阿波罗计划登月舱 第1篇
1、R. BOYLAND, GRUMMAN AIRCRAFT ENGINEERING CORP., PROPULSION AND RCS ANALYSIS GROUP, BETHPAGE, 《Testing and analysis of the lunar module supercritical helium pressurization system》
2、廖少英著《运载火箭和航天器的超临界氦增压系统》
阿波罗计划登月舱 第2篇
在阿波罗登月计划实施的各次任务中，实际执行飞行任务且项目前缀编有“阿波罗”字样的试验任务有阿波罗一号（没有发射）、阿波罗四号、阿波罗五号、阿波罗六号、阿波罗七号、阿波罗八号、阿波罗九号、阿波罗十号，除此之外还有关于土星一号火箭、土星1B火箭、逃逸系统大约二十多次飞行试验及地面试验。
纵观阿波罗登月计划的数十次试验任务，可以说没有任何一次试验可以让登月舱以无人状态进行登月测试，其中关于登月舱试验的任务有：阿波罗五号、阿波罗九号、阿波罗十号。
执行近地飞行测试任务的阿波罗五号登月舱
阿波罗五号：登月舱进入近地轨道，首次无人驾驶飞行，旨在验证设计的正确性，以及登月舱的载人技术测试；
阿波罗九号：包含服务舱、指令舱、登月舱的阿波罗飞船完整构型在近地轨道进行载人测试；
执行近地飞行任务测试的阿波罗九号飞船
阿波罗十号：没有着陆月球，但相对完整的登月任务测试。
无法登月的阿波罗十号登月舱
阿波罗计划登月舱 第3篇
想要上天，先得造火箭。我们还得从V2火箭发明者，大名鼎鼎的科学家冯布劳恩说起。
科学无国界，醉心于火箭研发事业的火箭科学家冯布劳恩从走到末路的_德国投降美国之后继续投身火箭事业。移居美国后，美国对冯布劳恩可谓高度重视，直接就任当时NASA空间研究开发项目的主设计师。
在1958年的阿波罗计划的前身水星计划里，在大力神火箭的失败下，冯布劳恩成功的研制出红石号火箭并且将大猩猩送上太空。此后，在冯布劳恩改良下的大力神火箭将美国宇航员格伦送上太空，完成了第一个人类轨道飞行的壮举，水星计划取得成功。
伴随着水星计划的成功和阿波罗计划的新鲜出炉，冯布莱恩成了阿波罗登月计划的最佳大脑。但成为马歇尔航天中心主任的冯诺依曼有着大力神火箭失败历史，清醒的知道如果要推进运载三人的宇宙飞船，运载火箭一定要有无比巨大的推力，之前的大力神和红石号远远没法满足搭载航天飞船推进力的要求。
在这样的需求下，美国启动了全球最大规模的承包工程。
阿波罗计划登月舱 第4篇
与嫦娥奔月不同，人类真正的登月计划发生在20世纪，那就是美国航空航天局（NASA）的阿波罗计划。
这个登月计划的代号也有着神话色彩：阿波罗，古希腊神话中的太阳神。
虽然这次任务和月亮有关，但命名却借用了这位掌控阳光的神明，似乎在提醒人们，人类的探索欲望如同太阳一般，照亮了未知的宇宙。
阿波罗计划的具体构想是这样的：
首先发射一枚火箭，火箭中装载着一艘航天器——指挥和服务舱。它将带着宇航员绕月球飞行。而在这艘航天器的内部，还藏着一艘小型的航天器——登月舱，专门用于登陆月球。
指挥和服务舱不仅是宇航员的“生活区”，还储存着足够的燃料，用以支持他们完成整个登月任务。
