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关于阿波罗8号的任务过程
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关于阿波罗8号 任务过程
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关于阿波罗8号的任务过程：
发射和月球转移轨道射入
阿波罗8号发射于日早晨7点51分00秒（东部标准时间）。除了几个小问题，整个发射过程几乎是完美的。S-IC第一级推进器的表现比预计低了0.75%，使其燃烧时间比计划中延长了2.45秒。在第二级火箭燃烧即将结束时，火箭出现了纵向耦合振动（pogo oscillation），弗兰克·博尔曼估计振动频率为12赫兹，振幅约为±0.25G（±2.5米/秒2）。火箭将航天器送入了离地球181.5千米至191.3千米高的地球轨道，轨道周期为88分钟10秒。航天器在轨道中的远地点也比预期稍远，计划中应是圆形轨道，距地球185千米。S-IC级掉入了大西洋，准确位置为北纬30度12分，S-II级掉落在北纬31度50分，西经37度17分。 接下来的两小时38分钟里，3位宇航员和地面指挥一直在检查指令舱是否正常工作，并且能够开始月球转移轨道射入（Trans-Lunar Injection，TLI），能够将航天器开始离开地球轨道，瞄准月球轨道的一次点火。同时，3位宇航员将太空舱从一个火箭有效载荷转换成了一个航天器。S-IVB第三级火箭也必须保持正常运转状态。前一次的无人测试中，S-IVB第三级没能重新点火。 整个飞行过程中有三名指令舱宇航通讯员（Capcom）轮换执行与阿波罗8号联系的工作。一般情况下，只有指令舱宇航通讯员与宇航员直接对话。迈克尔·科林斯是三人中第一个值班的，他在任务发射2小时27分钟22秒后告知阿波罗8号“阿波罗8号，可以执行月球转移轨道射入。”这个命令意味着指挥中心正式允许阿波罗8号前往月球。接下来的12分钟里，三位宇航员检查着航天器和火箭以准备点火。12月21日15点41分38秒，S-IVB第三级火箭准时点火，并且按照计划燃烧了5分钟17秒。这次点火将航天器的速度从近地轨道的7793米/秒轨道速度加速到10,822米/秒，燃烧结束时高度达到346.7千米。这个速度也是当时人类历史上的记录。
燃烧完成之后，S-IVB级火箭已经完成使命，可以被丢弃了。三位宇航员掉转了指令舱以便为S-IVB级火箭拍摄一些照片，也练习了与S-IVB级火箭编队飞行。指令舱被掉转后，他们首次看到了他们正在远离的地球。这是人类第一次看到地球全景。 博尔曼开始担心S-IVB级火箭与指令/服务舱靠得太近，并向指挥中心建议进行一次分离机动指挥中心起初建议将航天器对准地球，使用服务舱上的反应控制系统的推进器将航天器离开地球的速度增加0.9米/秒，但是博尔曼不想很快离开S-IVB的目视距离。长时间的讨论后，最终决定是仍然按照原计划的方向点燃推进器，但速度增加2.7米/秒。讨论耽搁的时间使阿波罗8号比飞行计划慢了一小时。 发射5小时后，指挥中心指挥S-IVB子火箭从排出剩余燃料，使其轨道改变，最终能够飞过月球并进入太阳轨道，也就对阿波罗8号不会有任何影响。S-IVB子火箭后来进入太阳轨道，半径为0.99至0.92天文单位，倾角为23.47°，轨道周期为340.80天。 阿波罗8号成员成为了第一批穿越范艾伦辐射带的人类。尽管预测中辐射带对人的影响和普通的胸腔X射线或者1微格雷（一年中，一个普通人会接受两到三微格雷的辐射。三名宇航员都穿戴了个人辐射放射量测定器以及三个胶片放射量测定器以显示累计辐射量。任务完成时，三人平均辐射量为1.6微格雷。飞向月球 作为指令舱驾驶员，吉姆·洛威尔的主要任务是导航员。尽管真正的导航计算是在指挥中心进行的，宇航员必须准备在通讯信号中断时自己导航并返回地球。导航员需要使用航天器上携带的六分仪测量星星和地球（或者月球）地平线之间的距离来实现导航。事实证明这样做是很困难的，因为S-IVB所排出的气体形成了大块的废气云，使观察星体变得非常困难。
