航天史：27.美利坚的反超
上文书我们讲到了美国人在研发新型火箭发动机，这是成败的关键。涉及到技术方案的选择。美国人制造了超级变态的F1发动机，这个发动机的推力可以说是大到变态，可以产生700吨的推力。但是这个发动机的关键指标比冲却不高，只有260多，但是布劳恩这个总设计师知道，要想造出简单可靠的大推力发动机，就不能要求这么多了。
燃气发生器循环
为什么F1发动机的比冲这么低呢？这其实也不难理解。要想产生巨大的推力，就需要一秒钟向燃烧室输送5.8万升煤油和9.4万升液氧。这么巨大的流量，就需要一个变态的泵来输送，这个涡轮泵是靠一个小发动机吹转的。也就是一部分燃料送进一个小预燃室，燃烧以后从喷嘴喷出去，吹转了涡轮泵，带动大批燃料往主燃烧室里送。但是这个小预燃室是要消耗一部分燃料的，所以导致了F1发动机的效率不高。
格鲁什科的RD-253发动机当然没有那么变态。但是比冲要比F1高一些。因为人家采用了分级燃烧技术。这种发动机也有涡轮泵，也有预燃室，也是靠先弄出一小部分燃料在预燃室燃烧，用废气吹动涡轮泵，这都和F1发动机的涡轮泵是一样的过程，不一样的是，RD-253发动机把涡轮泵烧完的废气送进了火箭的主燃烧室，再烧一遍。
分级燃烧循环
有人奇怪啊，废气怎么能送进主燃烧室呢？格鲁什科在预燃室里面采用的是富氧燃烧。氧化剂比燃料多出不少。这样呢，保证燃料都烧光了，废气里还剩下大量的氧化剂，送进主燃烧室，继续烧。主燃烧室里燃料多放一点就刚好OK，这就是所谓的分级燃烧。效率比开放式的燃气发生器效率要高一大截。但是难度也大多了，全世界能掌握的就少嘛。一定要类比的话，有点像汽车的涡轮增压引擎。
当然，燃气发生器有个好处，那就是结构简单，结实耐用，这就为重复使用奠定了基础，这就叫尺有所长，寸有所短。不过这是后话了，我们讲马斯克的梅林发动机的时候再讲这档子事儿。
格鲁什科和切洛梅设计局配合的不错。UR-500这颗火箭从上到下用的都是毒发，也就是偏二甲肼和四氧化二氮作为燃料，因为切洛梅是造导弹出身的，一切都是按照洲际导弹来考虑。这颗火箭的原始型号并不比科罗廖夫的R-7火箭强多少，反而体积大重量大，扩展性也比较差。
长征2E 和 长征2D 对比
你想啊，我国的长征二号火箭，本身就是个细长的光杆，周围加上四个助推器，推力一下就大了不少，成了著名的“长二捆”，最后把我国宇航员送上太空的就是长二捆的载人航天专用型号。可是UR-500是没办法增加助推器的，主发动机长得就像是外挂助推器，已经把助推器的地方占用了，所以，只能在上面做文章，提高一下第二级第三级水平，第一级换成改进型发动机，但是，这都不会产生质变。
质子号运载火箭
尽管如此，切洛梅还是开创了科罗廖夫R-7家族以外的另外一个火箭家族，这就是大名鼎鼎的质子号火箭。UR-500就是质子号火箭的雏形。质子号火箭的近地轨道运载能力达到22吨，后来，苏联的大型空间站就是质子号火箭送上去的。
切洛梅的UR-500还不够大，满足不了登月的方案，所以，切洛梅设计了UR-700火箭，这枚火箭是捆绑型的，而且捆了里外两层助推火箭，用的是格鲁什科的RD270发动机，怎么看怎么别扭。到最后就停留在了绘图板上，没能造出来。
UR-700模型
RD270发动机推力达到640吨，采用了当时最先进的全流量分级燃烧技术，而且还是一枚毒发，要用毒发做登月火箭。实在是有点难。因为稍有泄漏就是大事，登月火箭那么大，要灌进去两千吨以上的毒燃料，这也太悬了。况且RD270的研发速度太慢，最后也就不了了之了。
科罗廖夫这边也没有办法，苏联工业后劲不足的情况就显露出来了，美国在人还没上太空之前，就开始研究巨型火箭发动机了，如果不是未雨绸缪，提前动手，美国也不会走的这么顺利。洛克达因公司的员工深有体会，他们搞了个创新产品，军方看不上。但是NASA的人就非常感兴趣，NASA的人是有梦想的，要做点伟大的事情。苏联研发火箭都是政治决定，并不是领导人对太空有什么激情。
