飞出地球，登上其他星球不算厉害，还能回来才是“高手”！美国登月已经是上世纪的事情了，随着科学认知与科技水平的不断提高，质疑的声音反而越来越多。其中飞船登陆之后，如何返航就是一个很大的技术难题，特别还是在上个世纪。
要知道阿波罗号是土卫五号运载火箭给带上天的，该火箭的推力至今都稳坐世界第二，而月球上并没有如此强大的火箭与发射塔。
返航的问题关键在与引力，因为事件的背景是地月系统，举个不太恰当的例子，从地球到月球像是在爬坡，而从月球返回地球则是下坡的顺风路。返航方案只限于月球，火星、金星都不适用。下面我们就来破除一下外界对人类第一次登月的质疑。
登月
从地球到月球分为：
火箭加速，克服地球引力升空进入环地球轨道
火箭再次加速脱离地球轨道进入地月转移轨道，飞向38万公里之外的月球
切入环月球轨道，具备一定速度，克服月球引力，绕月球运行，
缓慢减速，让月球引力稍占上风，利用引力绕月缓缓降落。
登陆过程没有什么瑕疵可挑，一切顺理成章，但是这个过程中存在一些细节，这些细节为阿波罗号返航埋下了伏笔。
返回的准备
在飞出地球的过程中，随着燃料耗尽，土卫五一节节脱离，当它们进入地月轨道时，火箭最前端的部分，也就是那个尖尖的部分为指令舱和中间的服务舱，脱离了火箭，来了一个180度大旋转。
图：调过头来的指令舱，准备与登月舱“接吻”
“头”和“脚”调了个个之后，又回来了与处于中间的登月舱进行对接，看看服务舱“脚”上那个大喷气孔，用脚想也知道服务舱携带着燃料。紧接着指令舱与服务舱带着登月舱与土卫五最后一节推进器分离进入地月轨道。
当阿波罗号登入月球后，人类下来溜达了“一大步”，插上了小旗，捡了石头，就准备往回走了。眼尖的小朋友，可能发现了，刚才那个调了个的“尖尖”指令舱和服务舱哪去了？还有登月计划一共派出去3个宇航员，为什么下船的只有两人？
其实船上没人了，因为另一个宇航员压根就没在月球上，在组合状态下环月轨道运行时，阿姆斯特朗与奥尔德林躲进了登月舱，然后与指令舱脱离，减速降落月球。而迈克尔·柯林斯继续留在了指令舱中，围着月球转圈圈，指令舱才是返程车，他在等待下一个任务——带大家回家。
火箭的逃逸速度
阿波罗号起飞的关键因素在于月球的引力。在操场上，扔个球，能扔出30米开外，如果在珠穆朗玛峰上，你能扔更远，因为山与地面有一个坡度。地球并不是平的，而是圆的，如果球离手时拥有足够的初速度，使得球都已经离开地球了还没有落地，那么会发生下面的情况：
球环地球运行，要达到环地球运行的初始速度，称之为第一宇宙速度，7.9 km/s。如果劲再大点，地球的引力也无法让它回心转意，它就会发生下面的情况：
这种情况叫逃逸，地球的逃逸速度也叫第二宇宙速度，11.2km/s。逃逸速度只有天体的质量与半径有关，而质量与半径又决定了天体的引力，因此科学家也经常用逃逸速度来描绘天体的引力强弱，例如黑洞，宇宙至高速度的光都无法逃逸，所以黑洞引力极强。
从月球返航
月球引力很小，它的逃逸速度为2.4km/s，阿姆斯特朗穿着厚重的宇航服，小心翼翼的走起来都一蹦一跳的，如果它使劲一跳，估计能秒了地球上的撑杆跳记录。这意味着月球上根本不需要土卫五这么强劲的推进器，只需要配备一个“迷你火箭”和“迷你发射台”。
阿波罗号登月舱分为两部分，下部分为下降级，携带少量的燃料可以稳稳的把飞船降落在月球表面。当飞船要离开时则与上半部分解锁，变身成发射台。而上半部分为上升级，也携带了少量燃料和发动机，这个迷你构造足以支撑它克服引力飞离月球表面。当登月舱上升级返回月球轨道，和指令舱对接，回家的事就传递给“大容量喷气口”（服务舱）了。
