嫦娥五号月球表面无人采样返回地球，美国科技领先，为什么不做？
老粥科普2020-12-07 16:09
阿波罗计划前无古人
1969年7月，阿波罗11号的阿姆斯特朗与奥尔德林登上月球，迈出了“人类的一大步”。两名宇航员在月球上度过了21小时36分。他们插了星条旗；放置了一个激光角反射镜和月震仪；从着陆器附近采集了20千克玄武岩、角砾岩石和一些月壤；与尼克松总统通了电话、还拍了许多照片和视频录像带；甚至还通过无线电向地球传送了宇航员在月面活动的影像。
阿波罗11号宇航员月面活动录像在干完所有事情后，两名宇航员回到代号为“鹰”的着陆器，准备回到地球。就在这时候，奥尔德林的航天服把仪表板上一个控制发动机开关的手柄给碰断了，如果开关打不开，上升火箭无法供电，“鹰”就没办法离开月球。两名宇航员折腾了好一会儿，出了许多汗，最后用一支笔插进去把开关给拧开了。
奥尔德林用这支笔触发了开关国际标准时间7月21日17:54:00，随着爆炸螺栓解锁，“鹰”从月球表面腾空而起，向上进入环月轨道；21:24与等候在环月轨道上的“哥伦比亚”指令舱会合；21:35两舱成功对接；23:41“鹰”被抛弃，阿波罗飞船开始返回地球；7月24日，阿波罗返回舱溅落在太平洋上。
阿波罗11号在环月轨道上纯手动对接阿波罗11号登月的整个过程出乎意料地顺利。除了奥尔德林将开关碰断又奇迹般地用一支笔挽救了“鹰”之外，另一个可以拿出来说道的波折发生在地面：在阿波罗飞船返回的过程中，关岛地面站的天线“轴承卡住了”，为了保证通讯畅通，站长先生10岁的儿子格雷格站了出来，用他的小手伸入机器为轴承抹上黄油，再一次拯救飞船。为此阿姆斯特朗特意向这个孩子表达了感谢。
美国是如何做到的？
经常有人以阿波罗登月为例，说美国科技领先我们50年。那么50年前美国人究竟是如何做到这一切的？
宇航员在月面上放置地震仪从大环境讲，当时正处于美苏全方位争霸的时期，苏联在太空探索方面先行一步，他们第一个发射了人造地球卫星，第一个将宇航员加加林送入太空，第一个发射了环月卫星并在月球实现了无人探测器软着陆。美国作为当时世界上新兴超级大国自然不甘人后，肯尼迪总统发誓要在1970年前将人类送上月球。
鉴于上世纪六十年代的主流计算机仍处于庞大笨重的电子管时代，晶体管是新生事物，由几个晶体管集合而成的集成电路刚刚被发明，即便是美国也没有能力实施远距离的无人深空探测，因为这需要计算机强大算力支持，并且这台计算机要足够小足够轻，没有人能做得到。
1960年代计算机部件快速发展，阿波罗依然采用磁芯存储器解决问题的唯一办法是人。用经过长时间反复训练的人来完成本应由计算机完成的大量工作，算计力有限的算机则作为辅助工具进行弹道运算，而将人送上月球就需要依赖庞大的运载火箭。
冯·布劳恩与土星五号引擎二战之后，美国和苏联从德国网罗了一大批科学家，其中就包括著名的航天科学家冯·布劳恩。在他的领导下，美国打造出了空前绝后的F-1火箭发动机和同样空前绝后的“土星五号”运载火箭。美国人的思路是这样：既然我无法实现登月的自动化，干脆就用大火箭把人送上天，让人去充当传感器和计算机，这样一举多得。
如果你翻一翻阿波罗计算机留下来的档案文件，就会赫然发现，阿波罗的宇航员们个个都是"话唠"，他们与休斯顿中心的通话从来就没中断过，事无巨细都会与地面沟通，包括听到了什么声音、哪个指示灯亮了、将要拨动哪个开关等等，简直是“口水多过茶”，无线电因此成了阿波罗机组的生命线。
宇航员通过语音与休斯顿密切沟通最原始的导航
尽管月球是距离地球最近的一颗星，但38万公里的距离对于人类来说依然是征途漫漫。中国古人说“失之毫厘谬以千里”，用在登月之旅上是一点也不为过。阿波罗的宇航员是怎么把飞船开到月球又准确登陆的呢？
首先，NASA让麻省理工学院和雷神、IBM公司一起联合打造了几台导航计算机，分别装在土星五号火箭、阿波罗指令舱（返回舱）和着陆器-上升器组合体“鹰”里。这几台计算机主要用于计算火箭弹道，调整发动机推力及控制方向。
阿波罗指令舱控制面板密布开关，中部偏右是导航计算机但那时候计算机的算力和存储量不仅不如今天的一台计算器，甚至比一张音乐贺卡的芯片还差，你不能指望它做太多的事情。阿波罗登月主要依靠人。
在阿波罗飞船里安装了复杂的光学观测设备，包括带刻度的望远镜、还有可调节的太空六分仪。宇航员需要记住太空中一些恒星的位置，以及它们与太阳、月亮的相互关系，用望远镜和六分仪测量角度，再把参数手动输入计算机，看飞船是不是偏离了目标。
宇航员依赖六分仪和星图导航而在登月的过程中，宇航员则需要记住登月舱下方月球表面的地形地貌，哪儿有一座山、哪儿有一个坑、哪儿有一条沟，用六分仪瞄准它，再用计算机计算。当计算机死机时，宇航员需要手动控制操纵杆引导飞船着陆，当然，这时候宇航员很忙，他们没时间再去翻厚厚的导航日志。因此在长时间的地面训练中，宇航员需要反复对照画师们画在墙上的月面照片，把它背下来并谙熟于心。
宇航员需要记住月面地形以便手动降落和起飞50年前美国能完成嫦娥五号的任务吗？
答案显然是：不能。
50年前的科学技术水平尽管已经突飞猛进，但完全无法做到自动化和智能化。当时的美国为了夺得太空竞赛的领先地位，不惜血本打造强大推力的土星五号飞船，将人送上太空、以人的眼睛代替传感器、以人的大脑代替计算机、以人的双手代替自动控制设备，加上地面强大通信能力的密切配合，才能实现载人登月的壮举。
而对于月球无人软着陆、月面无人探测、采样和封装、月球轨道无人控制、交会对接等等技术，你首先需要的是高灵敏度的传感器和控制器、强大的计算机、部分人工智能、地面精准遥测技术以及高速超远程无线数字通信支持。而这一切在上世纪六七十年代都是无法想象的。
阿波罗11号拍摄的地球更漂亮在阿波罗计划结束后的几年里，苏联人一共完成了三次月面无人采样和返回，他们采用的办法是上升器跳过环月轨道接力，直接从月球表面发射回到地球。在严格的荷载限制下，月球-24号飞船仅取回170.1克月壤样本，但这已经是相当了不起的航天科学成就了，美国一次也没有做。
时代在发展，科学在进步，美国在月球探索上确实曾经走在世界的前面。同时我们也看到，四十多年来美国人再也没有踏足过月球，未来十年他们也没有能力再次回到那里。我们正迎头赶上，嫦娥五号不仅实现了月球采样返回，同时也为将来可能的载人登月完成了技术验证，只要我们愿意，就必然能够做到。
嫦娥五号月面起飞返回地球我们的征途是星辰大海！
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