阿波罗登月舱是如何被撞毁以进行科学研究的

每艘阿波罗月球舱的造价约为 1.49 亿美元。那么,为什么它们会被毫不留情地撞向月球呢?

每艘月球舱的造价约为 1.49 亿美元;按通货膨胀调整后,每艘飞船的价格接近 10 亿美元。尽管花费了这么多钱,但没有一艘被带回家在博物馆展出。阿波罗月球舱不仅不适合穿越地球大气层重新进入,而且每艘在任务期间都被遗弃或摧毁。下降段充当了上升段的发射台,因此都留在了月球上。而上升段则遭遇了更为毁灭性的结局。

月球舱上升段的故事与美国宇航局在月球上进行地震学实验的故事息息相关。地震学是测量冲击波在行星体表面和内部的传播方式,可以告诉科学家关于该行星体的表面和内部结构。地震学家在地球上通过研究地震来做到这一点,因此美国宇航局决定在月球上进行同类型的调查。

作为阿波罗月面实验包(ALSEP)的一部分,月球地震学实验随着每次阿波罗着陆任务抵达月球。ALSEP 的设计目的是探索月球的地球物理环境,回答有关其内部结构、几何形状、是否有构造活动以及与地球之间的动态相互作用等问题。1966 年 3 月,Bendix 公司 Bendix 系统部门获得了建造这些轻巧高效的仪器包的合同,总预算为 1730 万美元(按通货膨胀调整后约为 1.265 亿美元)。

Apollo 14 astronauts practising deploying an ALSEP
阿波罗 14 号宇航员练习部署 ALSEP 美国宇航局

每个 ALSEP 都略有不同,配备了一套针对该任务着陆点的特定仪器,但每个仪器包都包含某种地震仪。这些设计旨在回答两个具体问题:月球是否有熔融核心,以及月球的深层内部结构是什么样的。

首次着陆的任务阿波罗 11 号携带了早期月面实验包(EASEP)。其地震学部分是无源地震实验包。它由四个太阳能地震仪组成——三个长周期地震仪和一个短周期地震仪——用于测量陨石撞击和月震。

后来的任务将完整的 ALSEP 带到月球,情况变得更加复杂。阿波罗 12、14、15 和 16 号任务配备了月球无源地震实验,旨在确定月球的次表层特性并测量穿越月球体的振动。地震运动被记录下来并传回地球的接收站,在那里被放大了 1000 万倍。这四个实验加在一起,使地震学家能够三维定位月震的起源,并记录几乎每天发生的陨石撞击的影响。它们甚至灵敏到可以记录太阳在新的月昼开始时加热月球表面所产生的地表效应。

阿波罗 14 号和 16 号任务的 ALSEP 中配备了互补的月球有源地震实验。这项实验旨在研究月球的局部区域而不是整个月球体,并且由于是有源实验,它提供了仪器需要测量的爆炸声源。这些爆炸声是通过两种炸药实现的。一种是宇航员在相对于 ALSEP 的给定间隔点引爆的一系列类似小霰弹枪的装药。第二次爆炸要大得多,使用的是迫击炮型炸药,在宇航员离开月球后,由自带火箭发射了四枚手榴弹。这些有源实验专门设计用于揭示月球表面以下近 1000 英尺的任何分层。

Apollo 14's ALSEP on the Moon
阿波罗 14 号的 ALSEP 在月球上 美国宇航局

阿波罗 17 号任务在此基础上增加了月球地震剖面实验。与早期的 ALSEP 无源地震仪类似,该实验使用了一个由四个站点组成的地面网络,分别位于一个 295 英尺等边三角形的中心和三个顶点。地面控制人员引爆的爆炸装药产生了不同强度的地震波供仪器测量。爆炸完成后,仪器就成为了无源地震仪。

但美国宇航局想要的不仅仅是自然地震和撞击的数据。任何已知尺寸的撞击物以已知位置撞击,都可以消除数据中的变量,从而获得更好的结果。因此,该机构利用了它所拥有的资源来强行获得结果:废弃的火箭发动机和航天器。在将阿波罗航天器送出地球轨道并飞向月球的月球转移注入燃烧后,土星 V 火箭的 S-IVB 上级被故意撞向月球,以便之前任务留下的地震仪可以测量由此产生的振动。

月球舱的上升段也用于地震学研究。一旦月球着陆乘员将所有要带回地球的物品从月球舱转移完毕并关闭后,这个现在无用的航天器就被丢弃,并由任务控制中心指挥撞向月球表面的特定地点,靠近一个 ALSE。其中一次受控撞击带来了令人震惊的奇异结果。当阿波罗 12 号的月球舱“英勇号”撞击月球表面时,产生的冲击波在月球上持续传播了 55 分钟以上。科学家们最终将这种波的持续传播归因于月球非常干燥;干燥的岩石不像地球上的岩石那样有效地抑制波的传播。

Apollo 13's LM Aquarius
阿波罗 13 号的 LM Aquarius 美国宇航局 via Honeysuckle Creek

例外的是阿波罗 9 号、阿波罗 10 号和阿波罗 13 号。阿波罗 9 号是地球轨道任务,因此其月球舱在大气层中烧毁。阿波罗 10 号将其月球舱“史努比号”抛入太阳轨道,至今仍在那里。阿波罗 13 号在返回地球的旅程中将其月球舱“水瓶座号”用作救生艇,在重新进入大气层时将其烧毁。

阿波罗任务期间留在月球上的地震仪网络记录了 1700 多次流星体撞击,并发现月球潮汐变化产生的应力会在每月产生多达 300 次月震,这些月震起源于大约 100 个不同的地点。这些实验还帮助科学家确定月球的结构与地球相似:它有一个地壳,平均厚度为 31 英里,富含斜长石矿物;一个主要由橄榄石和辉石组成的 MANTLE;以及一个相对较小的、主要由铁和硫组成的地核。

每个 ALSEP 都由小型放射性同位素热电发生器供电,其设计目标是在宇航员离开月球表面后,能在当地月球环境中正常工作至少一年。但它们运行的时间远超预期,收集了八年的数据,直到美国宇航局于 1977 年 9 月永久关闭了所有 ALSEP。当然,它们至今仍留在那里,与撞毁的 S-IVB 和月球舱的残骸一起,供未来的考古学家探索。

资料来源:阿波罗月面日志 ALSEP 部分史密森学会航天器最终归宿列表月球舱上升段撞击地点表阿波罗资金明细

 

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我的学术背景是科学史,但我从小就对太空飞行感兴趣,那是在我小学时,我看到了一张两个宇航员在月球上的卡通画。我把七岁时对阿波罗计划的好奇心转化为一名太空飞行历史学家和自由撰稿人的职业生涯。

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