The first step on the moon | 飘上月球的不朽之船·落月星舟

上回说到，在经历了一系列波折之后，NASA终于下定决心采用月球轨道交会对接（LOR）的方案。

三种登月方式：直接往返、地球轨道交会和月球轨道交会。来源：NASA

但很快他们就不得不面对一个问题：阿波罗飞船的设计一开始是根本就没考虑登月舱模块的（Lunar Excursion Module，LM/LEM，下称LM），只有指令&服务舱（Command&Service Module，CSM）。

于是这群之前竞标指令舱&服务舱CSM失败的、嗅觉灵敏的资本家们很快就明白过来：

阿波罗飞船的订单大赛还没结束，有加时赛要打！

 确定登月舱模块的承包商

于是就在1962年7月，与上一集中NASA公开月球轨道交会对接（LOR）登月方式几乎同步，北美航空总裁就又找到NASA高层，希望能把登月舱的订单也给他。当然，显然的，法务部门不是吃素的——你这样子开后门，是看不起我们咯！所以在【奥义·审判长之怒】的威压下，NASA在7月25日开始公开对登月舱LM进行招投标，而招标吹风会就在一周后的8月2日进行。而就在前一天的8月1日，阿波罗飞船部门重新组合，新增了登月舱系统部门，其负责人是威廉姆·雷克多（William Rector）。

雷克多团队即使在登月舱系统部门成立之后也在不断地优化登月舱的设计方案，提出了“通用性”的原则，以尽可能利用已有的或者在别的模块中（例如指令舱&服务舱CSM）将要使用的技术来缩短研制时间。

时间的紧张还可以从这次的招标的流程看出来。仅仅五周之后，9月5日招标就截止了。通过初审的11家公司中，有9家投递了标书，没投递的一家是麦克唐纳，另一家就是北美航空。（大 快 人 心）

比资本家效率更高的是NASA考察团。仅仅花了三周，9月28日，考察团就完成了对承包商的审查，并在之后的9天内分别在9家公司开展了一日游考察活动，以判断技术资质。10月初，考察团完成了考察，回去向高层复命去了。载人飞行部部长霍姆斯听取了汇报之后，表示最好半个月就定下承包商，而实际上因为这些公司的技术实力都很接近，最后考察团还是花了3周时间仔细审核，踩着10月的尾巴将承包商确定了下来。

11月7日，NASA正式宣布承包商——位于贝斯佩奇的格鲁曼公司获得了登月舱LM的订单。雷克多在发言中表示，格鲁曼公司不仅在工程设计方面成绩上佳，而且其厂房条件也很好，还有个超净室可以用于组装与测试。

在确定了承包商之后，雷克多很快与指令&服务舱CSM系统负责人托马斯·马克雷（Thomas Markley）一道前往北美航空公司，协调登月舱的具体事宜，包括格鲁曼公司与北美航空的合作，登月舱LM的放置方法，以及对接系统。

而此时登月舱LM的子系统设计也在如火如荼地展开，包括推进系统、导航控制、姿态控制、电力供给以及仪器设施等一系列细节。这也是对初始设计方案的不断优化与调整的过程。

1962年的最后一周，大量设计上的问题被仔细检查，最要紧的问题包括了对接机构、着陆雷达（以及它的布置位置）的设计要求，电力供给以及温度控制等系统问题，着陆与上升的轨道规划（还包括了下降时遇险脱离的轨道设计），资金预算，月壤层厚度（直接决定着陆器的登陆支架怎么设计），下降级引擎功率减少时的爆震问题，以及这些因素对于登月舱LM的整体设计和着陆区域选址的影响。

同样的，由于这项任务是在月球完成，而且十分复杂，因此模拟宇航员以及航天器在月球环境的状态十分重要。一般有3种方式模拟：

1）地面模拟器。这种模拟方式是最常规的，做一个地面模型有助于宇航员熟悉航天器的操控，一如“水星”飞船与“双子星”飞船一样，指令舱&服务舱CSM以及登月舱LM同样有这样的模拟器。

2）系留式模拟器。利用一个巨大的A型支架以及各种各样的钩钩挂挂将模拟器侧吊起来，同时宇航员也需要侧着身子，让宇航员的站立方向上的重力分量为1/6 g，也能起到一个比较合适的模拟状态。

3）自由式模拟器。它是一台单人操控飞行器，其的底部有一个发动机能够产生推力抵消部分地球重力达到1/6 g，这个飞行器能够在一定范围内自由飞行，宇航员也能够得到最接近于实战的演练。因此这个装置又称为“月球着陆研究装置”（lunar landing research vehicle），由贝尔航空航天公司研制。这台装置同样因为其怪异的外形而得到诨号“飞行床板”，并以其难以操控而知名，甚至连阿姆斯特朗都把它开坠毁了——还好有弹射座椅。

