光荣与梦想：你不知道的登月故事
作为登月第一人，阿姆斯特朗没有任何一张单人照片。我们看到阿波罗11号所有宇航员在月球表面的照片都是巴兹·奥尔德林，所谓第一个脚印也是巴兹·奥尔德林的脚印。
演讲 | 赵洋
整理 | 宋宇铮
一千年后的人翻开一本历史书，上面会写什么？可能没有人记得十三世纪最大的战争是导致中国南宋以及西域一系列国家灭亡的蒙古征服战争，甚至二十世纪也没有人记得第一次世界大战和第二次世界大战。
但提到二十世纪，我们的后代会想起什么？他们一定会记住阿波罗登月。这就好象我们说到十五世纪会记得1492年哥伦布的探险，用欧洲人的眼光发现了美洲。这些是人类在一千年后会记录的事情。至于成王败寇，都是过眼云烟。
登月：人类的千年一梦
尽管最终挂出星条旗，五十年前的阿波罗登月并不是美国一己之力完成的，它其实是几千年来各个文明对于飞天向往的集大成者。
为什么中国的探月工程叫嫦娥？因为这个符号寄托了我国古人对日月星河最初的向往，并且他们想象中飞天的方式也是很科学的。根据古代神话，嫦娥是偷了后羿的不死药，身体变轻飞上去的，这就隐含着一个浮力的概念，热气球、氢气球整体的密度小于空气才能飞上去，所以几千年前，至少嫦娥这个神话诞生的时候中国人已经想到这些。
嫦娥飞天
西方人则更愿意模仿自然界的东西，也就是今天说的仿生学。古希腊神话里面有一个代达罗斯工匠，他被囚在自己造的迷宫里，后来为了能和儿子跑出去，收集了很多鸟的羽毛跟蜡粘在胳膊上，高兴地振翅飞行，那是整个爱琴海附近第一个飞起来的两个人。但是越飞越高，离太阳越来越近，蜡熔化了，他的儿子坠海而死，这也是西方人认为第一个空难。由此可见，东方人和西方人对飞天的想象在两千年前就已经很不一样了。
在这之后，直到几百年前，西方人还认为我们要飞向月球可以借助自然界的外力，如利用天鹅、大雁像拉着马车一样把人类拉向月球。那时候人们不知道自然界有真空的存在，也不知道地球离月球到底有多远，所以认为这样可以飞过去。其实再厉害的鸟也不可能飞38万公里。这和我国古代神话七夕鹊桥相会中的“搭桥”具有共同的假设，那就是都认为地球到月球中间没有真空，一直都有大气贯穿过去。
直到明朝的时候，根据传说（原始记载一直未能找到）有个叫万户的官员，他进行了一次火箭 风筝的飞行实验。它的伟大意义在于，此前人类尝试的都是借助自然或魔法力量飞天，而这一实验第一次借助人力与技术飞天。以至于后来的航空专家还专门复原了万户飞行模式，发现跟今天的火箭、飞机很像，都是垂直发射，在空间盘旋，最后落地，理论上要做得好可以这样，可惜在当时最后爆炸了。
复原的万户飞天图
再往后，大概到十九世纪，已经有了潜水艇，人们也知道自然界有真空，宇宙是真空的，要隔绝人居环境和外面恶劣的太空环境，便想到设计用潜水艇外形的飞船，所以在当时的科幻小说的插图里，就总是出现潜水艇的形象。科幻文学此时的发展也进入了一个高峰，诞生了我们所熟知的凡尔纳的《从地球到月球》和《飞向月球》。
而在美国的炮兵俱乐部，南北战争之后一群无事可做的筑炮工程师，就想用筑炮技术和炮弹制造技术造一个飞船把人送到月球。这跟后来阿波罗登月非常像。航天的血统多数来自于战争武器导弹，所以这里有惊人的同构。
迸发的20世纪：战争、追梦人与大国博弈
刚才我们谈的都是梦想，人们是怎么把这些梦想一步一步变成现实的？这就要借助科学和技术的力量。有一个俄罗斯的牛人叫齐奥尔科夫斯基，他是一名中学物理老师，但全人类的航天工作者都把他尊称为航天之父。他靠推算、演算基本物理学法则意识到必须用多级火箭才能把有效载荷的卫星或飞船发射到太空围绕地球或太阳旋转，后来所有火箭都体现了他的这一思想。
这之后还有一个液体火箭之父，也就是美国人罗伯特戈达德，他一直孜孜以求地研发搞液体火箭。我们中国古代发明的火箭是固体火箭，应用固态的燃料，而液态火箭会飞更高。
《纽约时报》讽刺漫画图
