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阿波羅8號（英文名：Apollo 8）是由美國航空航天局（NASA）主導的阿波羅計劃中的第二次載人飛行任務(wù)，是人類第一次離開近地軌道，并繞月球航行的太空任務(wù)。阿波羅8號于1968年12月21日，搭載土星5號火箭，歷時近7天繞月球軌道飛行了約20小時。飛船共由三個主要艙室構(gòu)成，分別是指揮艙、服務(wù)艙和登月艙。機組成員包括指令長：弗蘭克·博爾曼（Frank Borman）指令艙駕駛員：詹姆斯·洛弗爾（James Lovell）以及登月艙駕駛員：威廉·安德斯（William Anders）。

阿波羅8號于1968年12月21日世界時12:51:00在佛羅里達州肯尼迪航天中心LC 39A發(fā)射升空，并于1968年12月24日（平安夜）進入月球軌道，并在接下來的20小時內(nèi)繞月飛行了10圈。在繞月飛行期間，宇航員們拍攝了地球和月球的壯麗景觀，特別是威廉·安德斯拍攝了著名的“地升”圖像，這是第一張從太空拍攝的地球彩色圖像。美國東部時間12月25日凌晨1點，阿波羅8號開始返航，經(jīng)過約147小時的飛行后，阿波羅8號于1968年12月27日在太平洋上安全著陸。阿波羅8號主要任務(wù)是檢查機組人員、指揮和服務(wù)模塊（CSM）以及支持設(shè)施的協(xié)調(diào)執(zhí)行。詳細的測試目標以完善未來登月操作相關(guān)的系統(tǒng)和程序等。

阿波羅8號執(zhí)行了人類首次繞月航行任務(wù)，同時還是土星5號火箭的第一次載人發(fā)射。阿波羅8號在月球軌道向地球作了電視直播，創(chuàng)造了當時世界范圍內(nèi)電視收視人數(shù)的紀錄。

發(fā)展沿革

背景

阿波羅飛船的可行性研究也在阿波羅計劃正式開始前就已經(jīng)在開展了。1960—1962年，火箭研發(fā)經(jīng)歷了多次重新設(shè)計。1960年7月，美國航空航天局開始進行阿波羅飛船系統(tǒng)研究，并初步確認阿波羅飛船有指令艙、服務(wù)艙和登月艙構(gòu)成。1961年7月，NASA制定了指令服務(wù)艙設(shè)計說明書，并且開始尋求招標。同年12月，NASA選擇采用北美人航空作為主承包商。

1961年登月計劃確認后，學界對于如何登月提出了三種方案。第一種方案是直接上升式：火箭從地球起飛后不經(jīng)任何停留直接飛向月球，隨后直接飛回。第二種方案是地球軌道交會式：在短期內(nèi)發(fā)射多枚火箭將飛船組件送入地球軌道，在軌道上將組件組裝起來，最終送往月球。第三種方案是月球軌道交會式：將航天器飛抵月球軌道，隨后登月艙脫離航天器前往登月，完成作業(yè)后，僅需使用必須的返回裝置返回，與航天器會和后就可以返回地球。1962年，美國航空航天局采取了月球軌道交會方案作為登月方案。

確定登月方案后，阿波羅飛船的設(shè)計開始走向完善。隨后團隊設(shè)計了適用于環(huán)月飛行的土星C-4和適合用于載人登月的土星C-5，最終團隊決定采用土星C-5用于載人登月任務(wù)，并將其命名為土星Ⅴ。同年11月7日，諾斯羅普·格魯門公司成為登月艙的主承包商。

1963年，約翰·肯尼迪在聯(lián)合國大會上提出與蘇聯(lián)合作開展登月計劃，同年11月22日，時任美國總統(tǒng)約翰·肯尼迪遇刺案，隨后合作登月計劃被暫時放棄。

