人类是如何登上月球的？

最近，美国开始了重返月球计划，本文将带领大家回顾人类首次登月之旅——阿波罗计划，主要参考wiki百科和中科院的《科学世界》杂志。

要说登月的故事，还得从二战说起。第二次世界大战末期，德国没能在巴巴罗萨行动中打败苏联，处于后勤劣势，接连失败的战争耗尽了德国的资源。1943年初，德国政府开始从战场上召回科学家、工程师和技师，让他们继续开展科研工作，以提高德国与苏联进行持久战时的防御力。沃纳·奥森伯格作为国防研究协会的科学工程领队，将政审通过的人记录在奥森伯格名单中，从而恢复他们的科学工作，名单中包括4,000名火箭科学家。

1941年巴巴罗萨行动 图源：Wikipedia

1945年3月，一位波兰实验室技师在波恩大学的厕所中发现了奥森伯格名单的一部分。随后，秘密情报局（MI6）获取该名单，并传输给美国情报机构。1945年7月20日，美国参谋长联席会议（JCS）开始了第一个秘密招募项目——遮盖行动，后来改名为回形针计划，目标就是找到并且转移德国的火箭专家。在1946年9月3日发出的秘密命令中，杜鲁门正式批准回形针计划，同时扩大该行动，对1,000名德国科学家进行“临时的、有限的军事拘禁 ”。

杜鲁门

这项计划的成果如何呢？大批航空、电子、物理、情报方面的专家被美国俘获转移，其中最重要的就是冯·布劳恩。他是大名鼎鼎的V2火箭的设计者，V2火箭在二战后期从德国打到英国，成了英国人的梦魇。后来，冯·布劳恩来到美国，担任NASA的主设计师，主持设计了土星五号火箭，NASA用以下的话来形容冯·布劳恩：“毋庸置疑的，他是史上最伟大的火箭科学家。他最大的成就是在担任NASA马歇尔空间飞行中心总指挥时，主持土星五号的研发，成功地在1969年7月首次达成人类登陆月球的壮举。”

冯·布劳恩和土星五号火箭

阿波罗计划又是如何开始的呢？1960年11月，约翰·肯尼迪在竞选中承诺美国将会在太空探索和导弹防御领域优于苏联，并顺利当选总统。在1960年大选前，肯尼迪一直在反对艾森豪威尔总统，他和许多参议员认为是艾森豪威尔总统的不作为导致了美国和苏联之间形成的“导弹差距”。除了军事力量之外，肯尼迪还把航空航天技术作为国家声望的象征。

肯尼迪

1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林成为第一个在太空飞行的人，这加剧了美国在与苏联的技术竞争中落后的担忧。

尤里·加加林

1961年5月25日，肯尼迪在参、众两院特别会议中宣布支持阿波罗计划：

阿波罗计划曾经设计了四种登月方式，最终选择了月球轨道集合方式：用一艘较大的航天器携带一艘装载宇航员的登月航天器，一起来到环绕月球的轨道。大航天器携带从地球到月球往返的燃料和生活必需品，以及进入地球大气层所需要的隔热板。进入月球轨道之后，1名宇航员留在大航天器中，2名宇航员驾驶小航天器与大航天器分离，降落在月球表面。登月完成之后，登月舱重新起飞，与大航天器在月球轨道集合，并返回地球。

阿波罗计划中包括了11次载人飞行任务，从阿波罗11号到阿波罗17号，全部从佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射。那么，1号到7号是怎么回事呢？

阿波罗1号是美国第一次由3名宇航员执行的航天任务，当初并不叫“阿波罗1号”。原计划中的阿波罗1号将于1967年2月21日发射，但在1月27日进行例行测试时，指令舱突然失火，3名宇航员维吉尔·格里森、爱德华·怀特和罗杰·查菲在15秒内全部不幸遇难。当时土星IB火箭并没有注入推进剂，所以火箭并不会着火，阿波罗指令舱也不会从外部着火，也没有人想到航天器会在地面着火，所有的灭火装置或被拆除或被移走，而大火却突然发生了。

事后，一个专门小组对这场事故做了详尽的调查，依然没有弄清着火的确切原因。他们对事故做了鉴定，最可能的原因是指挥舱内的导线发生短路，而阿波罗指挥舱内使用的百分之百氧气又使火势加剧。另一个导致宇航员死亡的因素是宇航员进入座舱的舱门需要90秒钟才能打开。这场火灾促使美国国家航空航天局重新评估阿波罗航天器舱内所使用的材料，并对指挥舱进行了大规模修改。这次任务的名称原本是AS-204，但任务后三位宇航员的遗孀认为航空航天局应该保留“阿波罗1号”的名称，希望人们不要忘记这次事故。

