倒数计时迈向太空新时代

国家地理:倒数计时迈向太空新时代

A technician installs components on the CST-100 Starliner, a new capsule engineered by Boeing that can carry as many as five passengers to the International Space Station.

Countdown to a new era inSpace

1972 年 12 月,阿波罗 17 号的宇航员哈里森·施密特 (Harrison Schmitt) 跳向月球车。那是人类最后一次在月球上留下足迹。
编注:这张影像是 NASA 用 18 张照片合成的全景图的一部分。NASA 将天空涂黑以移除阳光造成的镜头耀光,呈现宇航员看到的月球景色。

NASA/Lunar and Planetary Institute

50 年前的这个月,宇航员首次登上月球。阿波罗 11 号的成功展现了人类的勇气与巧思,当时距离莱特兄弟 (Wright brothers) 第一次飞行才过了 66 年。如今当新世代尝试将科学与商业结合时,我们的目光又重新望向月球。

伯茲·艾德林 (Buzz Aldrin) 拍下自己脚印的照片,见证了阿波罗 11 号太空人的「一小步」。

NASA JOHNSON SPACE CENTER

T Minus
T Minus 5

Pioneers

约翰·格伦 (John Glenn) 于 1962 年 2 月 20 日绕地球轨道飞行时穿着这件太空衣,太空衣上有 27 个拉链,以确保能紧密贴身。

动物是最早的太空旅人。它们为日后举世闻名的宇航员 (还有那些无名英雄) 当了开路先锋。

by Nadia Drake Photographs by Dan Winters

约翰·格伦 (John Glenn) 于 1962 年 2 月 20 日绕地球轨道飞行时穿着这件太空衣,太空衣上有 27 个拉链,以确保能紧密贴身。

尤里·加加林 (Yuri Gagarin)、艾伦·谢泼德 (Alan Shepard)、约翰·格伦 (John Glenn) 和尼尔·阿姆斯特朗 (Neil Armstrong) 是第一波太空旅人。他们都是军方训练的宇航员,被认为拥有执行危险任务所需具备的条件。

但早期上太空的不只有男性,甚至不只是人类。果蝇、猴子、小鼠、狗、兔子和大鼠都曾在人类之前上过太空。在加加林于 1961 年 4 月环绕地球轨道,成为第一名进入太空的人类的三年多前,苏联在一次著名 (或恶名昭彰) 的任务中,将一只名叫莱卡 (Laika) 的流浪狗送上了太空。它是第一只环绕地球轨道的动物,但却在旅程中死亡。美国则将一只名为汉姆 (Ham ) 的黑猩猩发射上太空,幸好它存活下来。这次任务让谢泼德得以在 1961 年 5 月成为第一名进入太空的美国人。

尽管有性别歧视,女性也是太空先锋。有些人一直待在幕后,例如数学家凯瑟琳·约翰逊 (Katherine Johnson)。她手动计算飞行轨迹,让格伦在 1962 年成为第一名绕地球轨道飞行的美国人。瓦莲京娜·捷列什科娃 (Valentina Tereshkova) 这位早期的苏联宇航员则在 1963 年成为第一名环绕地球轨道的女性。直到 20 年后,参与「挑战者号」(Challenger) 航天飞机任务的萨莉·莱德 (Sally Ride),才成为第一名上太空的美国女性。

斯普特尼克 (Sputnik) 卫星在 1957 年 10 月 4 日发射时由电视转播,电视在当时还是相当新颖但日益普及的传播媒介。苏联出其不意地成功将第一枚人造物体发射上太空,不仅震惊了美国,也引发两大强权间的太空竞赛。

史翠卡 (Strelka) 在 1960 年 8 月 19 日搭乘苏联太空船进入太空,随行的还有另一只狗贝尔卡 (Belka)、一只兔子、40 只小鼠、两只大鼠、苍蝇,以及一些植物和菌类。这些动物都成功返回地球。两只狗被视为英雄,死后被制成标本展示在莫斯科的博物馆。