当航天器接近月球时，登月舱会与指挥和服务舱分离，宇航员搭乘登月舱抵达月球表面。
而完成任务后，登月舱将带着宇航员返回月球轨道，与指挥和服务舱对接，然后再一同返回地球。
这个庞大的计划显然不是一蹴而就的。
每一个环节都需要无数次的测试和完善，确保万无一失之后，才能将宇航员送上月球。而在这其中，经历过的失败与成功同样是人类探索太空的宝贵篇章。
阿波罗计划登月舱 第5篇
每个推进剂罐通过泄压阀进行保护以防止超压，安全阀为260psi。
登陆后，由于温度升高导致贮箱内压力积聚，宇航员会打开泄压阀，燃料和氧化剂分开排放（想一想，为什么要分开，可以再联想到毒发上面级的钝化操作），超临界氦气最后排出，缓解贮箱压力积聚导致的不受控排气。
小时候，家里用的液化石油气罐（丙烷罐），遇到没气做不成饭的时候，用热水瓶加热罐体并摇晃，可以挤出一点气，救个急做个饭（有危险，不推荐）。She罐内的加热器带来的好处与之类似，整个工作结束之后，余氦少，仅有3公斤，利用率高。
另外采用加热氦气的方式增压，达到相同的增压压强却可以减少氦气的密度，减少了增压所需的介质总质量。这是阿波罗计划中，非常精妙的设计。
（三）氦的地面加注系统
由于低温氦具有极低的蒸发热和沸点温度，比其他所有低温剂都更低，保持液体和传输更为困难，因此，超临界氦增压系统需配备必须的地面专用加注设备。
地面辅助设备主要有液氦贮存和传输杜瓦瓶、调节装置系统、流体分配组件及控制装置。这些设备主要用来给火箭和航天器上超临界氦贮箱进行预冷、加注和达到超临界氦贮箱所要求的充填密度及贮存压力。液氦加注是在发射准备期间现场进行，因此这些设备都需要置于发射塔架平台上，绝热和结构体积、质量控制要求很高。
此外在超临界低温氦系统的试验、加注、飞行中，都需要计量有关压力、温度、流量等参数。由于液氦温度很低，采用一般的低温计量设备并不适用。必须有专用、适应液氦温度，用于火箭和航天器的压力、温度、流量的传感器。
五、漂亮的完成登月以及抢险任务
超临界氦气的贮存密度约为环境氦气的八倍，使贮存1kg氦气需要的系统结构质量仅为3kg，从而使增压系统的结构质量大为减轻。在登月舱下降级中采用超临界氦增压系统，与贮存同等可用氦气量的常温氦气贮存系统相比较，系统质量可减轻约160公斤以上，且与液氦相比不存在两相分离，安全性好。
由于She罐的出色设计，即便从到内的热量传递导致罐体压力增加（最大值约为每小时10psi），但超临界氦气依旧可以在整个任务范围内保持在安全的压力。阿波罗11、12、14～17均顺利完成任务。美国航宇学会液体火箭委员会在总结液体火箭发展概况、展望发展前景时，将超临界氦气贮存增压作为一项重大技术成就，并誉为一种技术革新。
即便没有登月的阿波罗13号，超临界氦增压系统的设计也可圈可点。阿波罗13号于美国中部时间1970年4月11日13:13发射，但登月服务舱的氧气罐由于电线短路爆炸了！
这里要说的是，由于服务舱的燃料电池因液氧泄漏无法供电，主发动机无法发动，作为唯一能够提供变轨动力的登月舱下降级发动机临危受命，负责进行弹道修正！发射后61小时29分43秒，登月舱下降级启动，进入了绕月返回地球的轨道，并通过后续两次中途修正和加速飞行，让三名宇航员平安返回。这可都是SHe罐体一次次挤出来的生还希望......
