美国击败苏联登上月球的秘密原因

来源:BigThink

六十年前,苏联在太空竞赛中遥遥领先于美国。但后来发生了一件重大事件,改变了一切。

1969 年,阿波罗 11 号首次将人类送上月球表面。图为巴兹·奥尔德林在阿波罗 11 号任务中设置太阳风实验,照片由尼尔·阿姆斯特朗拍摄

关键要点

  • 早在 20 世纪 50 年代和 60 年代初,苏联在太空竞赛中遥遥领先于美国,发射了第一颗卫星,第一次将人类送入太空,并创造了许多其他太空飞行的“第一”。 
  • 这种主导地位持续了好几年,到了 20 世纪 60 年代中期,他们就在策划 1967 年登陆月球:这比美国最雄心勃勃的计划还要提前好几年。 
  • 但一位能力超群却默默无闻的苏联人物谢尔盖·科罗廖夫的意外患病和死亡改变了一切。以下是这一切如何分崩离析,并最终导致美国取得胜利的过程。

不仅在美国,而且在世界各地,人类都在庆祝 2024 年,这是太空竞赛达到顶峰的 55 周年:将人类送上月球并安全返回地球的探索。1969 年 7 月 20 日,人类实现了比文明本身更古老的梦想,当人类在距离地球约 38 万公里的月球表面行走时,他们踏上了地球以外另一个世界的表面。从 1969 年到 1972 年,共有 12 名美国宇航员在月球表面行走,这是迄今为止人类首次也是唯一一次踏上我们自己星球以外世界的固体表面。

如果说有哪个国家能做到这一点,大多数人认为那将是苏联。在此之前,苏联在太空领域创下了每一个里程碑:

  • 第一颗卫星,
  • 首次载人航天飞行,
  • 第一个绕地球飞行的人,
  • 第一位进入太空的女性,
  • 第一次太空行走,
  • 第一个登陆另一个世界的着陆器,等等。

在阿波罗 1 号灾难性的火灾之后,苏联人似乎已成定局,成为第一个踏上月球的人。但他们从未接近过。为什么呢?答案在于一个大多数人可能从未听说过的名字:谢尔盖·科罗廖夫。以下是每个人都应该知道的。

谢尔盖·科罗廖夫(右)最初是一名航天飞行员,也是齐奥尔科夫斯基作品的学生,后来成为一名火箭和航天器设计师。这张照片拍摄于 1931 年,他与设计师鲍里斯·切拉诺夫斯基一起站在 BICh-8 滑翔机旁。

早在人类摆脱地球引力束缚之前,就有几位科学家致力于开拓一个新的科学领域:理论航天学。虽然它与基于牛顿物理学的传统航空学有很多共同之处,但太空旅行的想法也带来了额外的限制和担忧。与陆地飞行不同,太空旅行必然意味着:

  • 在没有大气层的情况下,需要一种燃料来推动你前进,
  • 长时间持续加速的能力,
  • 在飞行过程中的任何温度和压力下都能保证人员和设备安全的材料,
  • 保护自己免受太阳和宇宙辐射以及太空严酷的外部真空的影响,
  • 并计算如何在燃料和火箭质量受限的情况下最大化可运载的有效载荷。

在早期,所有这些问题都由理论家独自思考。20 世纪早期的历史上有几位先驱者脱颖而出: 罗伯特·戈达德 (Robert Goddard),他制造并发射了第一枚液体燃料火箭; 罗伯特·埃斯诺特-佩尔特里 (Robert Esnault-Pelterie ) ,他最初设计飞机和飞机发动机,但后来转向火箭,发展了火箭机动的概念; 赫尔曼·奥伯特 (Hermann Oberth),他制造并发射了火箭、火箭发动机、液体燃料火箭,并指导了年轻的沃纳·冯·布劳恩 (Wernher von Braun)。