这个看起来像脚手架拼起来的东西就是登月模拟器。来源：NASA

当然这是题外话，我们回到登月舱LM的工作中来。

 登月舱的设计

自1962年11月19日起，也就是合同正式签署生效的当天，NASA就与格鲁曼公司就登月舱部分开展了紧密的对接工作。而此前NASA就是先自己设计自己的，格鲁曼公司对此登月舱LM怎么做基本是一无所知。所以也就是19日当天，格鲁曼派了80余名工程师前往休斯顿，这个代表团分为了多个小组以负责不同子系统的制造工作。对接内容包括了敲定合同细节、确认子项目、确定技术路线以及核定工作安排。以及为了赶时间的需要，双方还确定了样机的数量以及结构，这样就不需要做一堆完全体，只需要在不同方面侧重即可。

这个会开了一个多月，直到格鲁曼公司的工程师们散会，赶最后一班航班回家过圣诞也没开完，有些细节还是没有确认。一直到1963年1月14日，格鲁曼公司才算正式开工，而第一波3.88亿美刀预算的最终确定还得等到3月份。不过虽然预算确定得慢了点，格鲁曼公司还是在1963年的第一个季度设计了登月舱LM的外形。

登月舱LM1:8的缩比模型，你看这登月舱它又大又圆。来源：NASA

在第一个模样出来之后，格鲁曼跟NASA的工作重点就是如何把它做出来，并在此后进一步优化。格鲁曼公司大约有400余名工程师加入了登月舱LM的制造中，从贝斯佩奇到休斯顿，一种紧张的氛围洋溢其间。而比预计的6-9个月要晚，第一个样机姗姗来迟。原因则是甲方又提出了新的需求，比如要能应对微陨石、辐射等月球特殊环境。

我们知道，“阿波罗”计划的登月舱LM不是一体的，它分为上下两个部分：

• 下部的“下降段”（Descent Stage）负责为登月舱从月球轨道降落到月球表面的过程中提供动力，在月球表面为上面的部分提供支撑，也得保证宇航员能从上面的部分下来；

  

  下降段的结构。来源：NASA

  
  

• 上部的“上升段”（Ascent Stage）负责月面作业完毕后，与下面的部分分离，带着两名宇航员离开月球并安全返回至在月球轨道上待命的飞船上，当然必要的对接系统、生命保障系统、通讯系统也是少不了的。

  

• 上升段的结构。来源：NASA

也就是说，登月舱LM具有两套动力系统，不过下降段的发动机是可变推力的，而上升段则是恒定推力的。

综合考虑到S-IVB级与阿波罗飞船部分级间段尺寸的限制、发动机需要有高可靠性，以及最好能省去保温设计以降低重量等因素，登月舱使用的燃料为混肼50-四氧化二氮——没错，就是被人们广为吐槽的“毒发”（剧毒发动机）。不过反正月球上都这么不适合生存了，多投点毒也不算什么。

1963年4月中旬，格鲁曼公司的工程师们就开始了登月舱LM的具体设计工作，包括整体结构、外观设计，连接节点设计，燃料箱以及仪器布置，还有舱门该开在哪里等等。很快他们就设计出了一种十字形的框架承力结构，在土星五号的S-IC级我们就介绍了其底座有个十字梁，能够承受较大的压力。而这里则有4个十字梁，显然更加稳固。这个承力结构还可以看成五个方框的组合，中间的一个方框装上了下降段的主发动机，而四个储罐（两个氧化剂罐两个燃料罐）分列四周，一框一个。由于氧化剂的密度比燃料要重，因此为了配平选取一边一个的形式。主发动机旁边的一点地方还能装点小燃料罐给燃料电池供能。十字框共有16个顶点，就可以作出一个正八边形柱，这又会多出4个小角落，在这些地方还能放下氦气罐、水箱、仪器、天线等零碎的东西。同时还可以在框架的四端放上登陆支架。真可谓是“麻雀虽小五脏俱全”，格鲁曼工程师们带着镣铐跳舞的能力还是比较一流的，不愧是老牌飞机制造商。

登月舱LM底部视图，可见燃料罐。来源：NASA

4月底到5月初，马歇尔太空飞行中心（MSFC）的工作人员将土星五号的近月球轨道运力从40.8吨提升到了44.2吨（背后估计少不了火箭工程师骂街的声音），但这下可算是给登月舱LM松松绑了——LM的总重量限制瞬间从9吨上浮到12.7-13.6吨。有了更富裕的质量，就能带更多的燃料，就能带更大的燃料罐，就能把体积再放大点，就能带更多的东西去月球了。

