人类想要登上月球，可以使用哪些登月方案？

上文书讲到了苏联为登月的火箭方案头疼。现在的 R-7
系列火箭显然是不够用的，这款火箭的潜力也都挖得差不多了。要知道，在地球的引力场范围内，飞得越高，需要的能量就越大。这就是一个用火箭燃料的化学能去换取引力势能的过程。火箭把上面级推进地球轨道以后，全靠上面级自己的燃料从地球轨道飞向月球轨道，这还不算，还要落下去，这是要花费额外的能量的，下去以后还要返回，还要上来。这也要花费能量。满打满算，上面级怎么也要
100 吨的重量，其实登月舱和火箭只占小头，大头是燃料。

也就是说，一级火箭起码要有这个本事，把 100
吨的东西送进地球轨道。现在东方号和上升号飞船也就那么几吨，差的太远了。美国人也一样，双子座飞船也不大。

双子座飞船很小，不满足登月的需要

这简直是一个连环套，上面级轻一点，整个火箭就可以小一点。怎么才能让上面级轻一点呢?换用高能燃料是个办法，每公斤燃料含有能量最大的是氢，一公斤氢气完全燃烧，可以产生
1416 亿焦耳的热量，汽油只有 473 亿焦耳。柴油更低，只有 448。数值上差的太远了。

但是氢有个毛病，体积巨大，密度低的可怜。即便是压缩成了液态氢，密度也很小，大概是 70.8 公斤/立方米。要知道 1 立方米的水，刚好是 1
吨重，差了不止 1 个数量级。煤油比水轻，也要 820 公斤左右。液态氢小了 10 倍都不止。那么大的罐子，其实没多重。

液态氢温度非常低，低于-252℃

液氢的另一个麻烦是温度极低，氢气是仅次于氦气，第二难液化的气体。必须冷却到 -252℃ 以下，这个温度非常的低，隔壁的液氧温度是
-183℃，温度差了几十度，这两者的温度差就会是一个超级大麻烦。液氧碰到液氢，立马冻成固体的冰坨子。

尽管麻烦很多，但是，氢氧发动机的优点真的很诱人，氢氧发动机的比冲比煤油发动机要高不少，特别适合上面级使用。比冲这个概念大约就相当于“百公里耗油”，比冲越高越好，你能不能开到目的地，就取决于百公里耗油和你带了多少油，只要这两个数相乘是够用的，你早早晚晚都能到。省油就可以少带油嘛，那不就轻松嘛。

最终，美国人决定去啃这块难啃的骨头，因为未来的巨型火箭是缺不了这个东西的。这就是 J-2 氢氧发动机，这东西对如今航天市场的格局都有重要的影响。

直击月球方案

与苏联人的徘徊不一样。美国的 NASA
倒是完全发挥了统一协调的作用，早早就开始论证登月的技术路线。如果要造一枚巨大的火箭，直接飞向月球，那么这枚火箭的起飞重量起码要 4000~5000
吨。这简直是天方夜谭，不要说当年，就算是现在，也没有这样的火箭。所以这个方案显然是不靠谱儿的。

第二个方案就算地球轨道集合的方案。用大型火箭发射登月舱，在地球轨道上先慢慢转悠。然后再发射一枚火箭，运送屁股后头的一大堆辅助舱段。在太空里交会对接，把登月舱和辅助舱段拼装好，再开动火箭飞向月球。到了月球，直接下去。然后在月球上溜达溜达，搬几块大石头，采集样本带回地球。这个方案的好处是不用一次性把整个登月舱和辅助舱段送上太空，那也就不需要巨型火箭了。但是当时根本没有人掌握交会对接技术，行不行啊?