阿波罗1号指令舱与三位宇航员

阿波罗2号和3号都不存在，阿波罗4号到6号都是无人测试飞行。直到7号开始，才有了宇航员。

阿波罗7号是阿波罗计划中的首次载人任务，发射于1968年10月11日，成功环绕了地球。整个任务全长十一天，也是美国首次成功的三人航天任务。

阿波罗7号的宇航员 图源：NASA

阿波罗8号是阿波罗计划中第二次载人飞行，于1968年12月21日发射，这是人类第一次离开近地轨道，并绕月球航行的航天任务。同时，阿波罗8号使用的火箭就是土星五号，这是土星五号第一次载人发射。发射后，飞船航行了三天才到达月球，并围绕月球轨道飞行了20个小时，拍摄了大量的月球照片，以及第一张“地出”。在三位宇航员眼里，月球是“广阔，寂寞，又有些难以接近的星体，或者说是广阔的空虚”。平安夜时，他们在月球轨道中向地球做了电视直播，这次直播创造了当时的收视纪录，也是历史上观众最多的电视直播之一。

阿波罗8号拍摄的“地出” 图源：NASA

阿波罗9号于1969年3月3日发射。十天的任务中，登月舱在地球轨道中正常运行，证明了其独自飞行的能力并重新与指挥/服务舱对接。

阿波罗10号于1969年5月18日发射，测试中的登月舱离月球表面仅15.6千米。阿波罗10号将登月舱带到了月球轨道。

阿波罗11号是阿波罗计划中的第五次载人任务，发射于1969年7月16日。7月20日，尼尔·阿姆斯特朗与巴兹·奥尔德林成为了首次踏上月球的人类。阿波罗11号降落在月表静海附近，阿姆斯特朗称之为“静海基地”（阿姆斯特朗在降落后向指挥中心报告：“休斯顿，这里是静海基地。‘鹰’着陆成功。”）。阿波罗11号登月的准确时间是1969年7月20日下午4时17分43秒（休斯顿时间）。1969年7月21日凌晨2点56分（UTC），阿姆斯特朗的左脚踏上了月球，并说：

两人在月球表面活动了两个半小时，使用钻探取得了月芯标本，拍摄了一些照片，也采集了22千克的月表岩石标本。从60年代初期开始，“航天竞赛”的胜利“标准”被定义为率先登月。所以，从某种意义上讲，阿波罗11号的成功标志着美国在航天竞赛中的胜利。同样，阿姆斯特朗和奥尔德林在1969年7月登月，也完成了肯尼迪总统1961年5月25日宣布美国会在1970年之前将宇航员送上月球并成功返回的承诺。

1969年11月19日，阿波罗12号成功登月。前一次任务对降落点的要求不高，但阿波罗12号标定了准确降落点，康拉德也轻松完成了任务。踏上月球后，身材矮小的康拉德叫道：

康拉德

阿波罗13号是阿波罗计划中的第七次载人任务，发射于1970年4月11日。阿波罗13号在计划中是第3次登月的任务，但是由于飞船在抵达月球前发生了氧气罐爆炸，损失了大量电力和氧气，所以登月计划被取消，三名宇航员最终成功返回地球。发射前两天，指挥舱驾驶员肯·马丁利因替换了患有风疹的杰克·斯威格特，这是阿波罗计划中唯一一次使用替补宇航员。爆炸后，马丁利在返回救援过程中起到了很大的作用。

阿波罗13号返航

阿波罗13号被称为一次“成功的失败”，三位宇航员以及地面指挥人员的英勇事迹后来被搬上银幕：《阿波罗13号》。

电影《阿波罗13号》

1971年1月31日，阿波罗14号成功发射，登月点仍是13号的弗拉·毛罗高地。踏上月球后，谢泼德的第一句话是：

阿波罗15号是阿波罗计划中的第九次载人任务，是历史上第四次成功登月的载人登月任务。本次任务还是阿波罗计划中首次J任务——与前几次登月相比在月球上停留更久，进行三次较长的月表行走，科学研究的比例也更大。

阿波罗15号上的月球车

指令长大卫·斯科特和登月舱驾驶员詹姆斯·艾尔文在月球表面的哈德利溪和亚平宁山脉停留了66小时54分钟，在登月舱外的总时长为18小时35分钟。他们一共收集了约77千克月球岩石标本，还首次使用了月球车。两位宇航员驾驶的历史上第一辆月球车使他们在月球上穿越的距离比前几次任务遥远了很多。大卫斯科特还做了一个实验——铁锤和羽毛。