在格鲁曼出品的第一台模型中，工程师们将登月舱的视窗设计成类似直升机驾驶舱的样子，以获得最好的视野面积。但航空跟航天的要求是两回事，虽然NASA也很希望玻璃能做大，但环境控制系统的工作能力是有限的——大面积的玻璃与周边的支撑结构会让局部温度难以保持均衡，玻璃的面积与数量都尽可能少，同时还不能过多地影响视野。在这种标准甲方的要求下，格鲁曼公司的工程师不得不一次次进行艰难的修改——改的不仅是视窗，还有放置视窗的地方，于是外壳的形状也跟着得改，圆润的外壳逐渐变得棱角分明。相比于指令&服务舱CSM以及土星五号的优美外形，登月舱LM实在是长得过于难看，但这不要紧，反正月球没大气，不需要考虑气动问题，只要能保证不让飞船失控就行。

LM的外形变迁史。来源：NASA

跟着外形一起改的还有窗户，原来的四扇大窗变成了两扇小窗，视窗的总面积减少为原来的1/10，而视野居然还没有受到太多的影响。

5月底，NASA组织人手前往格鲁曼开展阶段性考核，内容包括焊接标准、金属加工技术、极端环境与纯氧环境（那个时候还没意识到其潜在危险）下密封剂的功能等等。不过让人惊异的是，登月舱LM居然有一部分是用铆接工艺制作的，而且居然氧气的泄漏率也很低。虽然MSC对这种创新表示了一定的赞赏，但还是派了专家组介绍了全焊接方式的好处，并且指出了铆接工艺的可能的问题。不过在LM上，这两种工艺并存的状况几乎是不可避免的，因为部分棱角分明的结构让焊接变得比较困难，铆接反而是一个比较不错的选择。

作为美国人制造过的最大的载人飞船之一，阿波罗的登月舱LM坐拥4.2米的直径，7米的全高（上升段3.75米，下降段3.25米），其内部的容积达到了60立方米——当然很大一部分匀给了燃料，实际上分配给宇航员的容积也就4.5立方米。不过饶是如此，两名宇航员还是能在里头有比较自如的活动空间，甚至还能在里头小憩一会儿。

不过这样睡觉真的舒服吗？来源：NASA

不过睡觉舒不舒服得宇航员说了算，不仅如此，这个登月舱LM到底能不能完成登月任务，宇航员在操作过程中会不会阻挡视野，回家的时候能不能顺利跟指令&服务舱CSM对接上，这也是宇航员们最关心的问题——毕竟，宇航员也是登月舱LM的“子系统”之一呀。

 宇航员参与设计

于是，贝斯佩奇的工厂里头多了3位稀客——他们分别是斯科特·卡彭特（Scott Carpenter）、查尔斯·康拉德（Charles Conrad）以及唐·埃斯利（Donn F. Eisele）。

这三位仁兄都是宇航员，卡彭特先生是著名的“水星七子”之一，他在“曙光7号”飞船上完成了美国宇航员的第二次绕地球飞行任务，算是功勋宇航员，后来此公还参加过NASA的深海空间站任务，可算是“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”的男人了；

康拉德先生执行了“双子星11号”任务，同时也是当年“水星”计划的后备人员，不过他最后还是在“阿波罗12号”任务中成为了第三个登上月球的人，甚至还发表了这么一段感言：“这也许对尼尔来说是一小步，但对我来说却是一大步呢！”；

埃斯利先生的履历被前两位的光芒遮盖了不少——他“仅仅”参加了“阿波罗7号”的任务，同时也是“阿波罗10”号的后备人选。此前，他在1966年入选了“阿波罗1号”的首发名单，但因为两次肩膀脱臼，不得不暂时退出，后来的事情大家也都知道了，祸兮福所倚，有些事情就是这么难以预料。

这些宇航员们经常被雷克多叫去工厂现场体验使用登月舱LM，并且要求他们反馈用户体验。不仅如此，雷克多还希望来体验的宇航员越多越好。正如他所言：“他们得是一份子，因为他们要开这玩意儿。”

宇航员、工程师、科学家们一起通力合作，将载人航天器不断优化。

在这些宇航员中，康拉德是最负责任的，他对于飞船控制、开关位置、观察视野等方面提出了很多建议，雷克多也颇为倚重他。不仅NASA信任他，格鲁曼的工程师们也很支持他，康拉德以他多年的飞行经验提出的冷光照明方案很快被采用，取代了常规的灯泡，并用在了登月舱LM上面。这一创新可以让宇航员在外部照明不足的情况下，依旧能看清仪器仪表的示数以及开关状态，同时也更加节能，更加安全。