约翰·胡博尔特在解释他的登月方案，这一方案最后变为现实

最靠谱儿的一个办法，那就是飞到月球附近，被月球的引力捕获，飞船联合体成了月球的卫星，咱不下去。下去，那就是势能变成了动能，在落到月亮上的一刻，动能全都消耗光了。再飞离月球，还要付出相同，甚至是更多的能量。这样是非常不划算的。只要让登月舱这一小坨下去，指令舱+服务舱那么一大坨仍然停留在月球轨道，这是最划算的了。

最终，阿波罗计划就是按照这个思路走的。即便是这最靠谱儿的方案，美国人当时也没把握。因为要想让 2 个宇航员登上月球，他们要把 140
吨的大家伙送上地球轨道，这是一件非常难办的事儿。

布劳恩和肯尼迪，左侧是土星-1型火箭模型

研发这种大型火箭，重担就落在了马歇尔太空中心的掌门人冯·布劳恩的肩上。其实布劳恩早就憋着造大型火箭呢。但是他也是心急，他巴不得早点登月，因此在 50
年代末，他就开始研发土星系列火箭了。他以前研发的火箭不是叫“木星”嘛。下一枚火箭肯定叫土星嘛。他还是想在地球轨道拼装成联合体，然后再飞向月球。他的土星火箭就是按照这个思路去做的。

在 50 年代末，布劳恩手里拥有的发动机也就是洛克达因的 H-1 发动机。更大的 F-1
发动机还在研发之中。这东西被用在纳瓦霍导弹上，后来还在红石导弹上也用过。现在最新的改进型，推力也才几十吨。发射大型火箭是肯定不够的。只能多枚火箭捆绑在一起使用。所以，最早的
C-1
构型运载火箭显得有点土，因为构造太难看，燃料箱都是分离的，一个发动机配一个，你想想这毛重要增加多少啊，一根一根分离的管子，这都是皮啊，要是合在一起，不是更节省嘛，当时没这个技术，稳妥起见，还是分开吧。

土星-1型火箭第一级是8台H-1发动机

C-1 火箭 1963 年改名叫土星 1 型火箭，这是土星火箭家族的开山之作。第一级捆绑了 8 个 H-1 火箭发动机，内圈 4 台，外圈 4
台，足足的一大捆。

火箭的第二级采用了 6 台 RL-10 氢氧发动机。RL-10
算是美国人第一次尝试使用氢氧作为燃料。反正第一个吃螃蟹的难免出事儿。炸掉试车台这种事儿，他们是碰上好几次。火箭发动机不炸才怪，就是炸出来的。这台原始版本的氢氧发动机，比冲达到
433，液氧煤油的 H-1 发动机，比冲才 289，氢氧发动机的比冲优势是很大的。但是这台发动机的推力却很小，只有 7 吨的样子，6 台也不过才 40
多吨。

第二级装有6台RL-10氢氧发动机

布劳恩就用这两级火箭拼装出了第一代的土星火箭，也就是土星 1 号。土星 1 的第一级是在克莱斯勒工厂制造的，第二级是在加州的道格拉斯飞机公司制造。NASA
是个不错的教练员，带着这些防务承包商一起进步。1961 年，土星 1
型火箭开始测试飞行。布劳恩他们还是比较谨慎的。第一次发射，上面的第二级是假的，是个配重。第一级是真的，就是看这个第一级工作正常不正常。实验还是很圆满的，第一级的
8 台 H-1 发动机把火箭送进了 136 公里高的亚轨道。

后来，在 1962 年和 1963 年又搞了几次测试。都是只测试了第一级，但是上面的配重越来越重，飞得越来越高，但是都是亚轨道。一直到 1964
年，才把真正的第二级给装上。真正飞进了远地点 760 公里，近地点 264 公里的轨道。有效载荷足有十几吨重。按照这个量级。拼凑成登月飞船联合体，起码要发射
10 次，拼装 9 次啊，这多麻烦啊。所以，布劳恩也就明白了。靠这个土星 1 号火箭，离登月还很远。