实际上，在整个过程中，除了人和石头，整个登入月球的部分都被抛弃在了月球上。下降级作为发射架永远停留在月球表面。而上级部分在于指令舱对接之后，登月舱的两位宇航员带着“石头”进入指令舱，随后上升段的登月舱就与指令舱分离，被抛弃在月球的轨道上，随着它慢慢减速最终也会坠入月球表面。那么好好一个登月为什么要分分合合的？
多种方案的选择
登月的方案当时设想了几种：
直接起飞
由火箭带着飞船起飞到达月球登入，拿完石头，火箭再次起飞，回到地球。
在地球轨道会合
火箭可以小一点，但用两艘，分别把登月舱和指令舱送到地球轨道进行对接，再飞往月球，再整体返回。
图：直接起飞或者地球轨道集合的设想图
月球表面会合
也是用两艘，一艘无人驾驶，带着推进器登入月球，然后载人的登月舱到达月球，宇航员拿完石头进入到之前先到的航天器中，然后推进上升返回地球。
图：月球轨道会合方案全过程
月球轨道会合
这个方案就是阿波罗号登月所用的方案，一个大型火箭带着两个航天器，较大的装载着返回地球的燃料和生活必需品，以及装配进入地球大气所需的隔热板，这部分不登月，只环月。另外一个，轻装上阵，质量较小的只载人，还有少量登入月球以及从月球表面返回月球轨道所需的燃料。耗尽了服务舱所有燃料，最终只剩下个小圆锥的指令舱进入大气层掉入海中。
能量
选择最后一种方案是出于对能量的考虑。航天器所需能量的地方主要在克服引力起飞与变轨。飞向月球时并不需要考虑能量问题，因为我们有完善的发射台与强大的火箭。
而在月球上升空就捉襟见肘了。虽然月球引力较小，但也需要达到一定初速度才能起飞上升到月球轨道，质量越大，起飞加速所需要的能量就越大，所以登月部分的质量需要尽可能压缩到最小。
阿波罗11号的徽章为一只老鹰降落在月球上，从侧面看这是一个非常形象的比喻，登月舱就像一只老鹰，它看似体型很大，实际上并不重，主要的质量都浓缩在羽毛之下。鹰爪代表着登月舱的下降段，着陆时两爪可以分开，稳稳的锁住地面。
翅膀代表着起飞，完成任务之后，鹰爪变为固定在地面的发射架，留在月球，上升段携带的燃料与推进器就像老鹰的扇起翅膀带着它们起飞。最后老鹰完成了任务，留在了月球上。较大的航天器（服务号）拥有充足的燃料，可以进行几次变轨，加上地月系统中作为主导的地球引力牵引，最终石头与宇航员回家。
火星回不来
登月整个过程非常流畅，完美，并没有什么好质疑的。现在的他们已经瞄了火星好久，火星的单程路程需要至少39天，而月球来回只用8天，距离预示着燃料。而火星比月球大得多得多，逃逸速度约为5km/s。往火星送个探测器，登陆车对于人类来说问题不大。
如果想要从火星起飞，并且携带大量燃料以及生活物资返回地球就是难事了，迷你发射架与发动机无法使庞然大物达到逃逸的速度。我们需要在火星有发射基地，并且能利用并开采火星上的燃料才能返航，因此至今为止美国人都还没有把人送到火星上。
阿波罗计划结束
从阿波罗11号，阿姆斯特朗打了个头后，阿波罗计划多次成功登月，在月球各处插了不少旗子，最后也插累了，石头该捡的也捡了，没有什么新鲜感了，关键超级费钱。于是在阿波罗17号之后，美国人终止了阿波罗计划。能迈出一大步，再迈回来，这是高手的操作！
出处：头条号 @趣谈科学
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