1960年—1965年間，美國航空航天局發(fā)射了10枚土星Ⅰ火箭用以驗證火箭能否實現(xiàn)目標。由于期間及后續(xù)的火箭實驗后較為成功，NASA決定開始載人飛行試驗。1966年3月21日，NASA宣布阿波羅計劃的首次載人飛行將在當年年底進行。但由于飛船和火箭在檢查時出現(xiàn)各種問題所以阿波羅計劃首次飛行（也就是阿波羅1號行動）被推遲到1967年年初。

1967年1月27日，阿波羅1號火箭內(nèi)部著火，最終引燃乘員艙，艙內(nèi)宇航員維吉爾·格里森（Virgil Ivan "Gus" Grissom）、埃德·懷特（Edward Higgins White, II）和羅杰·查菲（Roger Bruce Chaffee）全部犧牲，隨后阿波羅計劃被叫停。同年4月，蘇聯(lián)聯(lián)盟號飛船太空船也發(fā)生事故導致宇航員弗拉基米爾·科馬羅夫（俄語：Владимир Михайлович Комаров）犧牲。同年11月9日，阿波羅4號發(fā)射成功，實現(xiàn)了土星V號火箭的首次無人飛行。1968年10月，阿波羅7號完成載人飛行，同時實現(xiàn)繞地飛行。同年12月，阿波羅8號完成繞月飛行并觀測未來登月的潛在著落點，同時還測試了機載導航系統(tǒng)。

研制歷程

初期計劃阿波羅8號計劃為D任務(wù)，即在近地軌道上測試CSM(指令勤務(wù)模塊，Command-Service Module)和LM（登月艙，Lunar Module）的組合。為了確保任務(wù)成功，對土星五號火箭的S-II階段進行了人工評級和額外的壓力測試。

由于LM-3登月艙未能及時準備好，加之其在減輕重量的過程中采用的化學銑削和極細規(guī)格電線帶來的問題，導致了任務(wù)的延遲。面對LM-3的延遲，喬治·洛提出了一個大膽的想法，即交換D和E任務(wù)。

這一調(diào)整意味著阿波羅8號將執(zhí)行一個完整的月球軌道任務(wù)，但不使用登月艙，這個新任務(wù)被稱為C-prime任務(wù)。C-prime任務(wù)的提出，不僅解決了LM-3延遲的問題，還為美國航空航天局提供了一個宣傳其太空競爭優(yōu)勢的機會，該任務(wù)將測試導航、跟蹤、熱條件和月球軌道運行等相關(guān)的內(nèi)容。這一任務(wù)調(diào)整在1968年8月被提出，并且在提交給美國航空航天局局長吉姆·韋伯之前，任務(wù)的飛行計劃也一直被保密，盡管保密程度并不像人們所希望的那樣。在經(jīng)過慎重考慮和評估后，美國宇航局決定采納這一計劃，將阿波羅8號任務(wù)調(diào)整為C-prime任務(wù)，即執(zhí)行月球軌道任務(wù)。

任務(wù)執(zhí)行

發(fā)射準備

1968年8月，宇航員開始為可能的登月任務(wù)進行訓練，但直到11月12日才做出飛往月球的最終決定，距離發(fā)射不到六周。9月9日，任務(wù)成員進入了模擬器開始為任務(wù)做準備，航天員們太空飛行時間與訓練時間之比達1比7，盡管每個成員都對所有的操作進行了訓練，但每人的專門訓練也非常重要，作為指令長，博爾曼針對返回大氣層進行了專門訓練，洛威爾對與地面失去聯(lián)系后的導航進行了訓練，威廉·安德斯負責檢查航天器是否正常運轉(zhuǎn)，發(fā)射阿波羅8號使用的火箭是土星5號由于此前土星5號只有過兩次發(fā)射肯尼迪航天中心的地面人員無法按計劃完成任務(wù)，格魯門的工作人員也遇到了很多登月艙的問題，登月艙被運到發(fā)射地點之后，有很多的工作仍未完成，比如登月艙起飛推進器出現(xiàn)了泄漏，工作人員不得不進行一些設(shè)計上的修改以及部分閥門的更換。

