阿波罗8号

阿波罗8号（英文名：Apollo 8）是由美国国家航空航天局（NASA）主导的阿波罗计划中的第二次载人飞行任务，是人类第一次离开近地轨道，并绕月球航行的太空任务。阿波罗8号于1968年12月21日，搭载土星5号火箭，历时近7天绕月球轨道飞行了约20小时。飞船共由三个主要舱室构成，分别是指挥舱、服务舱和登月舱。^[5][6][7]机组成员包括指令长：弗兰克·博尔曼（Frank Borman）指令舱驾驶员：詹姆斯·洛弗尔（James Lovell）以及登月舱驾驶员：威廉·安德斯（William Anders）。^[2]

阿波罗8号于1968年12月21日世界时12:51:00在佛罗里达州肯尼迪航天中心LC 39A发射升空，并于1968年12月24日（平安夜）进入距月面112公里轨道，并在接下来的20小时内绕月飞行了10圈。^[1][2][8][9]在绕月飞行期间，宇航员们拍摄了地球和月球的壮丽景观，特别是威廉·安德斯拍摄了著名的“地升”图像，这是第一张从太空拍摄的地球彩色图像。^[10][11]美国东部时间12月25日凌晨1点，阿波罗8号开始返航，经过约147小时的飞行后，阿波罗8号于1968年12月27日在太平洋上安全着陆。阿波罗8号主要任务是检查机组人员、指挥和服务模块（CSM）以及支持设施的协调执行。详细的测试目标以完善未来登月操作相关的系统和程序等。^[6][7][12]

阿波罗8号执行了人类首次绕月航行任务，同时还是土星5号火箭的第一次载人发射。^[1]阿波罗8号在月球轨道向地球作了电视直播，创造了当时世界范围内电视收视人数的纪录。^[1]

阿波罗飞船的可行性研究也在阿波罗计划正式开始前就已经在开展了。1960—1962年，火箭研发经历了多次重新设计。1960年7月，NASA开始进行阿波罗飞船系统研究，并初步确认阿波罗飞船有指令舱、服务舱和登月舱构成。1961年7月，NASA制定了指令服务舱设计说明书，并且开始寻求招标。同年12月，NASA选择采用北美航空公司作为主承包商。^[13]

1961年登月计划确认后，学界对于如何登月提出了三种方案。第一种方案是直接上升式：火箭从地球起飞后不经任何停留直接飞向月球，随后直接飞回。第二种方案是地球轨道交会式：在短期内发射多枚火箭将飞船组件送入地球轨道，在轨道上将组件组装起来，最终送往月球。第三种方案是月球轨道交会式：将航天器飞抵月球轨道，随后登月舱脱离航天器前往登月，完成作业后，仅需使用必须的返回装置返回，与航天器会和后就可以返回地球。1962年，NASA采取了月球轨道交会方案作为登月方案。^[14]

确定登月方案后，阿波罗飞船的设计开始走向完善。随后团队设计了适用于环月飞行的土星C-4和适合用于载人登月的土星C-5，最终团队决定采用土星C-5用于载人登月任务，并将其命名为土星Ⅴ。同年11月7日，格鲁曼公司成为登月舱的主承包商。^[13]

1963年，肯尼迪在联合国大会上提出与苏联合作开展登月计划^[15]，同年11月22日，时任美国总统肯尼迪遇刺^[16]，随后合作登月计划被暂时放弃。^[15]

1960年—1965年间，NASA发射了10枚土星Ⅰ火箭用以验证火箭能否实现目标。由于期间及后续的火箭实验后较为成功，NASA决定开始载人飞行试验。1966年3月21日，NASA宣布阿波罗计划的首次载人飞行将在当年年底进行。但由于飞船和火箭在检查时出现各种问题所以阿波罗计划首次飞行（也就是阿波罗1号行动）被推迟到1967年年初。^[13]