阿波罗16号于1972年4月16日发射，登月点是笛卡尔高地。阿波罗16号第二次使用了月球车；

阿波罗16号上的月球车

阿波罗17号于1972年12月7日发射。阿波罗17号是阿波罗计划中的第十一次载人任务，是人类第六次也是迄今为止最后一次成功登月的航天任务。阿波罗17号是阿波罗计划中唯一一次夜间发射的任务，也为阿波罗计划画上了句号。

阿波罗17号的三位宇航员

在即将结束最后一次登月任务之前，指令长尤金·塞尔南在登月舱前说道：

到此，阿波罗计划就介绍完了。如果大家还对阿波罗计划感兴趣，推荐给大家两部电影，一部是美国国家地理拍摄的纪录片《阿波罗任务》，另一部是电影《阿波罗13号》。

太空计划虽然是出于政治目的产生的，但是也催生了一大批科技成就。比如尿不湿是因为宇航员没法上厕所发明的，再比如为了准确计时，人们发明了更好的石英钟等等。

但是，从阿波罗计划开始，就一直有人质疑登月是假的。宣称阿波罗登月计划是NASA与其他组织制造出来的骗局。阴谋论者认为人类从未登上月球，前后的6次登月及前后共12名登月的宇航员均为骗局。

自1970年代中期开始，有许多团体和个人声称，NASA和一些知情者通过伪造、窜改、销毁相关的证据档案资料（包括照片、录音带、岩石样本等等）以误导社会大众去相信登月计划。目前，6%—20%的美国人、25%的英国人和28%的俄罗斯人在接受调查时认为阿波罗登月计划是伪造的。

阴谋论者宣称美国政府伪造登月的动机是：美国政府认为，美国最重要的是赢得太空竞赛以对付苏联。去月球有着极大风险和昂贵代价，拍一部电影就容易多了。那么，阴谋论者的证据是什么呢？

解释：我们看到的旗帜“飘扬”实际上是旗杆插入土壤后，在高真空环境下的长时间振动导致。这种“飘扬”的现象反而证明该区域真空度很高。

解释：这是当时的拍摄条件受限所致。当时拍照使用的是胶片，一张胶片能够呈现的最亮细节和最暗细节的区间有限，在月球表面的恶劣环境下，这个区间将会被进一步缩小。此外，由于月球表面反射太阳光的能力较强，故在拍摄过程中需要将曝光度降低，否则拍到的将是一团模糊的白色。同时曝光时间也要减少，以减轻月面反射光带来的影响。而曝光度降低和缩短曝光时间都会导致无法拍摄到天空的星星。

解释：实际上，这种质疑很站不住脚。首先，月球表面的月壤对光的反射系数较大，很容易将来自太阳的光反射出去。其次，月球表面并非光滑平面，其存在多个平面，使得光能够被多角度反射。最后，我们不能忽略航天员旁边的舱体，舱体表面同样可以反光。

解释：原因在于登月航天服的重量太大。阿波罗航天服兼具提供氧气、空气流通、保持气压、过滤二氧化碳和冷却功能，足够让登月宇航员进行长达7小时的月球漫步。此外还有一个后备系统，可提供30分钟的氧气和通信。与此同时，通信系统还可将宇航员的生理数据传回地球。月球表面时刻可能受到微流星体袭击，因此阿波罗航天服的外面增加了一个保护层。如此多的功能导致阿波罗航天服重达82公斤，故不会一脚跳入太空。

宇航服的分层示意图

月球地表并不平坦，斜坡上的影子和平地上的影子不平行是正常现象。另外，如果有多个光源，不可能只有一个阴影，因此唯一解释是地面不平坦，不可能有多个光源。

月球重力仅仅是地球的1/6，且没有大气，需要耗费的燃料远远比脱离地球表面小得多。而且，脱离月球重力圈是指挥舱与服务舱的事情，登月小艇仅需回到绕月轨道即可。

其实，有大量无法辩驳的证据证明阿波罗计划是真实的。例如，2009年发射的月球勘测轨道飞行器在阿波罗登陆点数次拍摄到了登月舱和宇航员登月时留下的痕迹。2012年发布的一系列同样由月球勘测轨道飞行器拍摄的图片显示，美国登月时在月球留下的六面国旗中仍有五面矗立，仅有阿波罗11号任务中的旗帜被登月舱的火箭发动机吹倒。登月计划把月球激光测距实验的反射镜放置在月球上，因此只要知道正确地点，就能利用高功率的大口径激光照射该点并得到反射；只有人工物才能做到。美国登月时获取了不少月球岩石样本，并且曾经在1978年将一小部分月球岩石样本赠送给中国的科学机构。苏联无人登月器也采回了三百多克的月球岩石样本，成分与美国带回的岩石分析相符。