康拉德专业的眼光在格鲁曼的工程师中间树立了威信。登月舱LM在设计中还有一个问题是——要不要椅子？加了这个东西以后，不仅死沉，还得给腿留个空间，那还要椅子干什么？不过工程师不好做打算，毕竟宇航员也没有试过站着开飞船。于是他们又找到了康拉德，征询他的看法。康拉德在听取了工程师们介绍了站立方案的优点之后表示赞同，评价“这就是跟在电车上站着一个道理，我们可以更靠近仪表而不会被腿挡住，而且我们更靠近窗户，视野也更大了。”

1964年，NASA确认LM中的宇航员将全程站立。来源：NASA

 支架的改进

1963年期间，格鲁曼公司的工程师们不仅在为上升段奔忙，下降段也在不断地进行修改。之前我们讲到的四条腿的底座还是后来修改的版本。在一开始的版本中，下降段长着五条腿。但很快，这五条腿就去掉了一条——原因就是这十字架状的承力结构，四个端面正好可以放下四条登陆支架。

四条腿的另一个好处就是姿态控制发动机也是四组（分别控制着平面上互相垂直的四个方向），只需要将把姿态控制发动机装在腿之间的空间，这个控制就很稳当了，而且也不会产生过多的干扰。

不过，少了一条腿就意味着压强会增大，NASA对月壤到底能承受多少的压强是有着很大怀疑的——毕竟直到1966年，苏联的月球9号和美国的勘测者1号才先后成功软着陆于月球表面，证实了月球表面还是能承受一艘小飞船的（月球9号着陆质量99公斤，探测者1号着陆质量293公斤）。

月球9号、勘测者1号以及它们拍摄的月球表面照片。来源：NASA

但阿波罗11号的最终着陆质量有将近5吨啊！要是承受不住压力，让飞船陷下去，那就很可怕了。腿数不够面积来凑，登陆支架的“脚盘”——真的是一个盘子，其直径从原来的22厘米暴增到91厘米，这下看起来就稳多了，不过这么大的脚盘显然得用可伸缩的着陆支架才能收束到S-IV与指令&服务舱CSM的级间段中，但这不是问题。

在级间段中收束的LM。来源：NASA

另一方面，由于“阿波罗”计划不仅仅是政治任务，更是科研任务，因此需要在月球各种各样的地形地貌上登陆以尽可能地获取科研点好点出接下去的组件以尽可能地对月球有全方位的认识。这些地貌包括了月球上的丘陵、山谷、小撞击坑以及斜坡，而这些地貌的表面环境是不一样的，登陆支架必须要能够适应这些不同环境下造成的不同程度的冲击。很快格鲁曼公司的工程师们就设计了一种蜂窝状的减震材料，并把它安装在登陆支架上。这个材料的特点是设计很简单，很可靠，但缺点是形变后不可恢复——不过登月舱LM就一次登陆完事儿了，一次性的东西不用白不用。

下降段麻烦的地方不只是登陆支架，还有发动机。

 一一搞定发动机

格鲁曼公司造飞机造得好，不代表火箭发动机也能造得好。所以在1963年1月开工之后，公司高层很快就把一些零部件分包给了其它公司。这个操作很正常，分包一些活给更加厉害的公司不仅可以保证任务的顺利推进，也可以让这些公司也在阿波罗的大项目中分一杯羹，你好我好大家好。登月舱LM上有足足18台发动机，听起来很多，但实际上主发动机也就两台，就是前面说的上升段一台下降段一台，剩下是4组姿态控制发动机，装在上升段的外表面，位于前面所说的四根着陆支架之间，每组发动机又有上下左右4台发动机，因此总共有4×4=16台。

这些发动机的制造商还各不相同：上升段的发动机交给了贝尔航空航天公司，就是造了前面说的飞行床板的那一家；下降段的发动机交给了洛克达因公司，恭喜这家公司成功实现了各种主流燃料发动机同时开工的大满贯成就；姿态控制发动机交给了马夸特公司完成。

不过正如“土星五号”发动机的研究之路一般，登月舱上的发动机也磕磕绊绊。

下降段发动机面临的挑战最大。前面我们讲到，下降段发动机的推力是可调的，因为落月的时候需要比较精细的操作，但在此之前可变推力发动机还是一个新生事物——上一台可变推力的发动机还是RL-10，也就比LM发动机的研究提前了几个月，特别是这个东西要用在载人航天器上的时候。不过这点问题难不倒洛克达因的工程师们——你要推力可调，很简单啊，我只要往里面加一些氦气这种惰性气体，降低反应物浓度就行了。尽管这个方案看起来确实很好，但MSC方面还是表示，这种东西大家都是头一次搞，要不多整两家公司集思广益一下，或许还有更好的方案。

