将圆珠笔顶端的铜芯卡进了电路中,令人难以置信的是,引擎启动了。一支旧圆珠笔就这样挽救了“阿波罗11号”。
  月球车
  月球车是一种能够在月球表面行驶并完成月球探测、考察、收集和分析样品等复杂任务的专用车辆。在实验室里,这个重要角色的学名是“月面巡视探测器”。在月球的一个自转周期内,温度相差可以达到310℃。月面上如此急剧变化的温度环境会使橡胶迅速老化,因此为了使月球车在月面上能够顺利行驶,月球车轮胎要使用特殊材料,克服温差。月球车的每个轮子在零下100℃低温下仍可保持弹性,宇航员操纵手柄驾驶月球车,可向前、向后、转弯和爬坡。
  由于月球的极端环境,月球车必须拥有一副“钢筋铁骨”。月球车在发射上升过程中运载火箭产生的冲击、振动、过载和噪声以及在月面降落过程中制动火箭产生的冲击、过载和可能用气囊缓冲着陆产生的多次弹跳、翻滚,月球车必须经得起这些“摔、打、滚、爬”的折腾。月球上没有空气,月球车不能使用汽油发动机,只能采用由蓄电池或者燃料电池供电驱动发动机的方式,即以电动车为主,以太阳能车和火箭车为辅。月球重力是地球的1/6,因此,月球表面土壤非常松软,月球车行进效率会降低。月球表面崎岖不平的路面,有石块、有陨石坑,还有坡。在这种情况下,设计的轮子便需要克服重重障碍,既不能打滑,也不能翻车,必须做到前进、后退、转弯、爬坡,样样在行。
  月球的自转引起月面的昼夜变化。月球上一天的时间,大约相当于地球上的27天略多。因此,月球昼夜间隔大约相当于地球上的14天。也就是说,登上月球以后的月球车,最多可以连续工作14天,进入月夜以后,它由于无法通过光能发电,就进入休眠状态,14天后又能自动醒来。
  美国航空航天局计划在2020年前重返月球,并在2024年前,建立月球永久基地。目前已推出新型概念月球车。这种月球车可以向任意方向行进,车的前轮可以向各个方向旋转,而且每个轮子的方向都相同。而这个新概念月球车的6个轮子可以分别向不同方向旋转,不管其他轮子此时的指向。这种“蟹型”操控特征,让车辆在驶入月球陨石坑时更具有优势。“电力月球车”是美国航空航天局计划中的一种小型货车大小的增压月球车,有12个轮子,带有能满足两名航天员14天需求的睡眠和卫生设施。
  舌尖上的月球
  登月除了那些复杂的技术和机械外,最不能忽视的就是人的作用,而在慢慢月空中,宇航员再也不用像嫦娥那样吃那又干又硬的月饼,因为他们的伙食也很丰富。
  当然,早期的航天先驱们可没有这么好的口福。人类刚刚进入太空时,专家们担心在失重条件下食物会堆积在咽喉部位不易下咽,所以为宇航员准备的食物多为高度浓缩、便于吸食的流质。肉糜、果酱类膏糊状食物往往被装入牙膏状的铝管包装中。宇航员进餐时,用手挤压管壁,将食物直接送入口中。穿着加压的航天服时,通过头盔进食孔进食。这种食品的缺点是水分含量高,重量和体积大。后来,太空食品采用一口一个的块状压缩食品。小块食品体积和重量小,便于携带,进食方便,一口一个也能避免撕咬食物产生碎屑在舱内飘舞。 20世纪60年代中期以后,美国的“双子星座”号飞船和“阿波罗”号飞船上开始采用氢氧燃料电池作为电源。这种电池工作时会产生大量水。于是,美国发明了脱水复水食品。这种食品的性状和味道更接近于地面的普通膳食,能略微满足宇航员的“口腹之欲”。
  宇航员第一次不用从“牙膏管”里吮吸食物是在1968年12月,当时进行登月彩排的“阿波罗8号”飞船为宇航员提供了餐具,他们可以像样地吃饭了。登月宇航员像在地面上一样一日三餐。食品有三种:脱水食品(吃前要用水溶化)、胶状食品(类似果冻,可以用勺吃),此外还有部分定量包装的份饭。后来,由于航天器上食品冷藏设备和加热装置的发展,航天食品的类型和品种已接近地面膳食。美国航天飞机上的宇航员和中国的航天员都可以吃到新鲜的蔬菜、水果和加热后的鲜汤等食品。
  现在宇航员在外太空吃些什么呢?答案是同地面上几乎完全一样:黑面包、蜜饼、火腿、酸甜汁的猪肉、鹌鹑、波兰梭鱼、俄罗斯奶酪、鲟鱼、蔬菜汤和红菜汤、草莓、饼干、巧克力、茶和咖啡。这些食品都采用特制的器皿包装,可以直接放在有加热设备的工作台上,有的用聚合物包装,可以用勺或叉子取食。
  (叶 子)
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