航天史：35.暴力美学

上文书说到美国人的阿波罗8号顺利的实现了绕月飞行，而且人家还在月球轨道向地面做了实况转播。美国人这些事儿都没必要藏着掖着，还是尽量让大家都知道。你别说，土星5号火箭还是真的是挺给力的。

阿波罗8号的宇航员用照相机拍到了地球从月亮背后升起的照片。这张照片也就成了经典的名作。其实呢，在月球上，你是永远也看不到这一幕的。因为月球的自转是被锁定的，相对于地球来讲，几乎是不自转的，你要是在月球上某个地方，抬头恰好可以看见地球停留在空中，这辈子估计它也就停留在这个地方，最多有点晃荡。但是肯定不会跑多远，地球上看月亮的那种东升西落，肯定是不存在的。只有在飞船上，飞船的运行速度比较快。从月球后面转出来的时候，会出现“地出”这种景象，因此这纯粹是个宇航员的视角。

反正阿波罗8号相对来讲，算是顺利的。三个宇航员回到地球以后，就成了英雄了。美国人顺利的完成了绕月飞行，离开登月已经不远了。美国人在这几年里的突飞猛进，大家都看在眼里。苏联人可就着了急了，他们的N1火箭还在赶工之中。

苏联人这边，米申的水平显然是比不上科罗廖夫的。科罗廖夫生前留下的N1设计还算是可圈可点，充分发挥了俄国人的暴力美学。说白了就是技术不够，从系统工程的方向来凑一凑。没搞出F1那么变态的发动机，咱们用一大捆发动机来代替行不行呢？所以，苏联人在N1火箭的第一级摆放了30个发动机。

N1火箭的总装厂房

你别说，NK15还真是不错的发动机。人家采用了富氧分级燃烧技术。比冲比美国的F1发动机高多了。F1发动机的海平面比冲是263，NK15的比冲是297，高了一大截。但是NK15的推力比F1小得多，F1达到了700吨级，NK15只有150吨。

这是苏联的第一个劣势，第二个问题是美国人搞出了高效率的氢氧发动机，J-2发动机才是核心。苏联人这方面不行，煤油发动机的比冲再高，你也高不过氢氧机。苏联人没办法，只能把压力都压倒了第一级火箭上，上面重，下面推不动，那就只能把下面加粗，下面加粗了，再下面也受不了啊，还要加粗。就这么引发了恶性循环。上面级不给力，苏联人的运载能力就吃亏，美国人可以把130吨的东西送进地球轨道。但是苏联人满打满算只能送95吨。

苏联的N1火箭的第一级原本装了24台发动机，为了最大限度的增加推力，这24台发动机围成了一个大圈，所以N1火箭的第一级特别胖。围成一个大圈，这样每台发动机都可以尽量接触周围的空气，喷出的气流带动周围的空气可以增加一点推力。

火箭要控制自身的姿势，这一大圈发动机一个挨着一个，显然是不可能转动喷口的。只能靠每台发动机的推力差动来改变自身姿态，这当然是要靠计算机来控制，但是苏联的计算机不怎么样，比美国差远了，所以这也留下了一个非常大的隐患。只靠发动机的推力差来调控火箭姿态还不够，苏联人还在火箭第一级加了4个栅格舵。利用空气动力来调整火箭姿态。栅格舵就是用金属网格来当做方向舵使用，控制效率比较高。

从这个角度刚好看见尾喷口和栅格舵的一部分

第2级采用8台NK15V，发动机还是排成了一圈，因此看上去还是蛮粗的。这是一种NK15的改进型，专门针对真空进行了优化。用了高膨胀喷嘴，说白了就是喷口加大了。第3级采用了4台比较小的NK21发动机。4台嘛，当然就排成方块就OK啦。第4级用了一台NK19发动机，上边顶着联盟7K-L3飞船和LK登月舱。

N1火箭的结构图

等到科罗廖夫去世，米申接手的时候。发现计划赶不上变化。顶上的联盟7K-L3飞船+服务舱+LK登月舱的联合体超重了，超重了20吨。这一下引发了连锁反应，火箭的推力根本就不够。其实美国的登月飞船也超重了，美国人是怎么办的呢？想尽办法减重啊。