發(fā)射進行

1968年12月21日早晨7點51分00 秒(美國東部標準時間)，飛船正式發(fā)射升空，11分鐘之后，火箭的第3級與阿波羅飛船一起進入了地球軌道。在第3級火箭上的J-2發(fā)動機再次點火，將阿波羅8號飛船向外空推出，讓其踏上了歷史性的太空旅程。在對地球軌道上的航天器進行詳細檢查后，助推器的第三級被重新點燃，88分10秒之后，火箭將航天器送入了離地球181.5千米至191.3千米高的地球軌道，航天器在軌道中的遠地點也比預(yù)期稍遠，計劃中應(yīng)是距地球185千米。在接下來的2小時38分里，3位航天員和地面指揮一直在檢查指令艙是否正常工作并且開始進行將航天器送入月球轉(zhuǎn)移軌道。經(jīng)過不到3天的飛行，阿波羅8號于12月24日凌晨4點03分進入月球軌道并進行環(huán)繞月球的軌道運動。

到達月球背面

在飛離地球軌道66小時17分鐘后，阿波羅8號進人了月球西部的陰影區(qū)域，被月球擋住，與地球暫時中斷了聯(lián)系。設(shè)備也停止了記錄。在地球上，此刻正是圣誕前夜，當阿波羅8號進入繞月飛行軌道的近月點，指令艙計算機及時提醒宇航員需要啟動SPS火箭以保持軌道高度。洛弗爾按下了“點火”按鈕，發(fā)動機開始啟動，使飛船加速克服月球引力的影響，并可以節(jié)省燃料。此時繞月飛行內(nèi)軌道的近月點為84千米，位于距地球的遠端，遠月點則在近端，高度為 230 千米。經(jīng)過46分鐘的飛行，飛船又回到了月球東半面。

電視轉(zhuǎn)播

阿波羅8號在任務(wù)期間進行了六次電視轉(zhuǎn)播：兩次在跨月海岸，兩次在月球軌道上，兩次在跨地球海岸。這些傳輸在全球范圍內(nèi)實時廣播到所有五大洲。在平安夜的電視轉(zhuǎn)播中，工作人員朗讀了創(chuàng)世記第一章的經(jīng)文，并祝愿觀眾：晚安，祝你好運，圣誕快樂，上帝保佑你們所有人——你們所有人在美好的地球上。所有電視轉(zhuǎn)播的質(zhì)量都非常好。在整個任務(wù)期間，語音通信也非常好。

返回地球

在繞月球10圈和20小時后，阿波羅8號離開月球軌道返回地球。并于美國東部時間12月27日上午10點51分在太平洋上降落。降落距離回收船約克城號航空母艦約5,100碼，發(fā)射后147小時，正好準時。根據(jù)事先的計劃，直升機和飛機在航天器上空盤旋，直到當?shù)厝粘觯礊R落后50分鐘，才部署了救援人員。

技術(shù)特點和參數(shù)

總體結(jié)構(gòu)

阿波羅飛船是人類發(fā)射的第一個登月飛船，該型飛船總高29米，重約50噸，由指令艙、服務(wù)艙和登月艙3部分組成。指令艙是整個飛船的控制中心，是航天員工作和生活的場所。同時，指令艙也是飛船唯一能夠穿過地球大氣層返回地球的部件；服務(wù)艙裝有一個火箭發(fā)動機、姿控和電氣系統(tǒng)。宇航員點燃主發(fā)動機后，阿波羅飛船開始繞月飛行。宇航員再次點火時，可使飛船脫離月球軌道返回地球；登月艙由下降級和上升級組成，可攜帶兩名宇航員抵達月球表面，并可從月球上再次發(fā)射與指揮艙對接。此外，在組裝運載火箭時，多附加了發(fā)射逃逸系統(tǒng)（LES）和飛船/登月艙接合器（SLA）兩個部件在飛船上。發(fā)射逃逸系統(tǒng)（LES）只在發(fā)射時出現(xiàn)緊急狀況時使用，飛船/登月艙接合器（SLA），則是用來裝載登月艙并將指令/服務(wù)艙與運載火箭相連。