那时候人们对他也不是很理解，连《纽约时报》都刊登漫画讽刺地说有一个月亮教授幻想人们飞到月亮去。戈达德于1949年去世，距离1969年人类实现登月只有短短二十年，而且里面用了大量他曾经申请的专利，最终《纽约时报》向他道歉了。所以，技术的发展并不一定是线性的，有时候是跳跃式的发现。
二十世纪初，还有一个很重要的力量推动登月发展，那就是爱好者团体。他们喜欢科幻，读凡尔纳的小说，觉得人类用现有技术可以飞向太空甚至登月，所以自发组织在一起。当时苏联和德国都有自发的爱好者团体建造火箭，后来德国战败之后一些人去到美国搞了阿波罗工程，苏联这群人则熬过了斯大林的大清洗，在赫鲁晓夫时代把苏联宇航员送上太空。
德国爱好者中的精神导师是赫尔曼·奥波特，他活到1989年，幸运地目睹了年轻时梦想中的登月、空间站和航行飞机一点一点迈向现实。
不过更多的德国太空爱好者与科学家则有着一段相当悲情的历史。德国在一战中战败，根据凡尔赛合约，他们不得拥有远程大炮，因为一战时德军的巴黎大炮可以隔着130公里打巴黎。现在不允许有了，怎么办？德国陆军很着急，因为他们在谋划第二次打法国，征服欧洲，需要有复仇武器。这时，德国军方注意到了太空爱好者团体，就说你们既然能造火箭，在火箭头部安装炸弹的话，不就可以去打巴黎了吗？德国军方于是拼命地给他们投资，这些爱好者中的许多人便为了自己上太空的事业，被迫加入了德国纳粹党，成为后来一生的污点。
冯-布劳恩
冯-布劳恩就是这样一个浮士德式的人物。他为了实现自己儿时把人类送上太空的梦想而同纳粹合作，造火箭时征用了大量被残酷虐待的犹太劳工。他出身于一个贵族家庭，父亲当过魏玛共和国的农业部长，自己也也是一个学霸级的人物，很年轻就获得物理学博士学位。不过他更大的天赋在于工程技术的组织与管理，团结了很多单打独斗的发明家，造出了当时极为超前的复仇武器——v2火箭。
这一火箭中有液态氧和酒精，在泵里以高温燃烧燃烧。为了让零下一百度的液化氧能够快速汽化跟酒精混合点火，他们发明了双层燃烧式和燃料喷嘴的办法，让液氧先流过燃烧室，被加温汽化后，再通过很多小孔喷射进来，一举两得，既燃料快速汽化，又避免燃烧时金属材料被熔化。后来这些技术都用在了其他火箭里面。
可怕的v2火箭
很快历史翻篇，二战结束，冯-布劳恩转投美国。后来就有人评价他，为了自己的理想可以把灵魂卖给魔鬼，谁出价高就给谁。美国可能比苏联出价高，他就主动跟美国合作，把一些残存的v2火箭原材料，再加上大量的图纸与手下的工程技术人员一起送到美国，并且在那里不断试射v2火箭，让美国团队了解弹道导弹火箭如何运作。很快美国人便吃透了这些技术，而且在上面加了很多有效载荷，拍了大量照片，拼起来就是一个完整的地球表面。
苏联人虽然没有抢到那么多专家，但是占领了东德，也有很多设备和小专家被他们收编，很快苏联人也搞出了自己的弹道导弹。
这时候世界分裂成两个敌对阵营，中国选择站在苏联一边，苏联老大哥给我们弹道导弹技术，我们自己把原子弹和弹道导弹结合在一起，完成了核武器实验。
严格说来，现在世界上所有国家发射的大型火箭，它们的根都是v2火箭，中国的技术是苏联给的，朝鲜的也是从苏联和中国来的，等等。如果画一个火箭谱系的话，它的根系就是这样，给这个根浇灌养料的则是凡尔纳以及嫦娥、代达罗斯那些美好的故事。
当时主要的发达工业国已经了解到卫星在军事通讯的巨大用途，并设计了各种各样的卫星。但是即便在五十年代仍然有严肃的科学家认为发卫星和把人送上太空不太可能的。直到1957年9月，苏联发射第一颗人造卫星前一个月，还有权威天文学家在这样说。
这就是1957年10月3日苏联发射人类第一颗人造卫星，这颗人造卫星很简单，但是苏联人很浪漫，在论证卫星的外形与表面色泽时，当时卫星的总设计师说它应该尽量模仿自然天体的外型，是一个圆型，表面闪闪发光。
苏联发射的世界第一颗人造卫星