但在他们之前, 
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基 (Konstantin Tsiolkovsky ) 是第一个了解火箭燃料、质量、推力和加速度之间重要关系的人。齐奥尔科夫斯基的早期作品对全球航天和太空探索的发展影响可能比任何人都大。戈达德是美国人,埃斯诺-佩尔特里是法国人,奥伯特是德国人,而齐奥尔科夫斯基一生都生活在莫斯科及其周边地区:先是在俄罗斯,十月革命后,又去了苏联。

尽管齐奥尔科夫斯基于 1935 年去世,但他的工作留下了持久的科学遗产,尤其是在俄罗斯。谢尔盖·科罗廖夫是齐奥尔科夫斯基的先驱实验同行,他梦想着前往火星,并于 1933 年发射了第一枚苏联液体燃料火箭和第一枚混合燃料火箭。然而,1938 年,他成为斯大林大清洗的牺牲品。科罗廖夫被关押在古拉格,在二战的大部分时间里,他都在那里受苦:直到 1944 年。

第二次世界大战结束后,美国和苏联的太空计划都因俘虏德国科学家而得到推动。美国获得了大多数顶尖德国科学家和大量 V-2 火箭,但苏联获得了许多德国记录,包括 V-2 生产基地的图纸,以及颇具影响力的科学家 赫尔穆特·格罗特鲁普 (Helmut Gröttrup)。然而,与美国不同,齐奥尔科夫斯基的遗产让苏联最初占据了优势。

谢尔盖·科罗廖夫 (Sergei Korolev),1961 年的照片,他在苏联太空计划中担任过许多职务,包括在 20 世纪 60 年代的许多载人航天飞行中担任太空舱地面指挥官。

德国 V-2 技术、齐奥尔科夫斯基的理论工作和科罗廖夫的智慧和想象力的结合,为苏联在太空探索领域取得成功提供了不可思议的秘诀。科罗廖夫从古拉格获释后迅速蹿红。

1945 年,他被任命为红军上校,并立即开始着手开发火箭发动机。同年晚些时候,他被授予荣誉勋章,并被带到德国帮助恢复 V-2 火箭技术。到 1946 年,科罗廖夫负责监督一支由包括格罗特鲁普在内的许多德国专家组成的团队,致力于开发国家火箭和导弹计划。科罗廖夫被任命为远程导弹的首席设计师,到 1947 年,他的团队发射了 R-1 火箭:德国 V-2 设计的完美复制品。

当然,美国也做了类似的事情:20 世纪 40 年代末,美国从新墨西哥州白沙导弹基地发射了 V-2 火箭,充分利用了战后德国的技术。但从 1947 年开始,科罗廖夫领导的团队开始致力于改进苏联 R-1 火箭的设计,从而扩大了导弹的射程,并实现了可轻松兼作弹头的分级有效载荷。

1948 年 9 月,俄罗斯首次从卡普斯京亚尔发射 R-1 火箭。在发射的 12 枚火箭中,有 9 枚成功发射,7 枚成功击中目标:与它们旨在复制的德国 V-2 火箭的成功率大致相当。

到 1949 年,苏联开始发射科罗廖夫设计的 R-2 火箭,其射程是原版 V-2 火箭的两倍,精度也更高,但科罗廖夫的计划已经更进一步。早在 1947 年,科罗廖夫就设计出了一种全新的 R-3 导弹,射程为 3,000 公里:足以从莫斯科打到英国。

在科罗廖夫的指导下,火箭和导弹技术以惊人的速度不断进步。到 1957 年,苏联首次成功试飞了 R-7 Semyorka:世界上第一枚洲际弹道导弹。R-7 是一种两级火箭,最大射程为 7,000 公里,有效载荷为 5.4 吨,足以将一枚苏联核弹从圣彼得堡运往纽约市。

这些成就使科罗廖夫在苏联国内声名鹊起。他被宣布 完全康复,并开始提倡使用 R-7 将卫星发射到太空,但遭到了共产党的完全冷遇。但当美国媒体开始讨论投资数百万美元发射卫星的可能性时,科罗廖夫抓住了机会。不到一个月的时间,Sputnik 1 就设计、建造并发射成功。