服務(wù)艙

阿波羅飛船服務(wù)艙高24英尺2英寸（約6.4米）、直徑12英尺10英寸（約4米），重54000磅（約25噸），里面裝有變軌推進劑和主發(fā)動機、3副氫氧燃料電池等，其中變軌主發(fā)動機推力達95.6千牛，能把飛船從月球軌道送回地面。服務(wù)艙的前端與指令艙對接，后端有推進系統(tǒng)主發(fā)動機噴管。該艙又分6個隔艙，分別容納主發(fā)動機、姿態(tài)控制系統(tǒng)等，其中姿態(tài)控制系統(tǒng)由16臺小火箭發(fā)動機組成。它們還用于飛船與第3級火箭分離、登月艙與指令艙對接和指令艙與服務(wù)艙分離等。

指令艙

阿波羅飛船指令艙為圓錐形，高10英尺7英寸（約3.5米），底部直徑為12英尺10英寸（約3.9米），重13000 磅（約6噸），艙內(nèi)充以34.3千帕的純氧，溫度保持在21～24°C。指令艙分為前艙、航天員艙和后艙。前艙主要用于放置著陸部件、回收設(shè)備和姿態(tài)控制發(fā)動機等；航天員艙為密封艙，存有供航天員生活14天的必需品和救生設(shè)備；后艙裝有10臺姿態(tài)控制發(fā)動機、各種儀器和貯箱，還有姿態(tài)控制、制導導航及船載計算機和無線電分系統(tǒng)等。指令艙的中央并排放著指令長、駕駛員和飛行工程師等3名航天員的座椅，飛船發(fā)射和返回地面時，3名航天員躺在椅子上，其余時間航天員可離座活動。

登月艙

相較于指令艙和服務(wù)艙的堅固設(shè)計，阿波羅8號登月艙是一個純粹的未來航天飛機，它的設(shè)計不能在大氣中飛行。阿波羅8號的登月艙由諾斯羅普·格魯門公司設(shè)計，需要承受從地球發(fā)射的共振與加速過載，以及在月球著落的沖擊。同時它還需要盡可能輕，方便土星Ⅴ和指令艙將其送入月球軌道。為此，登月艙的上升平臺采用了貝爾航空系統(tǒng)的發(fā)動機，并且舍棄了點火系統(tǒng)和推進泵，轉(zhuǎn)而使用自燃和壓迫推進劑。登月艙還簡化了發(fā)動機噴管，使用燒灼保護涂層替代了傳統(tǒng)的管道冷卻系統(tǒng)。登月艙的下降平臺包括四根支架、四個推進劑箱和下降發(fā)動機。下降發(fā)動機為登月艙提供推力，使其減速并得以安全降落。這樣激進的做法在大量實驗后確保了其可靠性。

運載火箭

阿波羅8號運載火箭土星5號由沃納·馮·布勞恩及其領(lǐng)導的德國火箭團隊研發(fā)設(shè)計，主要的承包商包括波音公司公司、北美航空公司、道格拉斯飛機公司以及IBM。土星5號運載火箭高110.6米，起飛重量3038.5噸，總推力達3408噸，月球軌道運載能力45噸，近地軌道運載能力118噸。土星5號采用三級設(shè)計，由第一級S-1C、第二級S2、第三級S-4B、儀器艙和有效載荷組成。第一級S-1C長42米，直徑10米，到尾段底部直徑增大到13米。尾段上裝有4個穩(wěn)定尾翼，翼展約18米。一級火箭采用5臺F-1發(fā)動機，推進劑為液態(tài)氧和煤油，2個10米直徑的鋁制推進劑貯箱用桁條和隔框加強。第二級S-2長25米，直徑10米，采用液氧氫氣推進劑，共用5臺J-2發(fā)動機。第三級S-4B長18.8米，直徑6.6米，1臺J-2發(fā)動機，推進劑為液氧氫氣。