于是同年3月，一个招标会召开了，只不过这次给钱的不是NASA，是格鲁曼。来投标的公司包括了阿罗杰特公司、西奥科尔公司、联合航空制造公司以及太空技术实验室公司。在五月，太空技术实验室公司（Space Technology Laboratories, Inc.，STL）中标。STL的工程师们提出了一个利用阀门调控调节燃料在管路中的压力与流速从而调节推力大小的方案，就跟在家洗澡用水龙头一样。

这两份截然不同的方案呈到了雷克多的案头之后，这位LM总负责人却犹豫了：“为什么会这样呢…明明是两个不同的方案，设计得都很好…我却不能全都要。”此时别的发动机承包商早已完全确认，火箭发动机领域就剩下这最后的一块蛋糕了，STL跟洛克达因自然谁也不服输，两家白热化的竞争一直持续到了1964年底。

什么？1964年了？感到时间拖得有点久的谢伊在11月份跟菲利普将军建议组建一个专家组，包括了来自格鲁曼公司、马歇尔太空飞行中心、刘易斯研究中心、NASA高层以及空军的代表，大家一起确定该选谁。将军点头了之后，专家组在1964年的12月7日起花了一周时间分别考察了两家公司，谁知考察结果连专家组也开始纠结了——这两个方案确实难以选择。

再也等不下去的格鲁曼公司在1965年的1月5日打算选择洛克达因，而MSC觉得不妥，又成立了5名推进系统专家组成的小组，根据两家公司提供的技术，前一年专家组的报告以及格鲁曼公司的推荐理由进行了综合评判。在1月18日，专家小组报告出炉，结果令人大跌眼镜——推翻了格鲁曼公司的推荐，建议选择太空技术实验室公司STL。而理由则是：STL能够提供更多的富余资源，以及更好的管理能力，因为它没有太多别的类似项目掣肘…不让洛克达因去做下降段的引擎对“双子星”任务以及“阿波罗”任务有着潜在的好处。

这个结论非比寻常，因为NASA基本不会对外包公司的选择有过多的干涉，但这次显然是得到了高层授意的，毕竟要从大局出发，保证项目整体效果是第一位的。不过洛克达因公司也没什么太大的损失——后来它跟贝尔公司一起开发上升段的发动机去了。

下降段发动机的选择纠结了很久，而上升段发动机的选择就相对顺利。既然上面级已经是定推力的毒发，那看看有没有现成的产品，选上去就行了。很显然，“阿金纳”上面级的发动机是一个很好的选择——“阿金纳”上面级的研究已经相当成熟，而且它也使用毒发。格鲁曼直接找到了制造“阿金纳”的贝尔航空航天公司，而且特别提出要“相当可靠”（嗯，从NASA上学来的），因为上升段不仅仅要负责把宇航员给送回月球轨道，还要负责在落月的时候一旦出什么毛病，立刻终止任务，抛弃下降段逃回家。

饶是如此，上升段的发动机在研制过程中还是遇到了一些波折——比如启动以及运行问题。在宇航员完成月面任务后，上升段就要带着他们回家，下降段作为发射支架。但考虑到上升段是直接“坐”在下降段上的 ，因此在点火的时候势必会出现“受限点火”的情况。“受限点火”这个词在原文表述为"FITH"，其全称则是我们都很熟悉的——“Fire in the hole”。这个词很贴切，因为上升段发动机底下就是下降段发动机，留出的来的空间也就算是一个小洞。不少工程师在担心点火瞬间“受限点火”的问题会导致一个不小的震爆，甚至掀翻上升段。此外还有发动机推力室工作时内部材料的侵蚀问题——这可能会导致推力室无法 正常工作。这种问题一直挥之不去，不仅如此，此后在1965年洛克达因公司因为喷注器问题险些被逐出上升段发动机的开发工作，最后甚至直到阿波罗飞船正式发射之前才完全解决。

最后就是姿态控制发动机。这种发动机虽然小，但也是系统中很重要的一部分，因为航天器的姿态调整还是需要它来进行辅助的。在这里，其燃料也是四氧化二氮/混肼50的体系。不过这个发动机的燃料使用量较少，因此放置的地方可以宽限一点，不像主燃料罐那样还需要过多的考虑配平问题。NASA原本希望能够让登月舱LM的姿态控制发动机跟指令&服务舱CSM的通用，但由于登月舱LM比较特殊的使用环境以及设计约束，也没办法搞通用化，为此NASA在背后抱怨了很久。