1967年1月27日，阿波罗1号火箭内部着火，最终引燃乘员舱，舱内宇航员古斯·格里森（Virgil Ivan "Gus" Grissom）、埃德·怀特（Edward Higgins White, II）和罗杰·查菲（Roger Bruce Chaffee）全部牺牲，随后阿波罗计划被叫停。同年4月，前苏联联盟号太空船也发生事故导致宇航员弗拉基米尔·科马罗夫（俄语：Владимир Михайлович Комаров）牺牲。^[17][18]同年11月9日，阿波罗4号发射成功，实现了土星V号火箭的首次无人飞行。^[19]1968年10月，阿波罗7号完成载人飞行，同时实现绕地飞行。^[17]同年12月，阿波罗8号完成绕月飞行并观测未来登月的潜在着落点，同时还测试了机载导航系统。^[18]

初期计划阿波罗8号计划为D任务^[注1]，即在近地轨道上测试CSM(指令勤务模块，Command-Service Module)和LM（登月舱，Lunar Module）的组合。为了确保任务成功，对土星五号火箭的S-II阶段进行了人工评级和额外的压力测试。^[3]

由于LM-3登月舱未能及时准备好，加之其在减轻重量的过程中采用的化学铣削和极细规格电线带来的问题，导致了任务的延迟。面对LM-3的延迟，乔治·洛提出了一个大胆的想法，即交换D和E任务。^[3]

这一调整意味着阿波罗8号将执行一个完整的月球轨道任务，但不使用登月舱，这个新任务被称为C-prime任务。C-prime任务的提出，不仅解决了LM-3延迟的问题，还为美国宇航局提供了一个宣传其太空竞争优势的机会，该任务将测试导航、跟踪、热条件和月球轨道运行等相关的内容。^[3]这一任务调整在1968年8月被提出，并且在提交给美国航空航天局局长吉姆·韦伯之前，任务的飞行计划也一直被保密，尽管保密程度并不像人们所希望的那样。在经过慎重考虑和评估后，美国宇航局决定采纳这一计划，将阿波罗8号任务调整为C-prime任务，即执行月球轨道任务。^[3]

1968年8月，宇航员开始为可能的登月任务进行训练，但直到11月12日才做出飞往月球的最终决定，距离发射不到六周。^[4]9月9日，任务成员进入了模拟器开始为任务做准备，航天员们太空飞行时间与训练时间之比达1比7，尽管每个成员都对所有的操作进行了训练，但每人的专门训练也非常重要，作为指令长，博尔曼针对返回大气层进行了专门训练，洛威尔对与地面失去联系后的导航进行了训练，安德斯负责检查航天器是否正常运转，发射阿波罗8号使用的火箭是土星5号由于此前土星5号只有过两次发射肯尼迪航天中心的地面人员无法按计划完成任务，格鲁曼公司的工作人员也遇到了很多登月舱的问题，登月舱被运到发射地点之后，有很多的工作仍未完成，比如登月舱起飞推进器出现了泄漏，工作人员不得不进行一些设计上的修改以及部分阀门的更换。^[2][8]

1968年12月21日早晨7点51分00 秒(美国东部标准时间)，飞船正式发射升空，11分钟之后，火箭的第3级与阿波罗飞船一起进入了地球轨道。在第3级火箭上的J-2发动机再次点火，将阿波罗8号飞船向外空推出，让其踏上了历史性的太空旅程。在对地球轨道上的航天器进行详细检查后，助推器的第三级被重新点燃，88分10秒之后，火箭将航天器送入了离地球181.5千米至191.3千米高的地球轨道，航天器在轨道中的远地点也比预期稍远，计划中应是距地球185千米。在接下来的2小时38分里，3位航天员和地面指挥一直在检查指令舱是否正常工作并且开始进行将航天器送入月球转移轨道。经过不到3天的飞行，阿波罗8号于12月24日凌晨4点03分进入月球轨道并进行环绕月球的轨道运动。^{[20][2][4][21][8]}

在飞离地球轨道66小时17分钟后，阿波罗8号进人了月球西部的阴影区域，被月球挡住，与地球暂时中断了联系。设备也停止了记录。在地球上，此刻正是圣诞前夜，当阿波罗8号进入绕月飞行轨道的近月点，指令舱计算机及时提醒宇航员需要启动SPS火箭以保持轨道高度。洛弗尔按下了“点火”按钮，发动机开始启动，使飞船加速克服月球引力的影响，并可以节省燃料。此时绕月飞行内轨道的近月点为84千米，位于距地球的远端，远月点则在近端，高度为 230 千米。经过46分钟的飞行，飞船又回到了月球东半面。^[21]