阿波罗 11 号的成员,包括最早踏上月球的宇航员,在 1969 年 7 月 16 日搭乘指挥舱「哥伦比亚号」(Columbia) 进入太空。这三个人最后搭乘指挥舱返回地球,降落在夏威夷西南方的水域中。

T Minus 4

GETTING THERE

今年 3 月,俄罗斯使用旧有但依然可靠的技术,从位于哈萨克的拜科努尔太空发射中心 (Baikonur Cosmodrome) 发射联盟号 (Soyuz) 火箭。

早期的火箭科学家想出利用多节火箭推进将人类送上月球。农神 5 号 (Saturn V) 火箭成功达成目标,替未来的太空旅行打下基础。

今年 3 月,俄罗斯使用旧有但依然可靠的技术,从位于哈萨克的拜科努尔太空发射中心 (Baikonur Cosmodrome) 发射联盟号 (Soyuz) 火箭。

俄国人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基 (Konstantin Tsiolkovsky) 戴眼镜、留胡子、热爱科幻小说而离群索居,他相信人类注定会探索太空。他在 1900 年代初期便解开了能让人类脱离地球引力的方程式,并想像出如何让火箭前往月球:利用混合液态推进剂与分节点火。

赫尔曼·奥伯特 (Hermann Oberth) 与罗伯特·戈达德 (Robert Goddard) 也分别得到类似结论。美国人戈达德在 1926 年制作并发射第一具液态燃料火箭。大约在同一时期,德国的奥伯特确认多节火箭是完成长程太空任务的关键。

40 年后,这三人的想法终于透过巨大的农神 5 号火箭实现,将阿波罗任务的成员送上太空。农神 5 号高 111 公尺,以液态氢、液态氧与煤油为燃料,是人类建造过最强大的火箭。农神 5 号由沃纳·冯·布劳恩 (Wernher von Braun) 设计和建造,拥有三节式依序点火设计。冯·布劳恩原本是纳粹德国的火箭科学家,在第二次世界大战后带着大部分的团队成员迁往美国。如今的火箭技术仍遵循齐奥尔科夫斯基的方程式,但还没有任何火箭能超越农神 5 号,它将人类送上了所抵达过最遥远的太空。

农神 5 号火箭的第一节由五具钟形引擎推动。大部分的阿波罗任务都是用农神 5 号脱离地球轨道,最终带着宇航员抵达月球。这五具引擎所产生的推力,相当于 85 座胡佛水坝 (Hoover dams) 的总能量。

lifting off

美国与苏联的太空竞赛期间,太空飞行快 速发展。原本用于战争的弹道飞弹,发展 成为探险用的火箭。现在的商业太空公司 也开始建造太空船,并销售未来太空观光 的票券。

SOVIETS IN SPACE

苏联的东方号 (VOSTOK) 太空船让尤里·加加林成为了环绕地球轨道一圈的第一人。

太空船

VOSTOK 1

1961

Third stage

发射载具

R7

1957-现在

第二节火箭

第一节火箭,

有四具助推器

右方数值为上方太空船的各自平均值。

总重量

26 万公斤

88%

燃料 (%)

太空船

5000 公斤

(前往低轨道)

装载量

(人员和货物)

U.S. REACHES the MOON

唯一将人类送出低轨道的火箭以液态氢为第二与第三节引擎的燃料。

给宇航员

的加压舱

引擎

登月小艇

太空船

APOLLO 11

1969

发射载具

SATURN V

1967-1973

燃料箱

第三节

火箭

级间结构

第二节

火箭

第一节

火箭

290 万公斤

91%

4 万 5400 公斤

(前往月球轨道)

11 万 3400 公斤

ROUND-TRIP TICKET

世界上第一艘可重复使用的载人太空船,最多能将八名乘客送上轨道。

轨道载具

COLUMBIA

1981-2003

外燃料箱

发射载具

SPACE SHUTTLE

1981-2011

降落伞

货舱

第一节

火箭

轨道

运行

用燃料

200 万公斤

84%

2 万 8800 公斤

U.S. Goes COMMERCIAL

NASA 与 SpaceX 签约,以将宇航员与货物送上国际太空站。

太空船

CREW

DRAGON

2019

发射载具

FALCON 9

2010-现在

第二节火箭

第一节火箭

(可重复使用)