1957 年 10 月 4 日,斯普尼克 1 号发射前,一名技术人员正在对其进行操作。在太空中仅仅待了 3 个月后,斯普尼克 1 号就因大气阻力而坠落地球,这个问题至今仍困扰着所有低地球轨道卫星。

1957 年 10 月 4 日,太空时代正式开始。科罗廖夫的火箭将人类带出了地球引力的束缚,进入了轨道。虽然赫鲁晓夫最初对科罗廖夫的火箭发射感到厌烦,但他的成就在国际舞台上得到了全世界的认可,不容忽视。不到一个月后,质量是斯普尼克 1 号六倍的斯普尼克 2 号发射升空,将小狗莱卡送入轨道。

1958 年 5 月,苏联发射了复杂的 Sputnik 3 火箭,该火箭配备了科学仪器和原始记录设备,展示了苏联太空计划的能力。但科罗廖夫的眼光更远大:月球。科罗廖夫最初想用 R-7 火箭将包裹运往月球,因此对火箭的上级进行了改造,使其更适合在外层空间使用,而且只适合在外层空间使用:这是第一枚以此为目的设计的火箭。

尽管资金严重短缺、时间紧迫,而且无法在发射前测试硬件,科罗廖夫还是决心向月球发射有效载荷。1959 年 1 月 2 日,月球 1 号任务抵达月球,但它飞过月球,而不是撞击月球,而这正是其意图。(它偏离了不到 6,000 公里。)1959 年 9 月 14 日,月球 2 号成功:成为第一个抵达月球的人造物体。

苏联月球 3 号任务拍摄的月球背面原始图像(A)及其现代数字修复图(B),与美国宇航局月球勘测轨道飞行器拍摄的月球背面现代图像(C)对比。月球 3 号拍摄的月球背面照片早在 1959 年就已拍摄:这是苏联在太空领域的又一个“第一”。

不到一个月后,月球 3 号拍摄了第一张月球背面的照片。在太空探索领域,苏联取得了新的里程碑,而美国则被迫奋起直追。科罗廖夫的成就引领了这一潮流,他的梦想也越来越大。他试图实现首次软着陆月球,并将目光投向火星和金星。但他最大的梦想是载人航天,将人类送往火箭可以到达的任何地方。

从 1958 年开始,科罗廖夫开始对后来成为苏联东方号宇宙飞船的飞船进行设计研究:一个能够容纳穿着宇航服的人类乘客的全自动太空舱。到 1960 年 5 月,一架无人驾驶的原型机发射升空,绕地球 64 圈后重返大气层失败。1960 年 8 月 19 日,两只狗 Beika 和 Streika被发射到近地轨道并成功返回,这是人类首次被发射到太空并被回收。

1961 年 4 月 12 日,科罗廖夫改装的 R-7 将 尤里·加加林 送入太空:他是第一个突破地球引力束缚的人类,也是第一个绕地球飞行的人类。在科罗廖夫的监督下(他担任太空舱协调员),东方号的额外飞行包括首次太空船间通信和会合,以及第一位女宇航员: 瓦伦蒂娜·捷列什科娃

苏联火箭 R-7 Semyorka(如图所示)具有双重用途:既可用作洲际弹道导弹 (ICBM),又可向太空运送大质量有效载荷。尤里·加加林的著名飞行是搭乘改装的 R-7 火箭进行的,他成为首位进入太空的人类。

科罗廖夫随后开始研究 “上升”计划,其最终目标是将多名宇航员送入太空,并最终送上月球。早在 1961 年,科罗廖夫就开始设计超重型运载火箭:  N-1,它使用 NK-15 液体燃料发动机,与土星五号规模相同。该火箭可容纳三名机组人员,并能在返回时实现软着陆,苏联人已准备好在太空竞赛中迈出下一步。