美国带回的月岩样本

欧阳自远院士说，他曾经问过美国NASA的人，为什么不去反驳阴谋论。NASA的人说：老子上去过，为什么要反驳？

“阴谋论”者或许根本就不在乎事实究竟如何，他们只是利用这种手段，去吸引注意，去误导舆论，来达成自己不可告人的目的。造谣一张嘴，我们很少看见谣言被揭穿时造谣者受到应有的惩罚，反而是辟谣的学者或相关领域工作者，不愿大众被误导而不辞劳苦地付出。

2002年，巴兹·奥尔德林在一场活动后被一名登月阴谋论者Bart Sibrel滋扰，还被Sibrel骂他是“胆小鬼、骗子、窃贼”，火冒三丈的奥尔德林向Sibrel回敬一拳还击。2012年，尼尔·阿姆斯特朗在专访中回应：“大众总是喜欢这种阴谋理论，有些还蛮有吸引力的，但对我来说从来都不是问题，因为我知道有一天会再有人飞回到月球表面，把我留在那儿的摄影机带回来。”

还有一个质疑：既然五十年前人们就能登月了，为什么这50年再也没有人登月了呢？很简单，因为登上10次和登上100次，没有太大区别。

当然，我们总会重返月球的。太平洋标准时间12月11日9时40分，NASA猎户座飞船完成绕月之旅，采用跳跃式再入返回地球，溅落太平洋，完成“阿尔忒弥斯1号” 任务不载人飞行测试，深空测试之旅历时25.5天。

猎户座飞船

50年前，阿波罗17号登月结束后，耗费巨大的月球探测活动降温。取而代之，人类建设了环绕地球的ISS（国际空间站），以此为代表，迎来了载人空间活动的时代。到2017年，美国总统特朗普签署了1号太空政策指令，人类重返月球的阿尔忒弥斯计划正式立项。

前述的阿波罗计划以20世纪美苏太空竞赛为背景，由美国独立推动。与之形成对比，阿尔忒弥斯计划在以美国为首，联合ESA（欧洲空间局）、CSA（加拿大宇航局）、JAXA（日本航天局）、ASA（澳大利亚航天局）等国际组织以及SpaceX等民营企业的合作体制下进行。阿尔忒弥斯计划项目过于庞大，仅依靠NASA无法覆盖预算，难以施行。

阿尔忒弥斯是希腊神话中的月亮女神，是阿波罗的同胞姐姐。关于为什么要探索月球，2020年9月，NASA的吉姆·布里登斯廷局长说道：“以寻求科学发现、经济利益和对新一代探险家的激励。”

阿尔忒弥斯的目标不仅仅是月面着陆。这个宏伟的项目将确立可以在月面持续活动的环境和技术，最终目标是载人登陆火星。让我们来了解一下这项计划的任务概要。

2022年下半年的阿尔忒弥斯1号任务中，将进行飞船往返于月球的无人绕月试验飞行。之后，在2024年的阿尔忒弥斯2号任务中，猎户座飞船将搭载着宇航员环绕月球背面再返回地球，进行载人绕月飞行。到了2025年的阿尔忒弥斯3号任务中，4名宇航员将搭乘猎户座飞船，其中2名将从猎户座飞船换乘在绕月轨道上待机的登月舱，并着陆在月球南极附近。

2028年的阿尔忒弥斯5号任务，是通过在绕月轨道上的空间站“门户”（有人常驻的空间站）进行登月。门户将承担来往于地球和月球之间的“大门”的重要作用。门户的建设将于2024年开始，而被称为“阿尔忒弥斯大本营”（Artemis Base Camp）的月面基地建设将于2028年开始。

如果在月球上的持续活动可以成功，接下来将以门户为立足点进行载人火星探测。地球和火星如同兄弟一般，火星上也有大气，有与地球类似的自转周期，也拥有四季。火星的表面和地下可能存在水，或许也存在生命，也有企业在认真考虑向火星移民。但是，地球到月球的距离平均为38万千米，而到火星的距离则达到了5580万千米～4亿40万千米，仅是往返就需要2年时间。到达火星的运输工具以及宇航员的生命维持都需要必要的技术开发以及巨量的资金。因此，登陆火星比登月的难度更高。但是，人类在不远的将来一定可以实现这个目标，就像五十多年前成功登月一样。