1961 年 5 月,美國總統約翰·F·甘迺迪立下了在十年之內將人類送上月球並安全送回的國家目標。美國國家航空暨太空總署的工作人員需要挑選出能夠在給定的時間範圍內到達月球的技術。他們有三種選擇:第一種選擇涉及到從地球直飛月球,再將大型航天器降落在月球上,然後用它回家;第二種選擇設想在大型航天器降落月球之前將其組裝在地球軌道上;第三種選擇提議使用小型月球著陸器,在返回地球之前,該著陸器將在月球軌道上與主飛船會合。每個選項都有優點和缺點,以及一定程度的風險。

1962 年執行登月任務的三種選擇的示意圖。

1962 年執行登月任務的三種選擇的示意圖。

直接上升技術( DA )涉及將整個滿載燃料的火箭級和載有機組人員船艙降落在月球表面,並使用該級返回地球。要在月球上降落這麼大質量的物體,需要一枚名為 Nova 的巨型火箭,其升空推力約為 1200 萬磅,幾乎是土星五號火箭可容重量的兩倍,並且需要開發相關技術將這種規模的航天器降落在月球上。雖然一些工程師支持這種方法,但大多數人認為開發新火箭和技術所需要的時間太長,無法在甘迺迪總統要求的時間內登月。

1962 年直接登月任務所需要的兩枚土星級火箭和一個概念上的新星助推器的插圖 。

1962 年直接登月任務所需要的兩枚土星級火箭和一個概念上的新星助推器的插圖

第二種方法,地球軌道交會技術( EOR ),也涉及在月球上著陸大型航天器,但其組件,如阿波羅航天器和大型燃料箱,將會在地球軌道上組裝,而不是用單個火箭發射。許多工程師贊成這種方法,因為它不需要開發超級火箭,儘管組件的組裝依賴於未經試驗的軌道交會技術和多次發射當時未經試驗的土星火箭。一些人設想組件的組裝可以在地球軌道空間站進行,儘管組件的開發增加了經費和時間成本,甚至可能無法在最後期限內完成。 EOR 的缺點包括,如果其中一枚火箭無法進入軌道,整體任務失敗的可能性更大,以及一枚非常大的火箭降落在月球表面。

直接上升與月球軌道交會技術所需月球著陸器的大小比較。

直接上升與月球軌道交會技術所需月球著陸器的大小比較。

月球軌道交會技術( LOR )的主要特點是使用小型月球著陸器將兩名太空人帶到月球表面。在他們的探索完成後,他們將回到指揮艙與留在月球軌道上的第三名太空人會合。 LOR 的主要優勢是使用一枚土星 V 型火箭,無需在地球軌道上組裝大型航天器,以及在月球上降落的質量要小得多。但 LOR 還有一個額外的風險,那就是在 24 萬英里以外陌生的月球軌道上進行交會,而不是在地球附近。失敗的會合將會把太空人困在離家很遠的地方,無法得到救援。

位於弗吉尼亞州漢普頓的 NASA 蘭利研究中心工程師 John C. Houbolt 解釋了月球軌道交會技術。

位於弗吉尼亞州漢普頓的 NASA 蘭利研究中心工程師 John C. Houbolt 解釋了月球軌道交會技術。

美國國家航空暨太空總署馬歇爾太空飛行中心主任沃納·馮·布勞恩最初支持 EOR 方法,因為這將使他能夠建造他一直夢寐以求的地球軌道空間站。美國國家航空暨太空總署位於弗吉尼亞州漢普頓的蘭利研究中心的許多工程師,包括太空任務小組( STG )的主任羅伯特·R·吉爾魯斯( Robert R. Gilruth ),最初也傾向於 EOR ,因為認為月球軌道交會風險太大。但蘭利的航空工程師約翰·C·霍博爾特( John C. Houbolt )雖然最初沒有想到 LOR 的想法,但他卻抓住一切可能的機會支持它。1962 年 6 月 22 日,美國國家航空暨太空總署載人航天飛行管理委員會(由霍姆斯擔任主席,並由總部和各戰場中心的美國國家航空暨太空總署高級領導人員組成)決定, LOR 在本十年結束前實現月球著陸的機會最大。 1962 年 7 月 11 日,美國國家航空暨太空總署的高層決定使用月球軌道會合進行阿波羅登月計劃。在當天的新聞發佈會上, NASA 局長詹姆斯·E·韋伯( James E. Webb )宣佈了這一決定,稱 LOR 「從時間、成本和任務成就的角度來看是最理想的」。

美國宇航局局長詹姆斯·E·韋伯(左),副局長羅伯特·C·希曼斯, 載人航天飛行辦公室( OMSF )主任 D. Brainerd Holmes 和 OMSF 主任 系統工程 Joseph F. Shea 在 1962 年 7 月 11 日的新聞發佈會上宣佈 美國國家航空航天局選擇月球軌道交會作為阿波羅登月的方法。

美國宇航局局長詹姆斯·E·韋伯(左),副局長羅伯特·C·希曼斯, 載人航天飛行辦公室( OMSF )主任 D. Brainerd Holmes 和 OMSF 主任 系統工程 Joseph F. Shea 在 1962 年 7 月 11 日的新聞發佈會上宣佈 美國國家航空航天局選擇月球軌道交會作為阿波羅登月的方法。

在宣佈這一消息 7 年零 5 天後,阿波羅 11 號從美國國家航空暨太空總署位於佛羅里達州的肯尼迪航天中心升空,使用 LOR 技術實現了人類首次登月。雖然霍博爾特在 1963 年就從美國國家航空暨太空總署退休了,但馮·布勞恩還是邀請他在 MSC 任務控制中心的遊客畫廊觀看了第一次登月。隨後的五次阿波羅登月都使用 LOR ,最後的是 1972 年的阿波羅 17 號。雖然蘇聯在 20 世紀 60 年代和 70 年代因 N-1 火箭的失敗而沒有實現人類登月,但他們的計劃也設想使用 LOR 。

當阿提米絲 3 號將第一位女性和第一位有色人種送上月球時,該任務也將使用 LOR 來完成其目標,月球著陸器將在 Gateway 月球前哨站接近直線的光環月球軌道上等待他們。


參考文獻:

[1]60 years ago: NASA Decides on Lunar Orbit Rendezvous for Moon Landing | NASA

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