苏联一开始没有想到它的人造卫星发射会给美国和其他西方国家造成巨大的恐慌，以至于产生了所谓“人造卫星危机”——美国认为自己从科学到教育全方位落后于苏联，把本国原来研发人造卫星的团队抛到一边，让德国人冯-布劳恩的团队介入，并终于在1958年1月份发射了美国的第一颗人造卫星，它最大的贡献是发现了辐射带。
苏联发射卫星之后孜孜以求，一定要把人送上太空，因为航天之父齐奥尔科夫斯基就是沙俄时代的人，所以他们一直有这个传统。于是，他们找来小狗做实验，看看哺乳动物是否适应太空飞行。下面这张照片就是世界上第一张太空犬莱卡，它本来是莫斯科的一个流浪犬，后来被科研人员收留，因为觉得它很强壮和聪明。不幸的是，它并没有回来，只是随着卫星上去了，成为第一个上太空的地球上的哺乳动物。
到了1961年4月12日，苏联的一个飞行员加加林真正实现人上太空的梦想，他从哈萨克斯坦发射，然后回来，最后又着陆，只飞了一圈而已，因为当时不知道人类在太空中能坚持多长时间，尽管做了很多动物实验，但是也知道太空环境太恶劣。最终他在球型的太空舱里坚持了90分钟，绕地球一圈。加加林处在火箭的头部，返回时经历剧烈的旋转，但是他都没有昏迷，咬着牙，直到降落伞打开。降落伞打开也不像我们看到杨利伟，由别人开舱门，宇航员再爬出来。加加林是弹射出来的，就跟战斗机的弹射作战一样，在四千米高弹射出来，人和飞船分别着陆，这在严格意义来说是不能成为太空飞行的。
苏联把这个秘密保持了二十多年，直到他们解体之后才解密，但是因为加加林已经超凡入圣，所以人们还是认为这是人类第一次太空飞行。
加加林
这时候美国人也不能闲着，他们拼命地训练美国自己的战斗机飞行员，当时选择七个最牛的叫“水星七杰”，把他们塞到各种以七命名的飞船里面进行太空飞行，最开始亚轨道的，后来是绕地球一圈。
当时还有一些人是我们永远不能忘记的，就是为nasa工作的有色族裔女性计算员，她们最早把计算机引入nasa。
这时候美苏两个国家越来越意识到太空博弈是一个新边疆、新战场，谁能把人送上月球，就能解决地球上的任何问题，谁控制了太空谁就控制了地球，这个话都是后来的美国总统肯尼迪说的。美国人登月之后，身为军人的宇航员都要向美国国旗敬礼，尽管阿波罗号上写着我们为了全人类。苏联五一节或者国庆节红场阅兵，赫鲁晓夫身边站着的也全都是宇航员。到这时，谁能把人最先送上月球已经成为一个制度优越性的象征。
竞赛的大幕拉开了，肯尼迪刚刚上任之后需要政绩，登月是一个可以抓到手的政绩，有可能在六十年代内完成，所以他在美国国会、大学等各种场合都发表激动人心的演讲，说我们为什么要爬最高的山，我们为什么要去最广阔的海洋，那跟我们要去月球一样，因为探索没有结束，我们要在这十年登上月球，不是因为这个问题很简单，而是因为这个问题太难，要展现美国人的开拓创新精神。
登月显然不是一蹴而就的，除了单人单天的飞行之外，还要练习双人多天的飞行与太空行走。而对于土星五号最后用的后件，冯-布劳恩一开始提出使用更大的火箭，叫做新星火箭，他想一次登月，但是后来发现这个火箭太复杂，从来没有制造经验，要来一个月球或者地球轨道转移，于是反复论证，哪个方案把火箭缩的最小一点，哪个技术更成熟，后来选择了土星五号。
下图是暮年的冯-布劳恩在七十年代阿波罗登月成功之后，站在绘图板前设计的土星五号火箭的第一级，第一级有五台发动机，每个发动机都比这个身材高大的德国人还要大。
冯-布劳恩与土星五号火箭
我们用下面这个图来讲土星五号发射，第一级火箭脱离继续飞行，第二级脱落之后，第三级推着登月飞船飞出大气层，随后指令舱和服务舱先飞出来调转180度，这个尖和里面的登月舱对接，由反作用发动机把它拉出来，再减速进入绕月球轨道，绕几圈之后着陆舱跟指令舱分离。这时候指令舱只留一个人，他不能登上月球，是最遗憾的人。另外两个人在登月舱，缓缓降落到月球，等到完成任务之后，登月舱再飞上去跟指令舱三个人会合，然后把登月舱抛掉，最后把指令舱的服务舱抛掉。原来2900吨的庞然大物最后就剩8吨的飞船，三个成年人以及25千克的月球土壤和岩石。
