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图2.4 冯·布劳恩
第二次世界大战结束后，美国和苏联开始了漫长的“冷战”。双方展开竞争的一个最激烈也最引人瞩目的领域是太空探索，这就是著名的美苏太空争霸。
美国航天事业的灵魂人物，是著名的火箭科学家冯·布劳恩（图2.4）。
冯·布劳恩出生在德国的一个贵族家庭，从小就对航天特别感兴趣。在柏林洪堡大学获得物理学博士学位以后，他作为总设计师，主持研发了世界上第一种弹道导弹：V2火箭。目前，V2火箭已被公认为现代导弹和火箭的鼻祖。1945年，在德国战败之后，冯·布劳恩带着他的研发团队集体向美军投降。他们被秘密地转移到了美国。但由于曾是德国纳粹分子，在长达12年的时间里，冯·布劳恩一直得不到美国人的重用。
而此时苏联的航天事业正由另一位传奇人物领导，他就是著名的火箭科学家谢尔盖·科罗廖夫（图2.5）。
图2.5 谢尔盖·科罗廖夫
科罗廖夫的人生同样非常坎坷。在他3岁那年，他的父母因感情破裂而分居；科罗廖夫就被母亲带回了娘家，与自己的外公外婆一起生活。由于没有父亲，小时候他经常被班上的坏孩子欺负。大学毕业以后，科罗廖夫成了一名飞机设计师。20世纪30年代初，他结识了被后世称为航天学之父的康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，随后开始改行研究火箭。1933年，科罗廖夫当上了新成立的喷气科学研究所的副所长。不过好景不长。1937年，斯大林开始大清洗；1938年，科罗廖夫因莫须有的罪名被捕入狱，随后被流放到西伯利亚的集中营去做苦役。第二次世界大战爆发后，科罗廖夫被调到莫斯科的一家监狱工厂，以戴罪之身进行军用火箭的研究。1944年，科罗廖夫重获自由，随后成了苏联航天事业的领导者。
在美苏太空争霸之初，两个大国较量的是看谁能把第一颗人造卫星送上太空。由于美国对冯·布劳恩心怀芥蒂，而苏联全力支持科罗廖夫，胜负的天平开始向苏联人倾斜。
1957年10月4日，苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”。在3个月的时间里，这颗卫星环绕地球飞行了1440圈，总飞行距离超过7000万千米。这一壮举，标志着人类从此进入了太空时代。
图2.6 斯普特尼克1号
顺便再说一件趣事。此后不久，瑞典皇家科学院就向克里姆林宫致函，说他们打算提名这颗人造卫星的总设计师为下一年度的诺贝尔物理学奖的候选人，想要知道此人到底是谁。为了保密，克里姆林宫并没有透露科罗廖夫的名字，而是回复说设计师是全体苏联公民。
人造卫星的较量结束后，美苏太空争霸的焦点就转向了载人飞行。为了挽回极端不利的局面，美国总统艾森豪威尔于1958年7月29日签署法案，创立了美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration, NASA），全面负责美国的太空计划。除此以外，美国人还做出了一个非常重要的决定：起用冯·布劳恩的研发团队。
这些举措并没有取得立竿见影的效果。1961年4月12日，苏联又完成了一个壮举：苏联宇航员加加林乘坐东方1号宇宙飞船，历时1小时48分钟绕行地球一周，然后安全返回地球，从而完成了人类历史上的首次载人宇宙飞行。苏联人又一次把美国人甩在了身后。
不过，局势正在悄悄地发生变化。1960年底，科罗廖夫第一次被查出患有心脏病。此后的几年，由于极度的劳累和巨大的工作压力，他的病情逐渐恶化。1966年1月，科罗廖夫因心脏病突然发作而去世，享年59岁。从那以后，胜利女神开始向美国人露出微笑。
图2.7 阿波罗计划
载人飞行之后，双方竞争的焦点就转向了载人探月。1967年，NASA启动了人类历史上最昂贵的科研项目，那就是著名的阿波罗计划（图2.7）。