而很不幸的是，1964年上半年的测试中，姿态控制发动机在点火时发生了一系列的烧穿、回火等事故，一度让格鲁曼公司打算采用备用方案，最后还是被NASA劝止了，马夸特公司最后还是设计了一个预燃室才算解决了这个问题。

 供电、控制、通讯、雷达、生保…

NASA有劝格鲁曼不换方案的时候，也有支持格鲁曼换方案的时候。“阿波罗”飞船没有太多的地方装太阳能板，所有的电能都是来自电池。一般在这种时间不长，但能耗较高且对体积有限制的任务中，燃料电池显然是个更好的选择。普惠公司在氢氧燃料电池领域还是很有建树的，因此它被选择为飞船系统提供电力来源，不仅包括登月舱LM，也包括指令&服务舱CSM。电能对于登月舱LM而言至关重要，所有的系统全得指望它。但1963年7月被指定为燃料电池供货商之后，普惠也碰到了问题——首先是需要多少个电池。这个问题想要解决，就必须要先让别的子系统核算能耗。这件事一直拖到了1964年3月才得到答案——3组电池，配合5组电池燃料罐即可，但同年夏天又发生了一系列“技术问题”导致燃料电池的交付一再拖延。格鲁曼公司合计了一下电池可能会拖到一年以后，就去找NASA商议要不要换方案，而NASA也同意了。虽然很遗憾，但登月舱LM的电力来源在1965年2月26日还是被更换为银锌电池组——这种结构简单但是一次性的产品还是找到了它的用武之地。

飞船的控制与通讯部分也很重要，格鲁曼公司一开始选择了航空航天通信公司以及美国无线电公司（RCA）来负责控制部分，柯林斯无线电与摩托罗拉公司则负责了通讯模块，其中美国无线电公司负责的部分更多。但控制系统碰到的问题跟电力系统一样样的，那就是控制系统得等别的子系统方案确定后才能着手安排。格鲁曼公司为了赶时间也不得不向RCA分批购买控制系统的子部件，但这样子也导致了LM不得不反反复复拆装好几次来适配新的材料，这样又导致了交付进度的推迟。不仅控制系统进度缓慢，雷达也碰到了大问题。

登月舱LM有两套雷达系统，一套是对接雷达，一套是着陆雷达。这个雷达系统不仅找不到合适的地方放，技术上也是难点多多，直到1964年底，谢伊在备忘录这么总结道：“雷达部分在重量、精度、稳定度。热特性以及预算上都是问题。”一句话，浑身毛病。既然浑身毛病，那么何不放弃对接雷达？NASA的大佬们很快开了一场会，讨论需不需要去掉对接雷达这种东西。大部分人支持去掉对接雷达，因为现有的技术还可以用，而且指令舱里面还有个人。对接的任务完全可以交给指令舱留守的宇航员进行，需要的各种数据完全可以根据光学跟踪通过载人飞行网络中的S波段-甚高频（VHF）波段来发送。尽管最终并没有去掉雷达，但光学跟踪对接的研究依旧得到了开展。

除此之外还包括了飞船的生命保障系统以及电视系统等等模块，但这些模块进展顺利，在此也不予赘述。

 逐渐成型

尽管各种方面的进展不一，但格鲁曼公司还是在1963年9月拿出了一个1:1的木头模型“M-1”，尽管还有相当多的部件没装上去，但至少可以拿来给宇航员就内部仪器的摆放提提意见。又过了半年，1964年3月，第二个1:1模型“TM-1”面世，也是木头做的。不过这个模型的用处相对就更多一些，宇航员可以在里面做一些简单的操作，比如穿脱宇航服，整理背包，检查一下宇航服，以及上下飞船。

在上下飞船的过程中，宇航员表示原先的绳梯设计简直就是反人类，在地面上已经够累的了，更何况是穿着厚重的宇航服在月球上干这事儿。听取了意见的格鲁曼工程师们很快就把它改成了金属梯。