这个过程虽然非常复杂，但已经是当时人们想到最优方法，苏联造了更庞大的火箭想一次登月，但是履发履败，我国也是直达几十年后才实现这一就。
如果我们把这个过程和凡尔纳的小说做一个对比，会发现他们非常接近，速度都是每秒钟3600英时左右，航行时间100小时左右，预计在月球上降落地点相差十几千米，发射地点都在佛罗里达半岛，这说明凡尔纳当时也是经过详细的测算。
1968年，美国又进行了第一次载人环月飞行，阿波罗8号，并照出了今天举世闻名的照片《地出》。
登月人物与插曲
1969年7月16日，搭载着阿波罗11号的土星5号火箭在肯尼迪航天中心发射升空。阿波罗11号是的阿波罗计划中的第五次载人任务，也是人类第一次登月任务。执行任务的有三位宇航员。
第一位，指令舱驾驶员柯林斯，他只能绕着月球飞，没有办法降落在月球上。而且在一段时间，他是最孤独的人，为什么这样说？他必须孤独驾驶指令舱绕到月球背面，而地球在那面，无线电已经被屏蔽了，所以在这几十分钟内他是离地球最远的地球人，也是一个英雄。
指令舱驾驶员迈克尔·柯林斯
第二个人是巴兹·奥尔德林，他很爱搞怪，前几年有一个科普活动在美国，老爷子讲着讲着，下面突然有一个观众说你怎么解释阿波罗登月的时候美国国旗还能在真空中飘起来，我觉得阿波罗登月就是一个骗局。这个老爷子二话不说上去给那个人一拳，所以他是一个非常可爱的老人，也是踏上月球的第二个地球人。
巴兹·奥尔德林
最后就是踏上月球的第一个人物，尼尔·阿姆斯特朗，相信一千年后人们也记得他的名字。他是一个非常腼腆、内敛的人，最早是为nasa驾驶实验x15火箭飞机的，这一机型直到今天也是世界上最快的飞机。可能就是因为他很随和，后来才被选为登月第一人，就像苏联为什么选择一样。
尼尔·阿姆斯特朗
在进行降落前，宇航员还得看之前拍摄的月面实景图，和上面的每个坑洼一点点比对，最后选择降落点。其实这个图非常长，我们只截取一段。到最后他们手动操作燃料都已经快不足，还没有找到平坦的降落点，因为月球表面光线反差非常大，在这个图上看到很平坦但是现实中却不一定。
阿波罗下降地图
最后他们还是顺利降落了，并拍下了这张著名的照片。其实这是阿姆斯特朗拍的，作为登月第一人，他非常遗憾，没有任何一张单人照片。我们看到阿波罗11号所有宇航员在月球表面的照片都是巴兹·奥尔德林，所谓第一个脚印也是巴兹·奥尔德林的脚印。当然，阿姆斯特朗说了那句振奋人心的话：这对于一个人来说是一小步，但对于整个人类来说是一个巨大的飞跃。
他们在月球上也安置一些实验设施，做了一些实验观测，但是这是第一次载人登月，毕竟还是尝试性的，只要登上去就是成功，并没有太多的科学任务。于是他们两个在月球表面只活动不到三个小时就回到了登月舱，在月球表面累计待了21个小时，就上去对接了。
他们返航后还有一些有趣的插曲。美国是一个法制国家，很重视规则，所以他们从夏威夷入境的时候，海关还要让他们进行海关申报，这种事情在中国是难以想象的。于是，他们说带回了月球岩石与土壤，都是免税的。
回到美国后，因为当时人们不知道月球上面有没有有害的微生物、病毒，所以每次回来之后都要进行生物隔离，他们要穿着隔离防护服，在生物舱里面隔离几周时间，但是后来发现，经过仔细的检测，月球表面的确没有生命痕迹，没有什么微生物，所以从阿波罗14号开始完全取消这个事情。
大概从阿波罗15号开始有了月球车，因为以前宇航员在月球不能离登月舱太远，如果有车代步可以到更远的地方采集月球样本。下面就是最早的月球车在地球实验的样子。
阿波罗载人登月计划一直排到20号，但是到17号就截止了，当时已经知道苏联不可能登月，如果美国再登月的话花费太大了，1966年登月的投资已经相当于美国gdp的6.5%，联邦政府财政支出的5%，耗费巨大的财力，所以到17号就戛然而止。