其实阿波罗计划同样出师不利。1967年1月27日，编号为AS-204（A代表阿波罗，S代表土星火箭，2代表IB型火箭，04代表第4次发射）的飞船，在一次例行测试中突然发生大火，导致三名宇航员当场丧生。应这些遇难宇航员遗孀的要求，NASA把这艘出事的飞船命名为了阿波罗1号，以纪念这个还未开始便已结束的旅程。
但此后，阿波罗计划渐入佳境。1967年底，冯·布劳恩的团队成功研制出了土星5号运载火箭（图2.8）。直到今天，土星5号依然是世界上最强大的运载火箭，它可以把140吨的航天器送上近地轨道。作为对比，现役火箭中运力最大的“Space X”公司生产的猎鹰重型火箭，只能把63.8吨的物体送上近地轨道，其运力还不到土星5号的一半。正是这个著名的土星5号火箭，让人类实现了飞向月球的梦想。
图2.8 土星5号火箭
1968年12月21日，人类迈出了载人探月的关键一步。当天发射的阿波罗8号，带着3名宇航员成功抵达了近月轨道；在环绕月球飞行了20个小时以后，它又于12月27日顺利返回地球。这也让阿波罗8号成为人类历史上第一个离开地球轨道的载人飞船。
当然，名气最大的还是阿波罗11号。这艘于1969年7月16日发射的载人飞船，首次将两名宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林，送上了月球。他们在月球表面工作了两个多小时，把21.55千克的月球岩石带回了飞船。第一个登上月球的阿姆斯特朗还说了一个特别有名的金句：“这是个人的一小步，却是人类的一大步（图2.9）。”
关于阿姆斯特朗，不妨再多说两句。回地球后不到两年，他就从美国宇航局退休，跑到辛辛那提大学的航空工程学院当了一名教授。但他在那里过得很不如意。因为他的同事全都是博士，而他只有一个硕士的文凭；此外，他的教学和科研水平，也明显是学院的短板。所以八年后，阿姆斯特朗又从大学辞职，成了数家美国公司的广告代言人。由于工作需要，他经常东奔西跑，没有时间来陪伴家人。他的妻子无法忍受，和他离了婚。晚年的阿姆斯特朗跑到乡下买了一个农庄，开始了自己的半隐居生活。有个邻居建议他多出去旅游，好散散心。但阿姆斯特朗只用一句话就堵住了那个邻居的嘴：“我连月球都去过了，地球上还有什么地方能吸引我呢？”
图2.9 人类第一次登月
从1969年7月至1972年12月，阿波罗计划总共发射了7艘载人飞船，把12名宇航员送上了月球。一直到现在，除了这12个人以外，再也没有其他人登上月球。
不过在这7次载人探月任务中，也出现了一次非常重大的事故，那就是后来被拍成好莱坞大片的阿波罗13号。
千里之堤，溃于蚁穴。阿波罗13号的灾难也是由一件微不足道的小事引发的。
在讲阿波罗13号的故事之前，让我先简单说说阿波罗飞船上的燃料电池。它的工作原理很简单，就是让氢和氧发生化学反应，产生水和化学能；水可以供宇航员饮用，而化学能则可以转化为电能。
要想携带更多的氢和氧，就要让它们处于液态。因此阿波罗飞船一般会装两个液氢罐和两个液氧罐。问题就出在其中的一个液氧罐上。
这个液氧罐本来是为阿波罗10号准备的。但在阿波罗10号发射前出了一个小事故：这个液氧罐从5厘米高的平台上掉了下来。按理说，从5厘米高的地方掉下来，并没有什么大不了。但为了安全起见，NASA没把这个液氧罐装在阿波罗10号飞船上。
在此后的检查中，NASA的工作人员没发现这个液氧罐有任何破损。不过这些检查全都是从外部进行的，并没有检查液氧罐内部的情况。检查过后，NASA就把这个液氧罐分配给了阿波罗13号。这就是后来引起龙卷风的那只蝴蝶。
在阿波罗13号发射前，NASA的工作人员又做了一次例行检查，然后发现这个液氧罐无法彻底排空其中的液氧（事后分析，这可能是由于上次掉落所造成的内部损坏）。他们决定用给液氧罐加热的方法来排空液氧。但在加热过程中，他们犯了一个非常严重的错误。加热液氧罐本该使用飞船上的28伏电源，但他们却直接用了地面的65伏电源。过高的电压使液氧罐内部的温度超过了500℃，从而让它的内部受到了极为严重的破坏。最关键的是，由于安装在液氧罐内部的温度计最高只能显示26℃（即80℉），所以从外部观察还是一切正常。掉落造成的小损坏，就这么演变成了加热造成的大损坏。