阿波罗11号12号都在登月的时候用氦气挤压推进剂实现了月球上的平稳着陆，因此破裂膜片（Burst Disk）也就坐了冷板凳。不过在阿波罗13号的发射过程中，居然用上了！LMDE在三次点火后，由于换热，超临界氦罐压力超标，在发射后108:54小时泄压，但并未发生意外。
那么大家也许会问，超临界氦技术性能出众，在阿波罗登月项目中是不是也用在其他地方？但回答是“NO”。对于工作时间更长的阿波罗服务舱、登月舱上升级，还是采用了高压环境温度氦气罐，原因是相比登月下降级发动机，其他两个发动机增压系统的待机时间要求更长，而对减重的需求并不是那么迫切。
六、马斯克在调教氦气上付出的惨痛教训
上述超临界氦技术，实质是氦的超临界压力比较低的特性，加注密度较高的液氦，让液氦在导热后膨胀达到超临界状态，杜绝液气两相状态，并采用有效的绝热，长时间保持超临界态氦的状态。对于LEO～GEO的发射行业，普遍的做法，是采用“方案二：低温气体高压贮存”，用厚重的钛合金罐体低温贮存，于满足几十分钟～数小时的任务需求，虽然此时氦也处于超临界态，但由于方法不同，效率不高，因此并没有被冠之超临界氦贮存技术。
不过在科技高度发达的今天，SpaceX剑走偏锋！ FALCON 9二级发动机的增压系统，采用了3个铝内衬的复合材料罐(Composite Overwrap Pressure Vessel ，COPV)贮存高压氦气，比钛合金贮罐轻巧而且便宜，贮存在预冷液氧（-207度）的低温环境，压力为惊人的5500psi（），380个大气压，达到较高的密度。因此COPV直径仅为60厘米，高米，数量也减少为3个，大幅减重。
发射后，高压氦气加热后输送到航天煤油和液氧贮罐中，以确保两个储罐的内部压力保持在恒定的50psi。
但这条路上布满荆棘，马斯克两度马失前蹄！
先是在2015年CRS-7发射过程中，在二级火箭的液氧箱内，固定氦气罐的支架由于强度不够折断，氦气罐在巨大的浮力下脱离原位并碰撞破损，泄露出的高压氦气进入液氧箱使其压力增大并最终导致火箭解体。
第二次是在2016年9月1日FALCON 9进行二级加注测试，按照测试计划，在模拟发射前分钟加注液氧，在发射前13分钟内加注氦气。他们把液氧预冷到接近液氧冰点（度）的-207度，密度增加了8%，但紧接着，当氦气挤压入COPV罐体时候，其中一个罐体发生了爆炸，２亿美元的AMOS 6卫星付之一炬，损失惨重。
SpaceX在一份声明中表示：“…the accumulation of oxygen between the COPV liner and overwrap in a void or a buckle in the liner, leading to ignition and the subsequent failure of the COPV…”氧气积聚在COPV衬里和外包覆物之间空隙中，导致点燃和随后COPV的失效。
细致的原因，官方一直没有给出。笔者分析，COPV碳纤维与铝内衬热膨胀率不一致，超冷的液氧导致两者分层产生空隙，液氧积聚在空隙中；高压温热的氦气挤压注入COPV之后，铝内衬膨胀挤压，缠绕压力贮箱的碳纤维被绷紧摩擦产生静电，与液氧反应引发爆炸。
后续SpaceX对发射倒计时序列进行了修改，目前连续发射成功。但NASA不久之前仍然表示，SpaceX如果进行载人发射，必须使用钛合金氦罐体。
七、征服低温氦，征途路漫漫
超临界氦贮存增压技术被大胆创新的科学家和工程师征服，但在登月项目结束之后，很长一段时间脱离了媒体的视线。好似屠龙剑法，没有用武之地，被束之高阁。但事实上对于低温氦的征程仍然路漫漫！
在太空天文观测探索中，冷却太空望远镜中的长波长红外传感器，都涉及使用超流体氦来实现低于2K的温度。其中第一个是红外天文卫星（IRAS，The Infrared Astronomy Satellite），1983年1月25日发射，是美国，英国和荷兰的联合项目，该任务的主要目的是在8至120微米的红外范围内进行全天空测量。