但是科学界说，既然戛然而止，我们一定要有一个特别好的科学发现，一定要让地质学家上去，后来一名叫施密特的地址学家真的上去了，并且发现了45亿年前的最古老的月球岩石，部分解开了月球起源之秘。
阿波罗的登月遗产与展望
阿波罗计划排到20多号，有很多硬件留下来。比如把土星五号的第三级火箭掏空一个壳，可以做一个空间站，把它起名叫天空实验室。这是最早的一个天空实验室的草图，是nasa副局长66年画的，后来这个天空实验室真的发射了，并且也是用土星火箭推进。
航天飞机也可以说是阿波罗的遗产，阿波罗登月计划在航天方面有很多技术上的突破，这些技术后来转移到航天飞机的身上。苏联也有自己的航天飞机，暴风雪号1988年第一次无人飞行，现在暴风雪号航天飞机基本都在博物馆。美国的航天飞机当然也在博物馆。
航天飞机可以说是事故率最高的交通工具，它发射不到一百次，就有两次重大的人员伤亡，造成14个宇航员陨命。最近一次是2011年中国春节长假的时候，哥伦比亚号航天飞机返航坠毁。
今后的航天飞机会怎么发展？我认为可能不是这种大型笨重的，而是更小的火箭飞机，由一个飞机把它带到太空，最后再盘旋降落。
下面是英国搞的一个航空航天飞机，它堪称时光旅行机，如果沿着日落方向飞行的话你会比太阳还要快，你降落的当地时间比你出发的当地时间还要早。
最后说说探月新势力，除了美苏两家之外，在冷战之后，日本、欧空局、中国和印度都有自己的探月计划，并且都成功了。
日本07年比中国嫦娥一号早几个月发射了他们自己的“辉夜姬”，辉夜姬就是日本的嫦娥。
中国在2007年发射了第一个探月器嫦娥一号。因为我们的火箭当时威力很小，不能像阿波罗飞船那样直接飞到月球上，要经过不断不断的引力加速，到月球上再不断的减速，总共飞行13天。而阿波罗一来一回只用了7天，为什么阿波罗那么短？一个是火箭推力大，另外一个是人不能在太空待太长时间，没有吃的和喝的，所有东西都要从地球带上去，那样的话火箭太重。
嫦娥一号完成使命之后，就像陨石一样撞击月球，撞起来的尘埃尘土可以用地极望远镜进行光谱分析，来了解一些月球的化学组成。
嫦娥二号跟嫦娥一号差不多，它的一大成就是它的探月使命完成之后，经过不断的轨道转移，又探测了一个小行星。
嫦娥三号是我们经常说的玉兔的母星，它不但绕月飞行、拍照、遥感，还降落在月面上。降落之后下来一个小兔子，叫玉兔一号月球车，它平时是靠太阳能天池板，但上面有核动力电池，因为月球上太冷，需要保温。
最新的进展是今年1月份，嫦娥四号把玉兔二号月球车带到月球上，这是人类第一次在月球背面着陆一个人造物体。到了月球背面无线电屏蔽，穿不透月球怎么办？没关系，中国早就发射了一个中际卫星绕月飞行，通过中际卫星把月球背面的信号传给地球，所以探月真的一个很复杂的事情。
中国预计在今年下半年发射嫦娥五号，它将从月面采样返回。
其他国家，比如印度现在有两个计划，前几年发了月船一号，就在这个月本来要发月船二号，其实16年就想发，但是不断的火箭有故障，前几天还又一次推迟了。
未来人类会如何重返地球？我们说说美国的方案，他们搞了猎狐座载人飞船。这是一个多用途飞船，既能绕地球飞，也能完成火星、小行星探测任务，探月更不在话下。它降落在海面就是这样，下图是它在海上实验的场景。
猎狐座载人飞船其实同阿波罗飞船差不太多，只不过它能搭载的人数更多，如果探月的话，一次可以坐四个人，而阿波罗只能坐三个人。如果从地面到空间站，一次可以坐六个人
更加遥远的将来，人们会不会长期在月球居住？其实也是有可能的，月球离地球不是太远，只有38万公里，飞船两三天就飞到了，而且在月球上至少14天都有太阳，可以用太阳能电池。月球表面矿产也很丰富，它的土壤经过研究发现可以造成混凝土来盖房子，所以nasa也有大量关于月球基地的严肃推想。甚至今后我们在月球上也许还可以利用电磁轨道发射器，给人类在其他星球的定居点发射东西，这样比在地球上运输更节约成本。
本文整理自赵洋在“走！到太空去”活动演讲。文中配图来自演讲ppt。