NK-15发动机
科罗廖夫和格鲁什科互相看不顺眼。科罗廖夫要煤油机，格鲁什科偏偏卯着劲造毒发，没办法，只有去找库兹涅佐夫了，库兹涅佐夫的NK15煤油发动机很不错，推力达到150吨级。
这么说吧。长征5号第一级助推器用的YF-100发动机的推力也就120吨。人家NK15在60年代就做到了150吨，人家NK15是第一台分级燃烧的实用型液氧煤油发动机，性能按理说很不错。但是，这个发动机还是不满足登月的需要。跟F1变态的700吨推力是没办法比的。不得已，科罗廖夫不得不用一大捆NK15来拼凑一个巨大的火箭，这就是N-1火箭。
一开始，科罗廖夫在构想N1火箭也不是专门为了登月计划，而是比较广泛，大型航天器都是可以打的。能把50吨的载荷送上近地轨道。如果要登月，那就要打两发，让飞船在近地轨道对接成登月联合体，然后再开发动机走地月转移轨道。但是这样的方案需要对接技术，当时苏联还没有这样的技术。打两发又太贵，也没有必要。
一级为了容纳30台发动机，N-1火箭彻底成了圆锥形
最后，科罗廖夫不得不把第一级的发动机从24个增加到了30个。而且每一级的发动机都要增大推力2%，这样就可以把95吨的载荷送上近地轨道，宇航员再比美国少一个，登月勉强够了。
更要命的是，N-1火箭是个全液氧煤油的火箭。美国人计算过，如果在第二级第三级采用氢氧发动机，那么就会大大简化设计，因为氢氧机的效率更高。但是当时苏联没有氢氧机，只能从上到下全部采用煤油机。这就涉及到各个设计局之间不配合的问题了。没辙，科罗廖夫为了榨干油水，不得不采用了奇葩的5级火箭，说白了就是用完马上扔。但是，在太空里点火是有风险的，有可能会出问题，因此火箭级数也不是越多越好。但是不这么做又该怎么做呢？没办法。当然，科罗廖夫为了这一枚火箭也是操碎了心，各种招数都用上了。以后讲马斯克的猎鹰火箭，我们再讲，这家伙几乎把科罗廖夫的那些阴招全都学去了。
土星五号 vs N-1火箭
在当时，切洛梅和科罗廖夫都在争夺资源，各家设计局背后都有政治资源。杨格尔设计局的方案是基于R26洲际导弹的，早早的就出了局。杨格尔一直获得军方的青睐，因为他一直在为军方设计洲际导弹，几乎是心无旁骛。而且，他也觉得，互相竞争，分散资源不是个好事，他负责打下手就行了。实际上的竞争是在切洛梅和科罗廖夫之间展开的。切洛梅的设计局干的工作很杂，著名的超音速反舰导弹“日炙”就是他们设计局的产品。科罗廖夫主要是在航天方面下功夫，因为他钟爱的液氧煤油发动机不适合军用。反正，苏联人在选择登月方案上足足折腾了5年。
于是苏联居然出了个奇葩的方案，飞船绕月，由切洛梅设计局负责。载人登月，由科罗廖夫负责。我们事后再看，这简直是胡闹。两大设计局打算玩儿重复劳动啊？这就和NASA统一管理，拧成一股绳产生了鲜明的对比。
美国人已经有条不紊的开始推进登月工程。要知道登月是一个系统工程。双子座计划要解决的就是载人航天的一系列任务。双子座3号实现了两个美国人乘坐同一艘飞船进入地球轨道，然后安全返回。下一步就是太空行走。
爱德华·怀特 & 詹姆斯·麦克迪维特
1965年6月3号，双子座4号发射升空，宇航员是詹姆斯和怀特，詹姆斯是指令长。他们这一次有两项重要任务，第一项是太空行走。美国人落在了苏联人的后面，不过也不算太晚。第二项是在太空停留4天，绕地球转66圈。要想去月球，必须在太空中停留半个月，4天只是个开始而已。还有一个小目标，那就是和大力神火箭的第二级齐头并进，这是为以后飞船对接做准备的一项测试。