降落

脚架

54 万公斤

(无法取得重量比例)

2 万 2700 公斤

FERNANDO G. BAPTISTA, KAYA BERNE, EVE CONANT, NGM STAFF; RONALD PANIAGUA. SOURCES: NASA; SMITHSONIAN’S NATIONAL AIR AND SPACE MUSEUM; SPACEX; THE SOYUZ LAUNCH VEHICLE, BY CHRISTIAN LARDIER AND STEFAN BARENSKY

lifting off

美国与苏联的太空竞赛期间,太空飞行快 速发展。原本用于战争的弹道飞弹,发展 成为探险用的火箭。现在的商业太空公司 也开始建造太空船,并销售未来太空观光 的票券。

U.S. REACHES the MOON

给宇航员的加压舱

唯一将人类送出低轨道的火箭以液态氢为第二与第三节引擎的燃料。

引擎

U.S. Goes

COMMERCIAL

登月小艇

太空船

APOLLO 11

1969

NASA 与 SpaceX 签约,以将宇航员与货物送上国际太空站。

发射载具

SATURN V

1967-1973

燃 料 箱

第三节火箭

太空船

CREW DRAGON

2019

级间结构

发射载具

FALCON 9

2010-现在

ROUND-TRIP TICKET

第二节火箭

世界上第一艘可重复使用的载人太空船,最多能将八名乘客送上轨道。

外燃料箱

第二节火箭

SOVIETS IN SPACE

苏联的东方号 (VOSTOK) 太空船让尤里·加加林成为了环绕地球轨道一圈的第一人。

R7 火箭首先用于太空飞行是发射史普尼克卫星。第三节火箭是后来加装的;修改后的版本至今仍然在使用中。

发射载具

SPACE

SHUTTLE

1981-2011

降落伞

太空船 VOSTOK 1

1961

轨道载具

COLUMBIA

1981-2003

第三节火箭

发射载具

R7

1957-现在

第一节火箭

(可重复使用)

第一节火箭

货舱

第一节火箭

固体火箭助推

器只要没受损,

便能在修整后

再次使用。

第二节火箭

FERNANDO G. BAPTISTA,

KAYA BERNE, EVE

CONANT, NGM STAFF;

RONALD PANIAGUA

SOURCES: NASA;

SMITHSONIAN’S

NATIONAL AIR AND

SPACE MUSEUM;

SPACEX; THE SOYUZ

LAUNCH VEHICLE, BY

CHRISTIAN LARDIER

AND STEFAN BARENSKY

轨道运行用燃料

第一节火箭,有四具助推器

降落脚架

290 万公斤

右方数值为上方太空船的各自平均值。

200 万公斤

54 万公斤

(无法取得重量比例)

总重量

26 万公斤

91%

84%

88%

燃料 (%)

太空船

4 万 5400 公斤

(前往月球轨道)

2 万 8800 公斤

2 万 2700 公斤

5000 公斤

(前往低轨道)

装载量

(人员和货物)

11 万 3400 公斤


今年 3 月,一架联盟号飞船被运往哈萨克的拜科努尔航天发射场。这种航天器在 20 世纪 60 年代年由苏联开发,以耐久可靠的性能仍被应用于当代俄罗斯太空事业。自美国上一架航天飞机于 2011 年退役后,该国宇航员一直搭乘联盟号前往国际空间站。

SUITING UP

由高空飞行员的压力衣发展而来的太空装,功用是提供氧气与恒定气压,让宇航员在接近真空的太空中也能生存。

Designed for Survival

舱外活动 (EVA) 太空衣

E

EVA 太空衣能抵抗极端温度、碎片与辐射的威胁,让宇航员可以在太空船外工作。

舱内活动 (IVA) 太空衣

I

IVA 太空衣是太空舱受污染或失压时的紧急系统。它能提供适当压力,避免体液在 低压下沸腾。

舱内/外活动 (IEVA) 太空衣

IE

附加配件的 IVA 太空衣 (或称为 IEVA 太空衣) 让太空人能在舱外工作。这样既不需要两套不同服装,还能减少货物重量。

图中的太空装为加压状态

1934-1935 (穿著年分)

