從1969年7月到1972年12月，總共有12位美國宇航員通過“阿波羅計(jì)劃”踏上了月球。
物理學(xué)家組織網(wǎng)日前報道，從火箭到衛(wèi)星，從個人計(jì)算機(jī)到深空網(wǎng)絡(luò)，再到我們對地球和人類自身的認(rèn)知，都與登月息息相關(guān)。
建造火箭
1957年10月4日，太空時代曙光初現(xiàn)。當(dāng)時蘇聯(lián)朝著宇宙發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼克1號”(Sputnik1)。
自此，太空推進(jìn)和衛(wèi)星技術(shù)迅速發(fā)展：1959年1月4日，“月球1號”(Luna1)無人探測器脫離地球的引力場試圖撞向月球，但并沒有成功，在掠過月球之后開始圍繞太陽公轉(zhuǎn)。
1961年4月12日，蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林乘坐“東方1號”宇宙飛船進(jìn)入地球軌道，花1小時48分鐘繞地球一周后平安返回地球，成為第一個進(jìn)入地球軌道的人。
終于，日歷翻到1969年7月20日，德國科學(xué)家沃納·馮·布勞恩領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計(jì)的當(dāng)時世界上最大的火箭“土星5號”，第一次把人送上了月球。這枚火箭高110.6米，起飛重量超過了3000噸，總推力達(dá)到3400噸。如果沒有它，阿波羅計(jì)劃是不可想象的。事實(shí)上，“土星5號”運(yùn)載火箭直到今天仍然是人類所建造的推力最大的火箭之一。
這些火箭幫助衛(wèi)星、宇航員和其他航天器離開地球表面，并從其他世界帶回信息，拓展了人類的視野。
發(fā)射衛(wèi)星
將人類送上月球的初心，促使科學(xué)家建造出了足夠強(qiáng)大的運(yùn)載火箭，可以將有效載荷發(fā)射到地球表面以上34100—36440公里的高度。
在這樣的高度，衛(wèi)星的軌道速度與行星旋轉(zhuǎn)的速度一致，所以衛(wèi)星保持在固定點(diǎn)上，即位于所謂的地球同步軌道。地球同步軌道衛(wèi)星負(fù)責(zé)通信、提供互聯(lián)網(wǎng)連接和電視節(jié)目。
1962年7月10日，第一顆商業(yè)衛(wèi)星“電視之星”(Telstar)讓電視信號穿越大西洋。
截至2019年初，有4987顆衛(wèi)星在地球軌道上運(yùn)行。僅在2018年，全球就發(fā)射了超過382顆衛(wèi)星。目前正在運(yùn)行的衛(wèi)星中，有40%是通信衛(wèi)星，36%是觀測衛(wèi)星，11%是技術(shù)演示衛(wèi)星，7%是導(dǎo)航和定位衛(wèi)星，而6%的衛(wèi)星主要目的是進(jìn)行太空和地球科學(xué)任務(wù)。
計(jì)算機(jī)微型化
太空任務(wù)，不管是過去的還是現(xiàn)在的，都對其設(shè)備和載荷的大小和質(zhì)量有嚴(yán)格限制，因?yàn)閷⑺鼈兯腿胲壍佬枰芏嗄芰?。這些限制促使航天工業(yè)不惜一切代價追求讓物體更輕、更小的辦法：即使是月球著陸模塊的內(nèi)壁也減少到兩張紙的厚度。
當(dāng)然，在追求更輕、更小方面，計(jì)算機(jī)的變化最為明顯。在20世紀(jì)60年代，為了更好地執(zhí)行太空任務(wù)，讓計(jì)算機(jī)小型化的需求促使整個行業(yè)設(shè)計(jì)出更小、更快、更節(jié)能的計(jì)算機(jī)，幾乎影響了當(dāng)今生活的方方面面——從通信到健康，從制造到運(yùn)輸。
這方面的變化也非常驚人：從20世紀(jì)40年代后期到60年代后期，電子產(chǎn)品的重量和能耗至少減少了幾百倍——從重30噸、功率160千瓦的電子數(shù)字積分器和計(jì)算機(jī)，到重70磅、功率70瓦的阿波羅引導(dǎo)計(jì)算機(jī)。
人們估計(jì)，“阿波羅計(jì)劃”讓芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展加速了10—20年，使電腦芯片的運(yùn)算速度越來越快，價格越來越低，最終成為一種普通商品，“飛入尋常百姓家”。
深空網(wǎng)絡(luò)
與1969年登月有關(guān)的一個重要突破是全球地面站網(wǎng)絡(luò)——深空網(wǎng)絡(luò)(DeepSpaceNetwork)的建立，該網(wǎng)絡(luò)能讓地球上的控制設(shè)備與位于高橢圓形地球軌道或更遠(yuǎn)地方的航天器即時通信。
NASA的這一深空網(wǎng)絡(luò)主要由3部分組成，分別位于美國加州、西班牙馬德里以及澳大利亞，3處約成120°分布。這主要是適應(yīng)地球自轉(zhuǎn)，而且，這一策略性分布使每個航天器始終位于其中一個地面站的范圍內(nèi)，沒有一個“漏網(wǎng)之魚”。
由于航天器的功率容量有限，科學(xué)家在地球上建造了大型天線來模擬“大耳朵”以聽到微弱的信息，并充當(dāng)“大嘴”來大聲播放指令。事實(shí)上，深空網(wǎng)絡(luò)被用來與執(zhí)行“阿波羅11號”任務(wù)的宇航員進(jìn)行交流，并被用來傳送尼爾·阿姆斯特朗登上月球的第一個電視畫面。
執(zhí)行“阿波羅13號”任務(wù)的3名宇航員曾死里逃生，該網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。該飛船于1970年4月11日發(fā)射，是NASA第三次載人登月任務(wù)。發(fā)射僅兩天，太空艙內(nèi)氧氣罐爆炸使飛船損失大量氧氣和電力，最終3位宇航員在深空網(wǎng)絡(luò)的幫助下，使用登月艙作為太空救生艇返回地球。
目前，有數(shù)十個任務(wù)使用深空網(wǎng)絡(luò)來探索太陽系以及更遙遠(yuǎn)的宇宙。此外，深空網(wǎng)絡(luò)使地面能與位于高橢圓軌道上的衛(wèi)星通信，以監(jiān)測地球的兩極并傳送無線電信號。
改變對地球認(rèn)知
進(jìn)入太空可以讓我們更好地認(rèn)識并了解地球，而這要?dú)w因于從太空拍攝的幾張地球圖片給人類帶來的沖擊。
1959年8月，“探索者5號”(ExplorerⅥ)衛(wèi)星在一次任務(wù)中，從太空拍攝了第一張地球的照片，為阿波羅計(jì)劃做準(zhǔn)備。
差不多10年之后，1968年底，執(zhí)行“阿波羅8號”的宇航員為地球拍攝了著名的“地升”(Earthrise)照片。照片中，地球正從月球表面升起。這張圖片讓人們意識到，地球是一個美麗的整體，人類的命運(yùn)是連在一起的，保護(hù)地球環(huán)境促進(jìn)了環(huán)保運(yùn)動的興起。
此后，人們一直在從太空拍攝地球，這給人類帶來了巨大的福祉。比如，“陸地衛(wèi)星”(Landsat)拍攝的圖像被用于確定作物的健康狀況，識別藻類繁殖并找到潛在的石油沉積物。其他用途還包括，確定哪種類型的森林管理方法能最有效地減緩野火蔓延速度和趨勢，識別全球性的變化，如冰川覆蓋和城市發(fā)展的變化等。(記者 劉 霞)