与大多数红外卫星一样，IRAS的寿命受到冷却系统的限制。为了有效地在红外区域工作，必须将望远镜冷却到低温。73公斤（161磅）的超流氦被装在540升杜瓦瓶中，通过不断的蒸发冷却，使望远镜的红外探测器温度保持在2 K（-271 °C ）。不过10个月后，氦供应消耗殆尽，望远镜温度升高，妨碍了进一步的观测，花费巨大的任务在1983年11月21日结束了。
然后是是_年的COBE（宇宙背景探测器，Cosmic Background Explorer），装载650升 K液氦，耗尽后，FIRAS和DIRBE仪器无法正常工作；2003年的斯皮策太空望远镜（Spitzer），2004年重力探测器B（GP-B）和2005年的X射线光谱仪（XRS），2009年宽视场红外测量探测器发射升空（WISE,Wide-field Infrared Survey Explorer）均因为液氦耗尽退服。XRS最惨，发射后19天液氦冷却剂蒸发，导致项目基本失败。目前低温液氦的技术还是没有特别大的进展。
阿波罗计划登月舱 第6篇
阿姆斯特朗驾驶月球着陆研究飞行器进行地面飞行测试
有人觉得这可能有点难为宇航员，但实际上航天器手控交会对接的难度要比手控航天器登月难得多，而航天器手控交会对接技术时至今日依旧是载人航天任务的标配能力，哪怕是像天舟这样的无人货运飞船，在与空间站对接时，航天员也必须在空间站内进行手控遥操作对接备份。
天舟货运飞船手控遥操作对接在轨试验任务画面
在任何时候，都不要低估人的作用，即便是现在，大多数人工智能技术其实都远远赶不上人类，何况是半个世纪前。阿波罗登月计划的难点是载人，但优势同样是载人。
阿波罗12号宇航员与勘测者3号探测器合影
半个世纪后的中国载人登月工程与阿波罗计划时代相比，技术条件有了很大的不同，这也为我们实施更为完整的登月测试奠定了基础。
阿波罗计划登月舱 第7篇
当年，主导阿波罗 11 号计划的美国火箭科学家当然知道这个巨大的差距意味着什么。他们清楚， 登月计划成功的关键，就在于能否找到更经济的方案。 他们把这种建造巨大的火箭，全凭携带更多燃料登月的方案起名为直飞方案（Direct）。把这种能以 6000 吨的重量起飞的超级火箭，叫做诺瓦（Nova）。别看直飞方案十分笨拙，但在项目决策的初期，却是深得政治家们的青睐的。大家可以想想看，当时的美国，正在与苏联进行近乎于疯狂的太空竞赛，数百米高的大火箭只要造出来戳在发射场上，即便是外行，也能从火箭的体型上看出谁强谁弱，这绝对是威慑苏联的神器呀。
然而，巨型火箭并不合火箭科学家们的心意，因为巨大的诺瓦必须采用五级火箭模式，这可不是增加几千吨燃料那么简单的事情，这无疑增加了火箭的安全性隐患。
于是，很快的，NASA 兰利研究中心的霍伯特博士就提出了更可行的月球轨道对接方案。霍伯特博士设想，飞船可以在到达月球环绕轨道之后分离成 2 个部分， 一个叫做服务舱的部分携带着返航的燃料，留在月球环绕轨道待命，另一个叫做登月舱的部分着陆到月球表面 。这样，登月舱就无需携带着返回地球的燃料飞来飞去了。它只要能够平稳降落并且能够把宇航员和矿石带回到月球环绕轨道上来就行。登月舱返回月球轨道之后，与等待在月球轨道上的服务舱对接，再一起返回地球。
这个方案后来还进行了一项优化，就是当登月舱与服务舱对接，宇航员回到服务仓中之后，把劳苦功高的登月舱也抛弃掉。这样我们就可以再少带不少燃料，轻装返程了。
就是这们一个看似简单的方案优化， 就直接让火箭的起飞重量从 6000 吨降低为 3000 吨 。现在，只需要一枚土星5号运载火箭就能胜任这次登月任务了。这个方案非常吸引人，所以在经过几次评估和论证之后，很快就确定下来，成为阿波罗 11 号实际采用的登月方式。