WINNIE MAE

I

威利·波斯特用棉布与橡胶,设计了第一套加压飞行服,穿着它飞上约 1 万 5000 公尺的高空。

重量:未记录

氧气瓶

洛克希德·维加式飞机,维尼梅号

1959-1968

X-15

I

这套飞行服用于第一架抵达太空边缘的火箭动力飞机,达到海平面上空 100 公里。

重量:11 公斤

北美 X-15 试验机

1961-1963

MERCURY

I

这套太空衣在某次降落时进水;后来的水星号太空衣都配有包含漂浮装置的求生装备。

重量:10 公斤

水星号太空舱

1965-1966

GEMINI

IE

第一套用于载具外的太空衣,以氧气管和系绳与载具相连。

重量:15 公斤
换气控制系统:4 公斤

换气控制系统 (VCM) 与备用氧气

操纵装置

双子星号太空舱

1969-1974

APOLLO

IE

第一套在月球上使用的太空衣,让宇航员能完全离开太空船活动。

重量:35 公斤
维生系统:57 公斤

NEIL ARMSTRONG

阿波罗 11 号的太空衣

月球舱外
遮阳板组合:

可调式周边遮阳罩

共有两片遮阳板以阻挡太阳的光线和热度,其中一片有镀金。

加压头盔

8

7

6

维生系统控制装置

5

连接到维生系统的设备:

4

提供纯氧的气阀

3

移除二氧化碳的气阀

2

1

月球尘土极为尖锐,会刺穿太空装外层并导致拉链卡住。

提供药物的注射贴片

套鞋

內衣

防止过热的液冷服

1

2

集尿器

太空衣分层

3

舒适衬裡

4

涂上氯丁二烯橡胶的尼龙层,用来保持压力

尼龙限制层

5

6

由调节热的镀铝聚合物与防火纤维构成的保护层

维生系统 (LSS)

可携式维生系统 (最多支持六小时)

7

紧急氧气 (30分钟)

8

阿波罗号太空舱

1983-today

SHUTTLE/ISS

E

过去太空衣都是订做的,但现在有通用而可替换的构件,适用于国际太空站的男性与女性宇航员。

重量:55 公斤
维生系统:85 公斤

航天飞机

FERNANDO G. BAPTISTA, KAYA BERNE, EVE CONANT, NGM STAFF; JOSE DANIEL CABRERA PEÑA. SOURCES: KENNETH S. THOMAS; NASA; SMITHSONIAN’s NATIONAL AIR AND SPACE MUSEUM; Richard D. Watson; Amy J. Ross

T Minus 3

WHERE WE WENT

五具轨道卫星在 1966 到 1967 年间拍摄月球照片,借此找出阿波罗任务可以降落的地点。

阿波罗任务将重点放在月球正面。现在无人探测器开始揭开更多月球与遥远太空的秘密。

五具轨道卫星在 1966 到 1967 年间拍摄月球照片,借此找出阿波罗任务可以降落的地点。

在 1960 年代时,月球仍披着神秘面纱。为了从阿波罗任务中获取最多资讯,NASA 选择各种地形作为登月点,包括被已经消失的熔岩海洋刻成的黑暗平原,以及流星撞击所形成的高地。

从 1969 到 1972 年间,美国宇航员为了不同的科学目的而在六个地点登月。这些地点都位于布满凹坑的月球正面。这里的地形已经被月球轨道器仔细研究过,而且在这里,任务控制中心能直接与宇航员保持通讯。

太空单位已经发射探测器造访太阳系中离我们很遥远的地方,由于探测器上没有人,所以不必担心人类安全。太空船已经探索过 60 颗其他卫星,甚至登上其中一颗:泰坦 (土卫六)。在月球上,自动探测车也已经在四个地点留下轨迹。