任务开始七小时以后，飞离S-IVB子火箭耽搁的时间以及洛威尔不甚良好的视野意味着阿波罗8号已经比飞行计划中的时间表拖后了一小时四十分钟。航天器被改为被动热控制，也称为烧烤模式。这个模式使航天器大约每小时沿着长轴旋转一圈，保证航天器上平均的热分布（在阳光直射时，航天器表面温度高达200摄氏度，而阴暗面只有零下100摄氏度）。高温差会使隔热板裂开或者燃料舱爆炸。由于航天器正在向月球航行，真正的旋转无法做到，航天器真正的轨道是锥形的。每半小时，旋转轨迹都会被调整以保证航天器保持轨道。 飞行11小时后进行了第一次中期轨道纠正。地面测试显示除非燃烧燃烧室先被“预热”一下，服务推动系统推进器有很小的可能会爆炸。为了解决这个问题，首次纠正进行了2.4秒，使轨道航行速度增加了6.2 米/秒（计划中将增加7.5米/秒）。氧化剂中氦气中的一个气泡导致燃料压力低于计划，使反应控制系统被使用以弥补其不足。计划中后来的两次中期轨道纠正由于轨道正常被取消。 由于发射前5小时三位宇航员们就已经开始准备，此时他们已经连续工作十六小时。弗兰克·博尔曼此时应进行计划中的七小时睡眠；指挥中心决定在任何时候都至少有一名宇航员保持清醒以应对可能的突发事件。电台以及通风扇持续的噪声使睡眠变得很困难。与此同时，在太空睡觉和地球有很大不同；比如枕头失去其应有的作用。威廉·安德斯说他有时会突然坐起，因为零重力使他有下坠的感觉。 睡眠时间开始一小时后，博尔曼要求允许服用甲丁***安眠药，但效果不甚明显。在博尔曼睡了七小时醒来之后，他感觉身体不适。他两次呕吐，并且有腹泻症状；这些情况使太空舱中充满了滴状的呕吐和粪便。三位宇航员尽了最大努力将太空舱打扫干净。博尔曼不想让整个世界都知道他身体的问题，但洛威尔和安德斯仍然希望能够告诉指挥中心。他们决定使用数据存储设备录下关于博尔曼情况描述,并发给了地面指挥，并“要求对录音中的情况进行评估”。
医生和宇航员之间的讨论在二楼的指挥间（休斯敦指挥中心的二楼和三楼有两件完全相同的指挥间，任务期间只使用一个）进行。讨论与宇航员们单独讨论后，医生们认为博尔曼应该是患了无大碍的急性胃肠炎病毒，或是安眠药引起了不适。目前的解释是他患了太空适应综合症，大约有三分之一的宇航员在太空的第一天会有这种疾病；人体内的前庭系统逐渐开始适应失重环境。由于此前的水星和双子星航天器都很狭小，宇航员们还没有机会在航天器里自由活动，医生们此前并未遇到过博尔曼的情况。 任务中向月球航行的部分相对来说比较平静，除了检测航天器在正常工作并保持正常轨道外并没有什么其他的工作。在这段时间内，航空航天局在发射31小时后安排了一次电视转播。转播中使用的黑白摄像机质量为两千克，使用的摄像管带有一个广角（160°）镜头和一个长焦距（9°）镜头。 在电视转播中宇航员们带领观众参观了整个航天器，还尝试着展示在太空看到的地球。由于长焦距镜头的角度过小，宇航员们在看不到镜头画面的情况下无法瞄准地球。由于摄像机没有合适的过滤镜，画面在强光下显得过于饱满。最后，地球上看到的地球画面只是一个光点。十七分钟的转播后，航天器的旋转使地球上的接收站无法收到航天器上高增益天线发出的信号，宇航员们结束了转播，在结尾时洛威尔祝他的母亲生日快乐。 此时睡眠时间表已经完全被打乱了。起飞三十二个半小时后，洛威尔开始睡觉，比计划提前了三个半小时。不久，安德斯在服用安眠药后也开始睡觉。 在去月球的途中，三位宇航员并没有太多的机会看到月球。硅胶封闭层上被气化的油状物使五个窗户中的三个上起了雾。被动热控制所需要的飞行姿态使在航天器内看到月球变得几乎不可能。三位宇航员直到达到月球背面后才第一次看到月球。 起飞五十五小时后进行了第二次电视转播。这次宇航员们在摄像机上使用了照相机的过滤镜，使他们通过长焦距镜头拍摄到地球的画面。尽管瞄准地球很困难，宇航员们在调整了航天器位置之后向地球展示了历史上第一次完整的地球电视画面。宇航员们讲解了地球上可看见的部分以及可以分辨出的颜色。第二次转播时间为23分钟。 靠近月球 飞行时间55小时40分钟时，阿波罗8号的三位宇航员成为了第一批进入地球外天体重力影响的人类；换句话说，在这个时候，月球的重力对航天器的影响比地球的大。此时，阿波罗8号距月球62377千米，以1216米/秒的速度靠近月球。由于此时宇航员们仍然使用离肯尼迪航天中心发射台的距离计算航天器轨道，这个历史性的时刻并没有引起太多的兴趣。直到最后一次中期轨道纠正并点燃推进器进入月球轨道，地球都会被作为计算中的参考系使用。此时阿波罗8号离进入月球轨道还有13小时。