布劳恩当时规划了从 C-1 到 C-4 各种火箭发动机的搭配。其中 C-2 和 C-3 都没落到实处，只是一个构想。倒是 C-4
比较靠谱儿，那就是第一级用 4 台巨大的 F-1 发动机，第二级用 4 个 J-2 发动机，第三级用 1 个 J-2 发动机。J-2 发动机的推力足有 100
吨，比现在的 RL-10 大多了。

C-4 火箭只要两枚，就能在太空里拼装出登月飞船联合体。布劳恩算计着，这总够用了吧。这时候，手下的技术人员提出了新的建议。假如放大 C-4 火箭。第一级用
5 台 F-1 发动机，第二级用 5 台 J-2 发动机，这样的火箭就足够采用月球轨道停留方案实现登月。

也就是火箭直接把登月飞船联合体送到月球轨道。然后登月舱下去，实现登月，指令舱和服务舱在太空轨道里等着，等到月面上的事儿搞定了，登月舱返回太空，再和指令舱对接，把人装进指令舱，抛弃登月舱，大家返回地球。

NASA 觉得这个办法是最合理的，于是，布劳恩就按照这个构想设计了一个新的型号，那就是 C-5，这种火箭就是日后大名鼎鼎的土星 5 号。

土星-1B型火箭可以打阿波罗飞船，也能打一般的载荷

可是，如果要测试阿波罗飞船，当然不需要把飞船打到月球轨道上去。只要在近地轨道进行测试就可以了，当然就犯不上使用那么巨大的土星 5
号火箭。用小火箭打上去就行了。为此，布劳恩还要改进土星 1 型火箭。把第二级的 6 台 RL-10 发动机，改成 1 台 J-2 发动机。这就是后来的土星 1B
火箭。你会发现，土星 1B 的第二级和土星 5 号的第三级几乎是一样的。没错，都是用了一台 J-2 发动机，这倒是一举两得。

所以，美国人的计划已定，剩下就是甩开膀子加油干了。苏联人还在到处转悠，犹豫不决。科罗廖夫要研发新型火箭，那么他所要做的，也和美国人是一样的。你起码要把
100 多吨的东西送进近地轨道吧，否则免谈。

科罗廖夫 vs 切洛梅

科罗廖夫去找格鲁什科，兄弟啊，你那里有没有大号的煤油发动机啊。格鲁什科脑袋摇得跟拨浪鼓一样。液氧煤油发动机，我这儿里没有大号的，我在研究常温燃料发动机，没空鼓捣液氧煤油。

常温发动机就是偏二甲肼、四氧化二氮作为燃料的发动机，反正都是联胺类的燃料。这东西都是有强烈腐蚀性，有剧毒的燃料。但是好处是常温下是液态的，不需要伺候那么冷的液氧，特别适合洲际导弹，可以提前加注。

环保斗士科罗廖夫特别不喜欢毒发动机，因为这东西比较危险，而且比冲不高，他一扭头，抛开老搭档格鲁什科，找库兹涅佐夫去了。另一边，切洛梅就非常喜欢这种毒发动机。他设计的
UR500 火箭，用的就是毒燃料。这枚 UR500 火箭很特别，甚至有点另类。

苏联四海分割，互相不连通

苏联的地理位置，实在是不占便宜。苏联四海分割，北边的北冰洋沿岸，常年冰封，交通不便。太平洋地区又远离经济中心，海参崴被对面被日本挡住了进出太平洋的路。黑海是个内海，被土耳其掐住了黑海海峡的出口，即便是进了地中海，仍然是在澡盆里打转转，波罗的海也是个非常狭窄的海域。

所以，苏联发射火箭一定是在陆地上，因此才选定了拜科努尔。只要是在地上，火箭就必须靠铁路运输。那就必然受到隧道的限制，火箭是不能太粗的。所以，火箭直径就没办法超过
4
米。造超大火箭，首先这一关就过去不去，直径就受到限制。除非在拜科努尔进行组装，在拜科努尔建立厂房。但是这个厂房和在大城市周边的相比，条件肯定是不好嘛。这就是苏联的一大麻烦。美国人没这个问题，可以用船运到卡纳维拉尔角。工厂选址，尽量靠海或者是靠近河边。