我们现在看到N1火箭的结构图，我们会发现他们用的燃料罐其实都球形的，大家都在知道球形的燃料罐结构强度很好，但是你想吧，一个圆柱形的火箭里边挂着一个大圆球，周围还有大量的边边角角是空着的，这种结构其实是很浪费的。这种结构叫做“悬挂储箱”。苏联当时用都是球形储箱，现在的火箭都是胶囊形状的。没办法，苏联当时的技术水平也就这样了，火箭的直径是10米，那么粗的直径，你要是做一个直上直下的圆柱体，或者圆锥体，没有点水平你根本造不出来。美国人的倒是有这个本事造，可以造超大的燃料罐。

土星5号火箭第三级的共底储箱结构，隔板为半球形

现在登月舱和飞船超重了，美国人就把主意打到了燃料罐上。现在火箭的第2级是两个胶囊形状的燃料罐一前一后摆放，下边的小罐子是液氧，上边的大罐子是液氢，液氢密度低嘛。外边包上一层皮，这就是火箭的外壳。但是这样的话，还是太重了。美国人想到了一个办法，那就让燃料罐共底。你想啊，液氢和液氧各有自己的罐子，如果弄成竹节一样，一个罐子，中间放一个隔板，这不就可以代替两个罐子了嘛，这不就轻了嘛。这样可以节省好几吨的重量。这招叫做“共底储箱”。

但是，这种共底储箱是有技术难度的，那就是液氢比液氧的温度要低七八十度。如果这两个燃料罐只相隔一层皮，万一靠近隔板的液氧被冻成了大冰坨子，冻成了固体，那可就坏菜了。保温隔热就成了大问题了。好在美国人最后还是靠保温材料和结构设计解决了这个问题。他们在材料上的功力比苏联深深多了。

苏联人干瞪眼没辙，他们没有低温方面的技术积累。怎么办呢？蚊子腿也是肉啊。想尽办法挖掘发动机的潜力吧。为了能提升2%的推力，苏联人想出来一招，那就是“过冷”，热胀冷缩大家总知道吧。要是降低燃料的温度，冻一冻，燃料体积收缩了，不就可以多装一点嘛。你往发动机里送的时候，不也就可以多送一点嘛。这一招，被马斯克学了去了。马斯克从苏联人那儿学去的招数多了去了。

装配中的N1火箭，可以清晰的看到30台发动机

即便如此，火箭的推力仍然不够，因此米申不得不在一级火箭的中间又塞了6台发动机。这一下就有了30台发动机了，控制系统更加复杂。这发动机到是真的很不错，但是控制系统根本照顾不过来，而且为30台发动机输送燃料的管道更是乱七八糟的。发动机都是会产生振动的，互相之间也会产生共振，相互之间的影响极其复杂。苏联人也不想搞得这么麻烦，但是他们没有700吨级的大发动机，不这么干怎么干呢？

最后，第一级的30台发动机是这样分工的。火箭要拐弯，靠的是30台发动机的推力差。控制火箭不要乱转，靠的是中间的6台发动机的摆动。外加空气舵辅助控制。这套控制系统全部都依赖于一台叫KORD的电脑来操控。这要比土星五号的5台发动机难控制多了。最后N1火箭栽就栽在这上头。

组装好的N1火箭基本就是个圆锥体，你看土星5号外观非常的匀称挺拔，因为土星5号基本上是直上直下的圆柱体组成的。N1第一级有30台发动机，屁股大，那外形看着都挺怪异的。

土星五号的垂直转运

美苏两国的火箭发射程序也有很大的差异。美国人是在一个大楼里组装火箭，火箭是垂直组装的。组装完了以后，大楼的墙壁打开，火箭就这么竖着，慢慢转运到发射架上，土星5号都是从39号发射工位发射的。

苏联人可就不一样了，他们是在厂房里水平组装火箭，说白了就是横着装。好处是厂房里可以同时组装两枚火箭。美国人的垂直组装厂房只能组装1枚火箭。苏联人装好了以后，用特殊的列车拉到发射场，距离可以比较远。美国人火箭是竖着运过去的。走不了多远，万一倒了，那就坏菜了。

火箭竖起

苏联人把火箭横着拉到发射场以后，用巨大的液压机构把火箭竖起来发射。所以苏联发射火箭只需要简单的几个支架抱住火箭，别让火箭倒了就行，不需要专用的发射塔。美国人还是需要发射塔的。

我们中国过去是怎么处理的呢？我们当时穷啊，发射架和组装厂是一体化的。所以大家看早期火箭发射的视频。一座大楼，里边什么都有，火箭就在里边垂直组装。然后装好以后。大楼向两边打开，躲远点，把火箭露出来，然后就这么发射了。这样看似是方便，但是隐患很大。万一火箭爆炸，就连组装厂房一起都炸掉了。所以，后来我们现在也采用了美国人的办法，厂房和发射架是分开的。所以，我们的长征火箭也是垂直转运的。