發(fā)射場

肯尼迪角發(fā)射臺39A，位于佛羅里達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心，是一座具有悠久歷史和重要地位的航天發(fā)射設(shè)施，39A發(fā)射臺始建于1963年，大部分設(shè)施于1965年1月完工。39號發(fā)射中心一開始是為阿波羅計劃建立的。其東部是工場和控制中心。其北邊是維護降落的航天飛機的宇宙飛船處理廠。中心的大建筑是飛行器組裝建筑物，其中有組裝四種不同火箭(包括土星5號運載火箭)和航天飛機的外部燃料箱和固態(tài)火箭推進器的裝置。組裝建筑物的南邊是低的工場建筑。這里有組裝航天飛機火箭的設(shè)施。整個組裝建筑物高160米，面積為218x158米。建筑物內(nèi)的1號和3號組裝臺位于建筑物的東邊，2號和4號位于西邊。由于實際上進行的發(fā)射次數(shù)比計劃的要少，2號組裝臺只被使用過一次，而4號組裝臺從未被使用過。今天建筑物西部的一邊被用作倉庫。建筑物的大門有139米高，由七個門板組成，每個門板可以單個地向上提起。

飛行乘組

機組成員

替補成員

任務(wù)成果

月球觀測與照片拍攝

阿波羅8號在繞月期間拍攝了大量的月球照片，包括第一張“地出”（Earthrise）照片，即地球從月球地平線上升起的壯觀景象。這張照片不僅具有極高的科學價值，還激發(fā)了公眾對地球和太空的興趣與關(guān)注，1968年12月21日從阿波羅8號飛船上拍攝的地球照片。照片的中下部是被白云覆蓋著的南美大陸其中隱約可見安第斯山脈橫亙西海岸。沿著光線邊緣可見西非大陸上的一些小凸起。

月球背面觀測

阿波羅8號宇航員成為第一批看到月球背面的人類，對月球背面進行了初步的地質(zhì)觀測和成像，為后續(xù)的月球科學研究提供了寶貴資料。

歷史意義

技術(shù)突破與里程碑

首次繞月飛行：阿波羅8號是人類歷史上第一次離開近地軌道，并成功繞月球航行的太空任務(wù)。這一壯舉標志著人類在太空探索領(lǐng)域邁出了重要一步，為后續(xù)的載人登月任務(wù)奠定了堅實基礎(chǔ)。

土星5號的首次載人發(fā)射：阿波羅8號同時還是土星5號火箭的第一次載人發(fā)射，驗證了土星5號火箭的可靠性和安全性，為后續(xù)的深空探測任務(wù)提供了有力保障。

社會影響與激勵

全球電視直播：阿波羅8號在平安夜進行了電視直播，向全球觀眾展示了月球軌道的壯麗景象，創(chuàng)造了當時世界范圍內(nèi)電視收視人數(shù)的紀錄。這一事件極大地激發(fā)了公眾對太空探索的熱情和興趣，為后來的太空計劃贏得了廣泛的社會支持。

鼓舞人心：1968年是美國社會動蕩不安的一年，阿波羅8號的成功飛行和電視直播為美國民眾帶來了希望和鼓舞，成為當時社會的一股正能量。

為后續(xù)任務(wù)奠定基礎(chǔ)

阿波羅8號任務(wù)的成功為美國航空航天局（NASA）測試了跨月注入、月球軌道飛行等關(guān)鍵技術(shù)，并驗證了指揮/服務(wù)艙等系統(tǒng)的性能，為后續(xù)的阿波羅11號登月任務(wù)奠定了重要基礎(chǔ)，阿波羅8號的宇航員在任務(wù)中積累了寶貴的太空飛行經(jīng)驗，為后續(xù)的太空任務(wù)提供了重要參考和借鑒。