中国在今年稍早创下了历史,将嫦娥 4 号登陆器送上了月球的背面。

第一具抵达月球的私人登陆探测器在今年 4 月坠毁,但资助该计划的以色列非营利组织很快宣布将再次尝试。

美国不落人后,也计划发射一系列登陆探测器,替将来宇航员重返月球做好准备。

《国家地理》(National Geographi) 杂志一直站在绘制月球地图的最前沿。随着阿波罗登月计划日益接近目标,制图师依据 1966 和 1967 年月球轨道器所拍摄的照片,绘制了 1969 年 2 月出版的手绘地图,在当时公认是最可靠的参考资料。我们的最新版地图则由大约 1 万 5000 张影像拼合而成,并结合了 NASA 月球勘测轨道飞行器扫描整个月球表面所取得的详细高度量测数据。月球上散布着探测器与登录载具,都是人类探索留下的痕迹。

不计代价的登月为了达成送人类上月球并安全返航的终极目标, 美国与苏联在 1960 年代展开太空竞赛。现在无人任务正在评估月球能否作为人类更深入探索太阳系的跳板。

1960

1965

Apollo 8

Apollo 10, 11, 12

1970

Apollo 13

Apollo 14, 15

Apollo 16, 17

1975

任务类型

1980

1985

1990

国家或机构

美国 (U.S.)

苏联 (U.S.S.R.)/俄罗斯

中国

日本

欧洲空间局 (ESA)

印度

以色列

韩国

1995

2000

2005

2010

2015

已计划的任务

2020

月球正面

United States Exploration

North Pole

60°

60°

30°

30°

30°

30°

60°

60°

800 mi

800 km

South Pole

Surveyor 7

1/10/1968

Ranger 6

2/2/1964

Ranger 7

7/31/1964

Apollo 11

Tranquility Base

7/20/1969

Ranger 8

2/20/1965

Apollo 12

11/19/1969

Ranger 9

3/24/1965

Apollo 14

2/5/1971

Surveyor 1

6/2/1966

Apollo 15

7/30/1971

Surveyor 2

9/23/1966

Apollo 16

4/21/1972

Apollo 17

12/11/1972

Surveyor 3

4/20/1967

Lunar Prospector

7/31/1999

Surveyor 4

7/17/1967

LCROSS, Centaur

Impactor

10/9/2009

Surveyor 5

9/11/1967

GRAIL A (Ebb)

GRAIL B (Flow)

12/17/2012

Surveyor 6

11/10/1967

Soviet Union (U.S.S.R.)/Russia Exploration

North Pole

60°

60°

30°

30°

30°

30°

60°

60°

800 mi

South Pole

800 km

Luna 2

9/14/1959

Luna 16

9/20/1970

Luna 5

5/12/1965

Luna 17

11/17/1970

Luna 7

10/7/1965

Luna 18

9/11/1971

Luna 8

12/6/1965

Luna 20

2/21/1972

Luna 21

1/15/1973

Luna 9

2/3/1966

Luna 13

12/24/1966

Luna 23

11/6/1974

Luna 24

8/18/1976

Luna 15

7/21/1969

Other Exploration

North Pole

60°

60°

30°

30°

30°

30°

60°

60°

800 mi

South Pole

800 km

China

Japan

Hiten

4/10/1993

Chang’e 3

12/14/2013

European Space

Agency (ESA)

SELENE/Kaguya

6/10/2009

SMART-1

9/3/2006

India

Chandrayaan-1

Moon Impact

Probe

11/14/2008

Israel

Beresheet

4/11/2019

月球背面

North Pole

60°

60°

30°

30°

30°

30°

60°

60°

800 mi

South Pole

800 km

美国

Ranger 4

4/26/1962

Lunar Orbiter 3

10/9/1967

Lunar Orbiter 1

10/29/1966

Lunar Orbiter 5

1/31/1968

LADEE

4/18/2014

Lunar Orbiter 2

10/11/1967

日本

中国

Chang’e 4

1/3/2019

SELENE/Okina

2/12/2009