原始的绳梯设计，宇航员表示情绪稳定。来源：NASA

改进后的金属梯安装在一条登陆支架上。来源：NASA

又过了半年，在1964年的10月2日，格鲁曼公司发布了最重要的一个模型版本“M-5”，这个模型的完成度已经相当高了，里面不少组件已经是打算用在实际飞行上的。这次前来参观的大佬就多了，不仅有NASA的，还有北美航空这个做指令&服务舱CSM的。“对于推销员而言，这是一个不错的产品，但实际上不怎么样。”一位不愿意透露姓名的北美航空工程师如是说，“格鲁曼公司得知道一个模型应该看起来像什么。”比起看热闹的北美航空，NASA的验收小组才不在乎它长得怎么样。验收小组针对模型的电气布线、管路、飞行控制、仪器仪表、雷达、推进系统（包括了全套18个发动机）通讯系统、主体结构、着陆支架以及科学载荷的布局共148个项目在10月5日至6日开展了为期两天的仔细检查，检查报告在10月8号出炉，共有120个项目需要进一步提升，不过基本对大方向的设计没有过多的影响。

时间就这么到了1965年，新的一些改动又被提出来了。考虑到下降段的发动机会几乎挨着地面，要是在这么近的距离上喷射高温气体，可能会烧坏喷管，同时乱飞的碎屑也会对上升段造成一定的影响。因此若干根1.5米长的软性探杆就安装在了脚盘上，一旦探杆碰到地面了，宇航员就要让发动机停机。

下降段脚盘上的探杆示意图。来源：NASA

同样的改动发生在了对接上。1965年导航与控制部门正式建议改用光学跟踪（实际上就是在登月舱LM周围加一圈闪烁的灯，以及在指令舱脑袋上加一盏氙气大灯），以及VHF波段通信来互相确认方位。这个改动能节省40公斤质量以及三千万美金，属实诱人，但NASA依旧在犹豫到底要不要放弃雷达方案。毕竟雷达的数据是非常直观的，而光学跟踪以及地面引导的数据则相对不那么精确。最后在8月份，NASA开展了“对接系统奥林匹克竞赛”，指定了AC电子公司设计制造光学追踪对接系统，而对接雷达依旧由RCA负责。规则很简单，在1966年春天前，要是雷达能按照要求做出来，就选雷达；光学追踪先做出来，就选光学；都做不出来…那就延期吧。

而“光学”与“雷达”之争其实只是更大的“登月舱LM瘦身竞赛”的一个缩影。随着登月舱LM体型在不断的修改中迅速地增长，很快13.6吨的预算也不够用了。

1963年5月，谢伊向火箭系统求援，希望能够把登月舱的质量（包括人与科学仪器）限制放宽到14.85吨。但火箭工程师们累了，再也不爱了，他们在8月回信：还想上天，就自己想办法减重吧。

格鲁曼公司不得已，让工程师Thomas J. Kelly领衔SWIP团队（Super Weight Improvement Program）来负责给登月舱LM瘦身。SWIP团队真是临危受命——接活的时候，登月舱LM已经设计完了95%，所以他们不得不艰难地找地方抠重量，一如他们在F-111B战斗机上做的一样。

同时格鲁曼公司还成立了“Scape”团队，希望能从结构上去掉一些不必要的内容。两个团队精打细算、一直奋战到1965年底，终于砍掉了总共1.1吨的质量，最显著的地方体现在隔热上，金箔隔热层取代了原先的铝箔隔热层，一下子节省了约50千克。

为了保持进度，格鲁曼公司还自1965年起开展了登月舱LM的测试工作。按照NASA原定的飞行规划，登月舱LM将搭载在土星-1B运载火箭的SA-206任务上。前面的任务分别是SA-201，SA-202，SA-204，SA-205，都将搭载CSM的block-1型，而后面的SA-207则搭载了减重后的block-2型CSM，可谓是时间紧任务重。SA-207据信将在1967年7月进行，那么按照提前3个月算，第一台用于飞行测试的LM-1需要在1967年4月送上天。

但格鲁曼公司的进度显然要比想象中的慢。特别在地面测试中，登月舱LM的地面支持系统（GSE）简直是不忍直视，这为LM到底能不能按时完成这一问题又增添了变数。同样不得不修改的还有电子系统，特别是应急系统还经历了一次重构。看到格鲁曼在1965年仿佛吃错了药一般，从雷克多手中接棒，新上任的登月舱系统部门主任韦恩·杨（R. Wayne Young）下了死命令：能用的继续用着，没事就不要改设计了。

同样让人感到担心的不仅是未完成的任务，还有疯涨的开支——1964年，格鲁曼公司花了1.35亿美元，而在1966年，其申请的预算上涨到了3.5亿美元。坐不住的NASA在1965年4月份又跟格鲁曼公司高层促膝长谈了很久，要求其在最后一个季度到来前，只能花7800万美元，想要拨款恢复正常，得在这之前把该做的都做好。