苏联人的水平转运其实也是有一些好处的，比如同时组装两枚火箭，可以作为备份，头一发打出去，不管成与不成，过几天就能打第二发。苏联一共生产了10枚N1火箭，前两枚是做测试用的。苏联人的登月计划有些仓促，非常着急，可是苏联人又不像美国人那样舍得花钱。苏联人总是想少花钱多办事，反而导致了米申他们捉襟见肘。第一枚N1火箭的第一级有30台发动机，只对其中的1/4作了测试，苏联人压根没有做全面整体测试。这又成了一大隐患。

要知道地面测试是非常重要的，宁可炸在地上，也不要炸在太空里，因为炸在地面上，还有办法去找BUG，炸在太空里，那就根本没办法去追踪到底什么地方出了问题。可是苏联人就是没做，他们着急忙慌的就开始要做发射实验。

N1火箭发射

所以，在1969年的2月21日，苏联人就迫不及待的从厂房里把巨大的N1火箭拉出来了。那个场景还是蛮震撼的，火箭是屁股朝前，10米直径的屁股上有30台发动机。看着都眼花。火箭的总起飞重量达到了2750吨，列车开到了专用的110L工位上，巨大的液压机把长达105米的火箭竖起来。

早上9:18分，火箭点火升空。这30台发动机一起点火，那阵势不是盖的，可以说是声巨如雷，就看一个修长的圆锥体缓缓升上了天空。可是发射以后没有几秒钟，12号发动机就熄火了。事后发现，这是KORD计算机接收到了错误信号主动发出的指令。12号发动机关闭了，火箭的推力不平衡，结果KORD计算机又关闭了对面的24号发动机保持平衡。

如果少了两台发动机，问题还不大。其他的发动机多烧一会儿也就能弥补推力的损失。但是，在6秒钟以后，一种发动机常见的震荡破坏了一些零部件，煤油开始出现泄漏。到了25秒的时候振动进一步加大，导致燃油管破裂。油流出来，开始烧起来了。这一下烧坏了控制线路，导致出现了短路，KORD计算机以为涡轮泵有问题，在68秒的时候关掉了所有的发动机。整个火箭失去动力，从半空中开始下坠，183秒的时候，坠毁在52公里外的地方。别忘了上边还有上千吨的燃料，必然引发了一场大爆炸。N1火箭的第一次发射就此彻底失败。好在火箭顶部的逃逸塔起作用了，把飞船模型完整的拔了出来。算是保住了飞船模型。

事后分析，KORD计算机很容易受到干扰。对各种振动也敏感，非常容易被假信号所欺骗。当时的计算机和传感器都不是太完善，N1火箭又不得不走这种一大捆发动机的暴力美学之路，所以碰上的麻烦就特别的多。美国人相对就顺利多了，他们已经开始准备进行阿波罗9号的飞行任务了。这一次，登月舱终于准备好了，需要在太空里测试登月舱的对接。而且还要进行双人太空行走。这在以前是没有的。为此，三位宇航员詹姆斯·麦克迪维特、大卫·斯科特和拉塞尔·施威卡特进行了水池训练。也就是在水下模拟无重力状态，进行太空行走的训练。这总比去了太空以后手忙脚乱的要强多了。

麦克迪维特、斯科特、拉塞尔

这一次的人选搭配又是二老带一新，麦克迪维特来自空军，他曾经是双子座4号的宇航员。大卫·斯科特1963年曾经和尼尔·阿姆斯特朗搭档，完成过双子座8号的飞行任务。拉塞尔是个新手，没上过太空。三个人接受的训练非常丰富。除了水下实验。还乘坐制造失重飞机体验过短暂的失重过程。而且他们还去天文台学习如何利用星座进行导航。到麻省理工去学习如何使用阿波罗飞船的导航计算机。这些东西都是由各大研究机构和大学提供的技术。当然，他们干的最多的，就是在阿波罗飞船和登月舱的模拟器上做训练。当然，就在这时候，NASA也开始制定应急计划，万一飞船出问题了，能不能用登月飞船当做救生艇呢？这都不能靠临时起意，这都是要靠事先的周密安排的。

原本阿波罗9号的发射时间定在了2月28号，但是没想到三位宇航员不约而同的都感冒了。这下NASA麻爪了，这该怎么办啊？上次阿波罗7号的宇航员带着感冒上太空就闹得一塌糊涂，这次怎么又来了，NASA该如何抉择呢？我们下回再说。