阿波罗8号在任务期间进行了六次电视转播：两次在跨月海岸，两次在月球轨道上，两次在跨地球海岸。这些传输在全球范围内实时广播到所有五大洲。在平安夜的电视转播中，工作人员朗读了创世记第一章的经文，并祝愿观众：晚安，祝你好运，圣诞快乐，上帝保佑你们所有人——你们所有人在美好的地球上。所有电视转播的质量都非常好。在整个任务期间，语音通信也非常好。^[2]

在绕月球10圈和20小时后，阿波罗8号离开月球轨道返回地球。^[4]并于美国东部时间12月27日上午10点51分在太平洋上降落。降落距离回收船约克城号约5,100码，发射后147小时，正好准时。根据事先的计划，直升机和飞机在航天器上空盘旋，直到当地日出，即溅落后50分钟，才部署了救援人员。^[4][2]

阿波罗飞船是人类发射的第一个登月飞船，该型飞船总高29米，重约50吨，由指令舱、服务舱和登月舱3部分组成。指令舱是整个飞船的控制中心，是航天员工作和生活的场所。同时，指令舱也是飞船唯一能够穿过地球大气层返回地球的部件；服务舱装有一个火箭发动机、姿控和电气系统。宇航员点燃主发动机后，阿波罗飞船开始绕月飞行。宇航员再次点火时，可使飞船脱离月球轨道返回地球；登月舱由下降级和上升级组成，可携带两名宇航员抵达月球表面，并可从月球上再次发射与指挥舱对接。^[22][23]此外，在组装运载火箭时，多附加了发射逃逸系统（LES）和飞船/登月舱接合器（SLA）两个部件在飞船上。发射逃逸系统（LES）只在发射时出现紧急状况时使用，飞船/登月舱接合器（SLA），则是用来装载登月舱并将指令/服务舱与运载火箭相连。^[24][25]

阿波罗飞船服务舱高24英尺2英寸（约6.4米）、直径12英尺10英寸（约4米），重54000磅（约25吨），里面装有变轨推进剂和主发动机、3副氢氧燃料电池等，其中变轨主发动机推力达95.6千牛，能把飞船从月球轨道送回地面。服务舱的前端与指令舱对接，后端有推进系统主发动机喷管。该舱又分6个隔舱，分别容纳主发动机、姿态控制系统等，其中姿态控制系统由16台小火箭发动机组成。它们还用于飞船与第3级火箭分离、登月舱与指令舱对接和指令舱与服务舱分离等。^[24][25]

阿波罗飞船指令舱为圆锥形，高10英尺7英寸（约3.5米），底部直径为12英尺10英寸（约3.9米），重13000 磅（约6吨），舱内充以34.3千帕的纯氧，温度保持在21～24°C。指令舱分为前舱、航天员舱和后舱。前舱主要用于放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等；航天员舱为密封舱，存有供航天员生活14天的必需品和救生设备；后舱装有10台姿态控制发动机、各种仪器和贮箱，还有姿态控制、制导导航及船载计算机和无线电分系统等。指令舱的中央并排放着指令长、驾驶员和飞行工程师等3名航天员的座椅，飞船发射和返回地面时，3名航天员躺在椅子上，其余时间航天员可离座活动。^[24][25]

相较于指令舱和服务舱的坚固设计，阿波罗8号登月舱是一个纯粹的太空飞行器，它的设计不能在大气中飞行。阿波罗8号的登月舱由格鲁曼公司设计，需要承受从地球发射的共振与加速过载，以及在月球着落的冲击。同时它还需要尽可能轻，方便土星Ⅴ和指令舱将其送入月球轨道。为此，登月舱的上升平台采用了贝尔航空系统的发动机，并且舍弃了点火系统和推进泵，转而使用自燃和压迫推进剂。登月舱还简化了发动机喷管，使用烧灼保护涂层替代了传统的管道冷却系统。登月舱的下降平台包括四根支架、四个推进剂箱和下降发动机。下降发动机为登月舱提供推力，使其减速并得以安全降落。这样激进的做法在大量实验后确保了其可靠性。^[5][19]