UR-500的后继型号

切洛梅设计的 UR-500 火箭，首先就要考虑到这一点。所以，他设计的火箭，中间是个 4 米粗的氧化剂燃料箱。周围一圈，布置了 6 台 RD-253
火箭发动机和燃料储箱。可以先把光杆火箭拉到拜科努尔，通过隧道没问题，到了拜科努尔，把周围的6台火箭发动机和燃料储箱给装上。这时候粗就粗了，没关系，前方已经不需要过隧道了。所以。切洛梅设计的
UR-500 火箭虽然看起来好像是捆绑火箭，其实不是。只是第一级的发动机在周围摆了一圈，中间杆子上是没有发动机的。

早期的UR-500火箭

这颗 RD253
发动机可不简单。格鲁什科不愧是火箭发动机大师。这台发动机用到了补燃技术，或者叫分级燃烧技术，当时只有格鲁什科的设计局掌握。目前，液氧煤油的高压补燃技术也只有俄罗斯和中国是实用化的。美国后来在氢氧发动机上采取过部分分级燃烧，煤油机也研究过，但是没有实用化。目前
SpaceX 的马斯克在全力以赴攻克液氧甲烷的全流量分级燃烧技术。可见这种技术是每个火箭发动机研究者都梦寐以求的。

布劳恩早期的火箭发动机，都要带上过氧化氢，用过氧化氢的催化分解来驱动涡轮泵，这个泵把大量的燃料压进火箭的燃烧室，点火燃烧，产生巨大的推力。这就是火箭发动机的基本原理。但是，每次总要带过氧化氢，似乎有点多此一举。

使用燃气发生器循环的发动机结示意图

于是，就出现了第二个办法。用火箭的燃料，先送进一个小燃烧室燃烧，产生的热气吹动涡轮泵，涡轮泵把燃料送进喷管的管壁上走一圈，喷管里边其实就是主燃烧室，先利用喷管给燃料预热，顺便也帮着喷管降温，省得被烧坏了，然后加热以后的燃料被压进主燃烧室，点火燃烧，产生巨大的推力，这就是所谓的燃气发生器循环。

废气没有用啦，直接弄个管子排掉就行了。这点废气不产生推力，主要能量都用来吹涡轮泵了。土星 5 号用的 F-1 发动机推力巨大，推力大约 700
吨，这个涡轮泵的功率就有惊人的 5.5 万马力，1 秒钟要向燃烧室送进 5.8 万升煤油和 9.4
万升液氧。一眨眼的功夫，这么多燃料就烧光了，全都喷出去了。

F-1发动机左侧的那跟管子，就是排放驱动涡轮泵的废气的，采用燃气发生器循环的发动机必定有排放废气的管子

这种燃气发生器的方式能够简单粗暴地把发动机做的非常大，变态的大。F-1 发动机到现在也是最大的单喷管火箭发动机。俄罗斯的 RD-170
推力比它大，但是喷管也比它多。但是，F-1 的比冲是很难看的，只有 260 多，人家 RD-170 的比冲有 300 多呢。RD-253 这颗毒发，比冲也比
F-1 要高。

这个分级燃烧技术究竟是怎么回事儿呢?为什么这个技术就这么诱人呢?

~

阿波罗11号是怎样登上月球的?
答：6.宇航员在下梯子时是在登月舱的阴影处，为什么能清楚地看到宇航员的脚踩在梯子上？（按理说宇航员所处的位置是在背阴处）因为照片上的宇航员是奥尔德林，照片拍摄者是阿姆斯特朗，阿当时已经登上了月球。月球作为距离地球最近的天体，从古至今人们一直梦想着登上月球，上个世纪60年代美国的“阿波罗计划...

