人在月球，怎么回家？

毛新愿

地球上有上百萬種動物，它們有各自生存的特點。人類作為高級動物，得以從動物身上獲取靈感，創造出新發明為自己所用。比如，科學家根據長頸鹿利用緊繃的皮膚可控制血管壓力的原理，研制了飛行服——“抗荷服”，這成為助力人類飛向更高處的關鍵裝備。假如你能獲取動物的某種能力，你希望是什么呢？

科學地探求真理，要求我們的理智永遠不要狂熱地堅持某種假設。——莫洛亞（法國作家）

人類再次登上月球，甚至未來登陸火星，一直是大家關注的焦點。那你知不知道，降落在其他星球上的宇航員要怎么回到地球呢？我們以登月為例了解一下吧。

天宮空間站僅距離地球表面約400 千米，相比之下，月球到地球的平均距離達到38 萬千米，載人登月的難度可想而知。因此，為確保航天員安全無虞地在地月之間往返，不僅需要世界上最強大的運載火箭、最先進的載人飛船、最復雜的登月艙，還需要一整套安全的流程。

第一步：離開月球表面

任何一個大天體都有自己的引力場，牢牢束縛住天體附近的物體，要想離開，就要掙脫這個引力場。在地球上這個過程極其艱難：一方面，地球質量巨大，重力的束縛能力更強；另一方面，地球有稠密大氣，加速時劇烈的空氣沖擊會給火箭帶來不小的阻力和熱量。所以，我們看到的所有火箭發射，幾乎都是“龐然大物吐著巨大的火舌”拔地而起，畫面震動，煙霧彌漫。

表面看來，離開月球表面似乎簡單不少：一方面，月球的重力只有地球的六分之一，逃脫難度大幅降低；另一方面，月球上幾乎是真空狀態，根本不用設計額外的火箭整流罩等防護空氣沖擊的結構。小型的發動機和相對簡單的登陸飛船，就能帶著航天員離開。在實際操作中，登陸飛船包括著陸器和上升器兩個部分，只有上升器會離開月球。

然而，抵達月球表面的任何一個組件，都要搭乘火箭從地球發射，再由著陸器帶到月球表面。受限于火箭發射能力，航天員所在的上升器必須簡約到極致，以節省質量和空間。月球上一片荒蕪，沒有成熟的發射場提供后勤保障，上升器必須長期穩定保管推進劑，就地取材、以底部的著陸器作為“發射塔架”，自己獨立導航控制，才能離開月球表面。

第二步：在月球軌道對接

離開月球表面，已經是上升器推進能力的極致，可依然不足以徹底擺脫月球的引力場直接返回地球。因此，它的下一個目標是找到一直在圍繞月球運行的返回艙。返回艙攜帶了一個擁有強勁動力的推進艙，足以保證送航天員返回地球。因而，上升器在起飛之前，必須精準預測返回艙的行動軌跡，找到合適的發射窗口，才能保證二者在月球上空準時軌道交會。需說明的是，這個窗口的狹窄程度以“秒”來計。

幸運的是，由于月球的真空狀態，任何一個航天器都不需要像在地球附近執行任務一樣飛得很高以遠離大氣的摩擦，這讓上升器離開月球表面后軌道交會的難度降低不少。隨后，上升器和返回艙- 推進艙組合體在近乎一樣的軌道飛行穩定。可是，月球本身距離地球太遠了，光速通信延時都有2 秒以上。當它們處于月球背面時，月球也會完全遮擋住信號，導致在地球上控制兩個龐然大物準確對The Big Bang | ∞大爆炸接極其艱難。

因而，上升器和返回艙- 推進艙組合體需要自主完成準確的對接，其間航天員會密切監控對接的各項指標，如有問題隨時轉成手動對接模式。在完成對接后，航天員和從月球表面帶回的科研材料，將會全部轉移到更大更安全的返回艙里。而完成使命的上升器和航天服等，將會被無奈舍棄，最終撞向月球表面。

第三步：返回地球

找準時間窗口后，推進艙將會強力工作，推動整個組合體擺脫月球引力的束縛，正式踏上返回地球的旅途。不過，38 萬千米的太空旅途并非一帆風順。只有理論設計的軌道是完美的，現實中的飛行軌道總會存在偏差。在飛行過程中，地面會嚴密監控這個偏差，在有必要時讓推進艙數次工作以修正軌道，才能確保組合體準時準確地抵達地球。

在抵達地球附近時，推進艙也完成了它的使命，將被舍棄，返回艙則輕裝上陣沖進地球。然而，稠密的大氣和強大的引力再次成了巨大的挑戰。返回艙是從遙遠的月球返回，在沖進地球大氣前，速度已經被提升到了地球的第二宇宙速度左右，即11.2 千米/ 秒。相比較之下，神舟飛船等返回地球時，僅需面臨第一宇宙速度（7.9 千米/ 秒）的挑戰。額外的速度，會造成大氣沖擊指數級提升，積累的熱量會嚴重威脅整個返回艙的安全。

一個有效的解決途徑就是打“太空水漂”，返回艙借助接觸大氣上層以產生足夠大的氣動力一躍而起，“緩一緩”再落下來，來回幾次，最終返回。因為空氣密度各處不同，沖進大氣的角度和姿態極難控制，每次沖進大氣都要保證不要超過返回艙的熱量和沖擊力忍耐極限，“打水漂”的次數和間隔要精準計算，最后的落點也要求是提前準備的降落區域。顯而易見，這一系列操作是極其復雜的、非常了不起的事情。

終于，“太空水漂”結束，返回艙一頭“扎進”大氣，開始了最后的旅途，其間通過氣動力和姿態控制牢牢保證飛船隔熱面直接面對大氣沖擊，將2000 多攝氏度的高溫隔絕在外。航天員能看到窗外的“火閃雷鳴”，飛船內部卻是舒適的20 多攝氏度。最后，引導傘、主傘等降落傘系統先后打開減速，讓飛船落到地面或海洋。由于這些區域一般是無人區，搜救隊伍要努力在第一時間找到航天員，把他們從密封的返回艙拯救出來。

再經過一段時間隔離之后，航天員才能真正面對大眾，成為人們心目中的英雄。而他們的榮譽背后，還有許多科技人員，他們也是默默無聞的英雄。