阿波罗8号运载火箭土星5号由沃纳·冯·布劳恩及其领导的德国火箭团队研发设计，主要的承包商包括波音公司、北美航空公司、道格拉斯飞行器公司以及IBM。土星5号运载火箭高110.6米，起飞重量3038.5吨，总推力达3408吨，月球轨道运载能力45吨，近地轨道运载能力118吨。土星5号采用三级设计，由第一级S-1C、第二级S-2、第三级S-4B、仪器舱和有效载荷组成。第一级S-1C长42米，直径10米，到尾段底部直径增大到13米。尾段上装有4个稳定尾翼，翼展约18米。一级火箭采用5台F-1发动机，推进剂为液氧和煤油，2个10米直径的铝制推进剂贮箱用桁条和隔框加强。第二级S-2长25米，直径10米，采用液氧液氢推进剂，共用5台J-2发动机。第三级S-4B长18.8米，直径6.6米，1台J-2发动机，推进剂为液氧液氢。^[26]

肯尼迪角发射台39A，位于美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心，是一座具有悠久历史和重要地位的航天发射设施，39A发射台始建于1963年，大部分设施于1965年1月完工。39号发射中心一开始是为阿波罗计划建立的。其东部是工场和控制中心。其北边是维护降落的航天飞机的宇宙飞船处理厂。中心的大建筑是飞行器组装建筑物，其中有组装四种不同火箭(包括土星5号运载火箭)和航天飞机的外部燃料箱和固态火箭推进器的装置。组装建筑物的南边是低的工场建筑。这里有组装航天飞机火箭的设施。整个组装建筑物高160米，面积为218x158米。建筑物内的1号和3号组装台位于建筑物的东边，2号和4号位于西边。由于实际上进行的发射次数比计划的要少，2号组装台只被使用过一次，而4号组装台从未被使用过。今天建筑物西部的一边被用作仓库。建筑物的大门有139米高，由七个门板组成，每个门板可以单个地向上提起。^[9]

阿波罗8号在绕月期间拍摄了大量的月球照片，包括第一张“地出”（Earthrise）照片，即地球从月球地平线上升起的壮观景象。这张照片不仅具有极高的科学价值，还激发了公众对地球和太空的兴趣与关注，1968年12月21日从阿波罗8号飞船上拍摄的地球照片。照片的中下部是被白云覆盖着的南美大陆其中隐约可见安第斯山脉横亘西海岸。沿着光线边缘可见西非大陆上的一些小凸起。^[10][21]

阿波罗8号宇航员成为第一批看到月球背面的人类，对月球背面进行了初步的地质观测和成像，为后续的月球科学研究提供了宝贵资料。^[21]

首次绕月飞行：阿波罗8号是人类历史上第一次离开近地轨道，并成功绕月球航行的太空任务。这一壮举标志着人类在太空探索领域迈出了重要一步，为后续的载人登月任务奠定了坚实基础。^[2][33][21]

土星5号的首次载人发射：阿波罗8号同时还是土星5号火箭的第一次载人发射，验证了土星5号火箭的可靠性和安全性，为后续的深空探测任务提供了有力保障。^[2][33][21]

全球电视直播：阿波罗8号在平安夜进行了电视直播，向全球观众展示了月球轨道的壮丽景象，创造了当时世界范围内电视收视人数的纪录。这一事件极大地激发了公众对太空探索的热情和兴趣，为后来的太空计划赢得了广泛的社会支持。^[2][33][21]

鼓舞人心：1968年是美国社会动荡不安的一年，阿波罗8号的成功飞行和电视直播为美国民众带来了希望和鼓舞，成为当时社会的一股正能量。^[2][33][21]

阿波罗8号任务的成功为美国宇航局（NASA）测试了跨月注入、月球轨道飞行等关键技术，并验证了指挥/服务舱等系统的性能，为后续的阿波罗11号登月任务奠定了重要基础，阿波罗8号的宇航员在任务中积累了宝贵的太空飞行经验，为后续的太空任务提供了重要参考和借鉴。^[2][33][21]

2018年12月11日，在美国华盛顿史密森尼国家航空航天博物馆举行阿波罗的精神活动，纪念阿波罗8号升空50周年，宇宙的图像和光影点亮了华盛顿国家大教堂。^[20]