失控的进度，疯涨的预算，过多的外包公司…这些可怕的事情正在一个接一个地锤击着每个人的心。在这样不安的气氛中，1966年来到了。

在1966年2月，菲利普中将向谢伊对登月舱LM的进度表达了不满，他表示“LM的推进系统在白沙的测试延期了（1965年4月开展），地面测试的结果又不好，我很为最终验收以及发射感到着急啊！”会意的谢伊很快就联系格鲁曼，要求他们立刻多加人手，每个礼拜建议工作56小时来保证进度。（看啊，就算是这么紧张的时刻，美国人居然还只是增加每周工时到56小时！）

不过谢伊先生虽然不满，但帮忙还是要帮的，毕竟进度要紧。于是他建议格鲁曼向通用电气等其他公司求援制造GSE。很快随着各种内外力量的加入，GSE的进展有了起色。

又有一个好消息传来了：当年6月，“对接系统奥林匹克竞赛”终于有了结果，RCA终于制作出了符合要求的对接雷达，按照规定，雷达成为了对接系统的标配。虽然雷达要重那么一点，不过得益于此前大刀阔斧的瘦身，这点重量的增加反而成为了次要的考量因素。这1400万美元花得是真值。

这些好消息预示着格鲁曼公司的瓶颈似乎过去了。在1966年，格鲁曼公司测试了LM-1与LM-2，而LM-3到LM-7正在紧张地装配中。按照预定计划，若想在1967年4月发射LM-1，则需要在1967年2月将其送到卡角。

时间不够了，这个目标似乎完不成了。

然而，1967年1月（阿波罗1号）的那场大火又改变了一切（但只是指令舱着了，AS-204号火箭没事）。NASA不得不把大量精力投入到事故调查中，因此主动延后了各种项目的安排。最终，LM-1在同年6月23日才送达卡角，而执行飞行任务的，还是那条奇特的“怀孕彩虹鱼”。

运抵肯尼迪航天中心的LM-1。来源：NASA

正在吊装中的LM-1。来源：NASA

而这个LM-1，最终装在了AS-204号土星-1B火箭上。这个该死的代号是那么的让人不愿回忆，因为这上面承载着的，是3名勇士的灵魂。

在火箭上经历了多种多样的测试之后，所有的手续都办完了。在1968年的头几天，由局长詹姆斯韦伯签署文件，AS-204任务将在“不早于1月18号发射”。

 阿波罗5号

1968年1月22日，在延期了若干小时以排除系统故障后，追随着最后一抹阳光，LM-1，不，此时它的名字叫“阿波罗5号”，飞向了天际。

“阿波罗5号”的发射瞬间。来源：NASA

10分钟后，S-IVB带着“阿波罗5号”进入轨道。

又过了45分钟，S-IVB与“阿波罗5号”分离。

在充分检查了飞行器状态之后，地面控制中心让下降段发动机工作38秒，而仅仅工作了4秒钟之后，机载导航系统察觉速度增量不够而停止了发动机的工作。但这个结果在预料之中，在载人登月的过程中，碰到了这样的情况，宇航员需要花一点时间自行决定是重启发动机还是终止任务。在正常状态下，这样的速度增量可在4秒内完成，但这次人为地减少了燃料流量，因此需要6秒。导航系统的反应恰恰证明了其可靠性。

之后，地面控制中心又下达指令让下降段发动机工作两次，每次33秒；此后进行了两次上升段发动机的点火试验，其中一次是“受限点火”用以模拟分离。

测试取得了圆满成功。

此后格鲁曼公司还继续对登月舱LM进行了各种各样的调整，不过都是微调，特别是在减重方面，比起1965年大刀阔斧的1.1吨，1968年的减重要求只有22千克，也就是维持在一个不继续长胖的状态上面。实际上，不同的任务中登月舱LM的体重变化幅度都比这22千克要来的大。

  结 语

相比于火箭而言，飞船系统的复杂度更大。

另一方面，重量的限制也让飞船工程师们的设计工作变得异常艰难。

但也正是这份艰难，才能折射出这份事业的伟大——“看似寻常最奇崛，成如容易却艰辛。”

落月的飞船准备好了，那么飞向月球的飞船又有什么样的故事呢？

我们下集再见。

/文：天才琪露诺

/编辑：haibaraemily

  参 考

[1] NASA | Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft

https://history.nasa.gov/SP-4205/contents.html

[2] SATURN | ILLUSTRATED CHRONOLOGY - Saturn's First Eleven Years: April 1957 through April 1968   https://history.nasa.gov/MHR-5/contents.htm

[3] NASA | NASA Apollo Command Module News Reference

https://history.nasa.gov/alsj/CSMNewsRef-Boothman.html