进入月球轨道前最后一个重要的步骤就是第二次中期轨道纠正。在纠正过程中，航天器进行逆行运动，将速度减慢0.6米/秒，使航天器飞过月球时离月球的距离缩短。起飞后整整61小时后，航天器离月球距离约为39,000千米，反应控制系统（RCS）共燃烧11秒。阿波罗8号会飞过月球表面115.4千米。 起飞64小时后，宇航员们开始准备进行首次月球轨道进入。这次机动绝对不能出现差错，并且由于轨道力学原理，轨道进入必须在月球背面上空进行，那时航天器和地球没有任何联系。在指挥中心进行允许进行机动的确认后，在飞行时间68小时时“架着我们能找到的最好的鸟”的阿波罗8号宇航员们被告知可以进行机动。68小时58分钟时，航天器飞到了月球背面上空，与地球失去联系。 首次月球轨道进入开始前十分钟时，宇航员们开始检查航天器，确保所有的开关都处在正确的状态中。然后，他们终于首次看到了月球。当时航天器正飞越月球的阴影部分，洛威尔第一个看到了阳光照在月球上。当时离开始点火前只剩两分钟了，所以三位宇航员并没有太多的时间去欣赏景色。月球轨道 4分钟13秒，阿波罗8号进入月球轨道。三位宇航员描述说这段时间是他们一生中最长的四分钟。如果服务推动系统地燃烧时间稍有偏差，航天器很有可能会进入一个过于扁平的月球轨道乃至于无法进入月球轨道而直接飞入太空。如果燃烧时间过长，航天很有可能坠毁在月球表面。在确定航天器一切正常后，三位宇航员终于有时间观测窗外他们即将环绕20小时的月球。 此时远在地球的指挥中心还在等待。如果燃烧没有成功进行，或者燃烧时间不够，阿波罗8号都会提前从绕过月球背面。幸运的是，这个情况并没有发生。阿波罗8号按照计划准时绕过了月球背面，此时他们已经进入了长轴为311.1千米，短轴为111.9千米的月球轨道。
洛威尔继续描述他们所飞越的月球表面。阿波罗8号的主要任务之一就是勘查计划中的登月点，尤其是阿波罗11号的计划登月点静海。阿波罗8号的发射时间的选择考虑到了到达静海时的阳光情况。专门有一部摄像机被安置在一扇窗前，以1帧/秒的速度拍摄月球表面。由于阿波罗8号未携带登月舱，登月舱驾驶员安德斯的主要任务就是拍摄尽可能多有价值的照片。任务结束时，三位宇航员总共拍摄了七百张月球照片以及一百五十张地球照片。 在于地球保持联系的一小时内，博尔曼不断询问服务推动系统的数据是否正常。他想确定推进器正常工作并且能够在返回地球可能需要时使用。他还希望指挥中心在每次进入月球背面前得到服务推动系统能否被使用的通知。 在阿波罗8号第二次飞至月球近地面上空时，宇航员准备了一次展示月球表面的电视转播。安德斯描述了他们正飞越的环形山，在环绕月球轨道第二周即将完成时他们点绕了服务推动系统，进行了第二次月球轨道进入，时间为11秒。燃烧结束后，阿波罗的月球轨道缩小，长轴为114.8千米，短轴为112.6千米。 接下来环绕月球的两周中，宇航员们继续检查航天器并对月球表面拍照。第三周时，博尔曼进行了短暂的祷告。他本来希望在位于得克萨斯州的西布鲁克（Seabrook）的圣克里斯托弗圣公会教堂进行午夜祷告，但由于阿波罗8号任务他没能够参加。博尔曼的教友，指挥中心工程师罗德·罗斯建议他在太空祈祷以替代亲自去教堂。 在阿波罗8号第四次进入月球背面时三位宇航员第一次看到了“地出”的景象。安德斯看见窗外有一个蓝白相间的球体，发现那是地球。三位宇航员立刻意识到他们应该用相机将此情景拍摄下来。安德斯拍摄的第一张照片是黑白的，后来又拍摄了更著名的彩色地出。任务结束后，安德斯和博尔曼都声称自己拍摄了第一张地出照片（洛威尔也这样声称，但更多地是以玩笑的口吻），安德斯被认为是第一张地出照片的拍摄者。