这个内部严重损坏的液氧罐，被装在了1970年4月11日发射的阿波罗13号上。在飞船发射了56个小时以后，此液氧罐在离地球33万千米远的地方发生了大爆炸。
在爆炸发生30秒后，NASA位于休斯敦的地面指挥中心收到阿波罗13号传来的讯息。阿波罗13号的指令长詹姆斯·洛威尔说了那句后来家喻户晓的“名言”：“休斯敦，我们有麻烦了。（Houston， we have a problem.）”
然而，这是一次极为成功的“失败”。在与地球相距33万千米的太空中发生这么严重的事故，飞船上的三位宇航员最后竟然还能奇迹般地生还。
按理说，爆炸发生后应该让飞船立刻掉头并返回地球。但问题是，要想掉头，必须用一台强大的引擎来调整轨道。不幸的是，阿波罗13号的主引擎已经在爆炸中受损。NASA最后决定维持原来的航线，让飞船利用月球的引力来变轨，然后再返回地球。
不幸中的万幸是，阿波罗13号的登月舱没有在这次爆炸中受损。登月舱上有独立的生命维持系统，以及为登月准备的水和氧气。此外，登月舱上还有两台引擎，可以用来调整航线。原来的登月舱，就这样变成了三名宇航员的救生艇。
尽管如此，三名宇航员的回家之路依然困难重重。一个很要命的问题是，登月舱里的物资是为两名宇航员在月球上待一天半而准备的，但现在却要用来维持三名宇航员4天的生活。相对而言，氧气不算太缺，最缺的是水和电。没水只能少喝，没电也只能省着用。为了省电，这些宇航员关闭了除生命维持和星际通信以外的所有电力设备。加热设备关闭后，登月舱中的温度急剧下降，把他们都冻得难以入眠。
另一个很严重的问题是，登月舱里的小型空气过滤器不足以过滤三名宇航员在4天内排出的所有二氧化碳。如果不采取措施，他们就会有中毒身亡的危险。好在NASA的工程师临时想出了办法，指导这三名宇航员用一些胶带、纸板和塑料片，做了一个能让空气过滤器更有效工作的简易装置，这才勉强渡过难关。
寒冷、脱水、缺氧、恐惧，在这种极端恶劣的环境下苦苦支撑了4天之后，这三名宇航员终于回到了地球。1970年4月17日，阿波罗13号的指令舱成功降落在南太平洋中，并被随后赶到的美国海军所营救。
顺便多说一句。死里逃生的阿波罗13号指令长洛威尔后来写了一本相当畅销的书——《失之交臂的月球：阿波罗13号的危险旅程》。这本书被改编成了著名的好莱坞大片《阿波罗13号》。饰演洛威尔的男演员，是好莱坞著名影星、两届奥斯卡影帝汤姆·汉克斯。事实上，洛威尔本人也在电影中客串了一个角色：把三名宇航员营救出来的那艘美国军舰的舰长。
我们来做个总结。在美苏太空争霸之初，苏联一度占据了明显的上风，发射了世界上第一颗人造卫星，并完成了历史上第一次载人飞行，一时风头无两。但随着美国开始重用冯·布劳恩，以及科罗廖夫因心脏病而去世，胜利女神开始对美国露出微笑。1967年，美国启动了著名的阿波罗计划。从1969年7月至1972年12月，阿波罗计划总共把12名宇航员送上了月球。不过阿波罗计划中名气最大的，却是一次极为成功的“失败”。由于蝴蝶效应，阿波罗13号的一个液氧罐在离地球33万千米的太空中发生了爆炸；但在NASA的全力营救下，飞船上的三名宇航员最后竟然奇迹般地生还。这个极富传奇色彩的故事，被好莱坞拍成了一部大片，那就是《阿波罗13号》。
除了巨大的政治意义，阿波罗计划也有一定的科学价值。比如说，阿波罗计划在月球表面放了一面镜子。后来，科学家就从地球上向这面镜子发射激光，然后通过激光往返的时间来测量地球与月球间的距离。结果表明，月球大概每年都会远离地球3.8厘米。
更重要的是，阿波罗计划还从月球上带回了大量的月球岩石样本。正是这些岩石样本，为人类揭开了月球起源的奥秘。