1964 年 10 月 12 日,三名苏联宇航员—— 弗拉基米尔·科马罗夫、鲍里斯·叶戈罗夫和康斯坦丁·费奥克蒂斯托夫 ——乘坐“上升 1 号”飞船在太空中绕行了 16 圈。五个月后,阿列克谢·列昂诺夫乘坐“东方 2 号”飞船进行了人类首次太空行走。下一步是登月,科罗廖夫已经做好了准备。1964 年赫鲁晓夫下台后,科罗廖夫被任命为载人航天计划的唯一负责人,目标是在 1967 年 10 月登月,届时将迎来十月革命 50 周年。一切似乎都触手可及。

科罗廖夫开始设计将载人登陆月球的联盟号宇宙飞船、软着陆月球的月球车以及前往火星和金星的机器人任务。科罗廖夫还试图实现齐奥尔科夫斯基将人类送上火星的梦想,计划建造闭环生命支持系统、电子火箭发动机和作为行星际发射场的轨道空间站。

1961 年 4 月 12 日,宇航员尤里·加加林 (左) 在飞往太空之前在拜科努尔与火箭设计师谢尔盖·科罗廖夫 (右) 握手。尽管科罗廖夫可能不像加加林那样家喻户晓,但他被普遍誉为(那些不叫赫鲁晓夫的人)苏联载人航天计划成功的设计师和推动力。

但事与愿违:1966 年 1 月 5 日,科罗廖夫因常规肠道手术住院。9 天后,他因结肠癌并发症去世,尽管至今仍有许多人怀疑是谋杀。没有了科罗廖夫作为首席设计师,苏联的一切都迅速走下坡路。在科罗廖夫活着的时候,他抵挡住了包括米哈伊尔·扬格尔、弗拉基米尔·切洛梅和瓦伦丁·格鲁什科在内的多位火箭设计师的干涉企图。但他去世后出现的权力真空是灾难性的。

瓦西里·米申被选为科罗廖夫的继任者,但灾难随即而来。苏联的太空计划目标几乎没有任何改变,计划于 1967 年让人类绕月飞行,并于 1968 年登陆月球。米申承受着实现这些目标的巨大压力;失败是不能接受的。1967 年 4 月 23 日,联盟 1 号任务发射,科马罗夫随行:这是科罗廖夫去世后首次载人飞行。

尽管项目工程师报告了203项设计缺陷,发射仍如期进行,但随即遭遇一系列故障。首先,一块太阳能板未能展开,导致电力供应不足。接着,定向探测器发生故障,自动稳定系统失灵,而预计与“联盟1号”会合的“联盟2号”因雷暴天气取消发射。在第13圈轨道上,科马洛夫的报告促使任务中止;约5圈(约7小时)后,“联盟1号”点燃了减速火箭,重新进入地球大气层。然而,由于另一个缺陷,主降落伞未能展开,而科马洛夫手动部署的备用伞也发生缠结。

联盟号 1 号飞船残骸上发生了一场灾难性的火灾,多支团队多次尝试才扑灭了燃烧的残骸。科马罗夫在灾难性的下降和重返大气层过程中因多次钝器伤而死亡。

科罗廖夫继任者领导的首飞以最严重的灾难告终:这是地球上所有航天机构开展的太空计划中第一次在飞行中发生死亡事件。事实证明,这也不是孤例,因为进一步的挫折突然成了常态。1968 年,第一位进入太空的人类加加林在一次试飞中不幸丧生。米申患上了酗酒问题,与此同时,1969 年苏联太空计划中发生了多起 N-1 火箭故障和爆炸。唯一的亮点出现在 1969 年 1 月,当时两艘联盟号宇宙飞船实现了会合、对接和宇航员转移。

但科罗廖夫的去世,以及他的继任者所遭遇的失误,才是苏联在太空竞赛中失去领先地位的真正原因,他们从未实现人类登月的目标。苏联太空计划在 20 世纪 70 年代实现了较小的目标,例如第一个月球探测车,以及首次无人登陆火星和金星,但最大的奖项已经被抢走。如果不是科罗廖夫的健康状况突然恶化并在关键时刻去世,历史可能会有所不同。一个有能力的人的领导力(或缺乏领导力)最终可能是成功与失败之间的区别。

来源:https://bigthink.com/starts-with-a-bang/reason-usa-beat-ussr-moon/

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