火箭是上午10点多钟发射升空的，这也是新建成的休斯顿控制中心第一次正式启用。媒体都来凑热闹，NASA还专门租用了新闻大厅。欧美12国的元首一起观看了电视直播，当时已经能够利用通信卫星进行的跨洋电视转播了。
双子座4号升空
飞船要飞好几天，控制中心不得不准备人手三班倒，一个个都是熊猫眼，都睡不好。飞船被火箭的第二级送入了轨道，第二级本身也入轨了。双子座4号飞船的第一个任务就是开反推减速，尝试和第二级火箭汇合，但是折腾半天也没成功。这也就算了，以后再说吧。
本来第2圈他们就要进行太空行走，但是因为前一项任务失败了，所以宇航员们的压力很大。为了舒缓压力，决定把太空行走推迟到第3圈再说。两个人的宇航服都穿的很严实。当他们飞到澳大利亚西部上空的时候，开始做出舱的准备。双子座飞船开始减压，抽真空。当飞船飞到夏威夷上空的时候，怀特开始准备出舱。拉了一下门栓没拉开，当时就吓了一跳。好在詹姆斯在地面跟着工程师看到过门锁的结构，知道毛病出在哪儿，他能打开门，这下问题解决了。双子座飞船很小，要想出舱，只能把座舱的空气全都放光，直接开门出去。反正大家都穿着宇航服呢，不怕。
怀特出舱行走
怀特就这么慢慢飘出了门，身体上有一根绳子和飞船连接。手里拿着个喷枪一样的东西，这东西可以提供反作用力，便于操控身体，这就是美国人超越苏联人的地方。怀特在外边飘得可开心了。里边的詹姆斯可遇上麻烦了。无电线通话有毛病，宇航员之间，以及地面，通话不畅，彼此到是都能听见。但是说话有可能发射不出去。最后叫唤了半天，终于把怀特给叫回来了。他在外边特别的High，詹姆斯给他拍了不少照片。
关门仍然是一件麻烦事，好在詹姆斯能搞定。要是门关不上，这二位就没法活着回来了。休斯顿还让他们再开一次门，把太空行走相关的装备都扔了。詹姆斯脑袋都大了，还是别多事儿吧，开门一次怪麻烦的。
总之，太空行走是本次飞行任务最大的亮点。怀特成了第二个太空行走的人类，他在外边飘了22分钟。
本来预计要飞66圈，但是久经考验的IBM计算机居然出毛病了，IBM刚做完广告就出问题，简直是自己打自己的脸。结果飞了62圈，双子座4号飞船就不得不开火箭反推，准备返回地球。他们最后落在大西洋上，离开预定地点43公里，他们被直升机捞起来，放到了胡蜂号航空母舰上。
接下来，1965年的8月21日，双子座5号发射，两个宇航员在太空里足足转了8天才下来。已经超过苏联人的水平。但是双子座飞船太小，两个人既就相当于在轿车的驾驶座和副驾驶座上坐了8天，这滋味是不好受的。
美国大概是两个月就发射一艘双子座载人飞船，密度之高，现在是完全达不到，当时NASA银子花的真的像淌水一样。下一次任务是10月25日的双子座6号任务，这一次要测试交会对接。另一枚火箭发射一个阿金纳上面级，然后再发射双子座6号，双子座6号需要在太空里和阿金纳上面级进行对接。
宇宙神-阿金纳
到了这一天，宇航员也都坐进座舱了，就等着火箭发射。宇宙神火箭顶着阿金纳上面级发射升空了。宇宙神火箭顺利的把阿金纳上面级给送上去了。6分钟以后，阿金纳上面级的主发动机应该开机了，但是阿金纳上面级没消息了。遥感信号丢失了。后来检测到有碎片掉进大西洋，看来是阿金纳火箭炸了。50分钟以后，双子座6号任务也取消了。两位宇航员斯塔福德和斯基拉白白在飞船里闷了一身的白毛汗。
双子座6号的飞船内部
这次任务出问题了，好在不是载人飞船出问题，NASA该怎么办？NASA也着急啊。干脆改变任务，让双子座7号飞船先发射吧。双子组7号要测试在轨飞行14天，这是登月一去一回必须的时间。在此期间，让双子座6号飞船发射，逐渐接近双子座7号。两艘飞船靠的很近，实现编队飞行。美国人甚至有个大胆的想法，那就是让6号的指令长斯塔福德和7号的指令长弗洛尔用太空行走技术，实现交叉换位。你去他船上，他去你船上，这样行得通吗？我们下次再说。