人类对登上月球付出的努力
答：月亮上有什么？人们总想揭开这个谜。在没发明望远镜之前，人类只能用肉眼观看月球，产生了很多幻想。古中国人编出了嫦娥奔月的美丽神话，而古希腊人则认为月球里有一位美丽的狩猎女神阿尔忒弥斯。古往今来，人类为了探索月亮的秘密付出了巨大的努力！月球是离地球最近一个天体。意大利天文学家伽利略最早用...

中国第一个登上月球的火箭叫什么?
答：中国政府于2000年11月发表了中国航天白皮书,初步确立月球探测的目标,明确提出近期发展目标包括“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。同时提出选择月球探测的目标必须突出特色,既要填补中国在月球探测领域的空白,也要为人类建立月球基地增添新的科学依据,尽量避免重复其他国家已做过的工作。 中国为登月计划成立了...

求一篇作文:其实,我很想登上月球 初二的 七八百字
答：冥冥中,我突然发现,这架飞船有我在玻璃上写的记号,我恍然大悟,原来这架飞船就是我登上月球所用的那架!幸好,飞船有遥控器,这是为了预防飞船的丢失,于是,我启动了飞船的消毒系统,因为这可以让脏物排出飞船外。几秒钟过后,3只锯齿族人被丢了出来。毕竟这种生物天天勾心斗角地想消灭天族,那有去洗干净自己的时间...

期待!中国航天员有望10年内登月,月球上没有发射台,航天员将如何...
答：从科研站上面再度返回，那么这就是第1步 中国对于月球有着不一样的情感，从很多古诗词里面就可以看出来，如果有一天我们真的能够登上月球，那是一件特别美好的事。月球对于我们来说是一个最接近的天气，也是地球的天然卫星，距离我们大概有38万公里左右，从这个科研站上面再度返回，那么这就是第1步。

据说地球磁场“罩不住”月球,那若想安全探月需要怎样做?
答：从古至今都有各种各样的神话小说来描述我们的古人登上月球，甚至有很多的小说描述在人成仙之后直接来到了月球，就比如我们所熟知的嫦娥和月兔。但是在现实当中，我们想要登上月球却是难上加难，首先就是我们跟月球之间的距离十分的遥远，飞行器想要到达月球足足要飞行十几天的时间。然而，离开地球就是一件...

三年级假如我登上了月球做些什么300字作文
答：了解了解月球上的泥土和地球上的泥土有什么不同之处?……我想要知道的东西太多了! 假如我登上了月球,我先要为人们解开月球上没有生命的迷.最后,再一点一点的解开我想知道的所有不解之谜. 要是我能登上月球那该多好哇! 假如我登上了月球的作文怎么写小学三年级用的 有关“无阻力”的实验,因为在月球上,由于...

世界有几个国家登上月球了?中国是第几个登月的?
答：截至2019年，世界上只有美国登上月球，中国尚未登月。1969年7月21日，美国宇宙飞船“阿波罗11”号登上月球，首次实现了人类登上月球的梦想。1969年7月16日，阿波罗人类登月行动开始。在美国东海岸佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪宇宙飞行中心的发射场上，一支长达110米的巨型火箭点火起飞。这种土星5号火箭...

目前世界上有哪些国家有能力登月?
答：1969年7月20日美国航天员阿姆斯特朗率先登上月球,在月面停留了22小时,揭开了人类探索月球、开发月球的历程.这是美国“阿波罗登月计划”11年的结果.在阿姆斯特朗登月之前,美国多次发射遥控飞船环绕月球飞行或登月,对月球进行拍照,对月面的地藐及环境有了全面的了解。其后共有6艘飞船,12名航天员登上了月球...

人类是什么时候登上月球上?
答：人类登上了月球。为了纪念和留下证明，第一批登月者在月球上安放了一个金属牌，上面写着：“这是地球上来的人们在月球上首次着陆的地方。1969年7月。”他们还用电视摄像机拍摄了月球上的情况，包括他们的脚印，然后就搜集月亮岩石和矿物的标本。他们还与美国新任总统尼克松通了话。阿姆斯特朗满怀深情地说...