安德斯继续拍照，洛威尔开始操纵航天器以让博尔曼有时间休息。由于航天器里噪音很大，睡眠始终很困难，但博尔曼还是在接下来环绕月球的两周里小睡了一会儿。他本来准备在询问服务推动系统情况时起来，但被告知一切正常后又继续休息。 博尔曼在他听到两位搭档开始犯错误时醒来了。安德斯和洛威尔开始不理解指挥中心的问题，并要求将有些数据重复才能听清。博尔曼发现由于三天来大家都没能睡个好觉，每个人都极其疲倦。作为指令长，他命令安德斯和洛威尔开始睡觉，飞行计划中其他观测月球的任务都被取消。起初安德斯说他没事，要求继续工作，但博尔曼没有改变主意。最后安德斯在博尔曼继续将摄像机架在窗口自动拍摄月球表面后答应睡觉。博尔曼还记得计划中的第二次电视转播，由于太多人都在期待着观看，他要求两位搭档不要睡过头。环绕月球第七和第八周时安德斯和洛威尔在休息而博尔曼负责工作。 在环绕月球第九周时，第二次电视转播开始。博尔曼介绍了包括他自己的三位宇航员，然后是每个人讲述月球给他留下的印象。博尔曼描述月球为“广阔，寂寞，又有些难以接近的星体，或者说是广阔的空虚”。在表述完他们正飞越的月球表面之后，安德斯说他们有一个给地球上所有人的消息。 接下来唯一的工作就是地球转移轨道射入，在转播结束后两个半小时时进行。这是整个任务中最关键的一次点火。如果服务推进系统不能成功点火，那么三位宇航员会被困在月球轨道中，只有五天的氧气，也没有其他机会离开月球。跟前几次点火一样，这一次也是在航天器飞越月球背面与地球失去联系时进行。 点火准时开始。航天器与地球的联系在飞行时间89小时28分钟39秒准时恢复，与计划时间完全一致。通讯恢复之后，洛威尔说道“请你们听着，圣诞老人确实存在”。地面通讯员肯·马丁利回复道：“确认，你们是最适合发现这一秘密的人”。当时正值1968年的圣诞节。 意外的人工重新对准
后来，洛威尔使用了一些闲置时间进行了一些导航观测，使用计算机键盘调整航天器以观测一些星体。但是，一次错误的输入清洗了电脑存储的部分信息，使惯性测量组合认为航天器正处于起飞前的相对位置，并自动启动推进器以“纠正”其姿态。 当三位宇航员意识到计算机修改航天器飞行姿态的原因后，他们发现需要重新向计算机输入数据，以告诉计算机航天器的真正位置。洛威尔通过调整推进器将参宿七和天狼星对齐，花了十分钟时间去计算出正确的数字，又用了十五分钟将正确数据输入计算机。 十六个月之后，洛威尔在更加严重的情况下又进行了一次类似的人工对准。在执行阿波罗13号任务时，航天器的惯性测量组合甚至必须被关闭以节省电力。在他1994年出版的书《丢失的月球：危机重重的阿波罗13号》，在电影阿波罗13号发行后改名为《阿波罗13号》），洛威尔写道：“我（在阿波罗8号中）接受的训练变得非常有用！”在书中，他排除了阿波罗8号的人工重新对准是一次指挥中心要求进行的“计划中的试验”的可能性。罗伯特·齐默尔曼在他1998年出版的《创世记：阿波罗8号的故事》中提到，后来的多次采访中，洛威尔证实阿波罗8号的人工重新对准确实是一次事故，而且是由他的失误造成。返回地球与重新进入大气层 返回地球的过程对于宇航员来说主要是一个放松并监视航天器的过程。只要轨道专家们的计算都是正确的，航天器就会在地球转移轨道射入两天半后进入大气层并将落在太平洋中。
圣诞节的下午，三位宇航员进行了第五次也是最后一次电视转播。这一次他们再次介绍了整个太空舱，展示了宇航员的太空生活。当结束转播后，他们在食品柜里发现了来自迪克·斯雷顿的圣诞礼物——塞了馅的火鸡肉，以及三小瓶未开封的白兰地。宇航员们还发现了来自各自妻子的圣诞礼物。 在平静的两天后宇航员们开始准备进入大气层。计算机会自动控制进入过程，宇航员们只需要将航天器放入正确的姿态并确保航天器朝上。如果计算机失灵，博尔曼将接替。 在和服务舱分离后，唯一的工作就是静静等待。在指令舱接触大气层前六分钟，宇航员们看见月球在地平线上升起，与轨道专家们的计算相符。当进入外大气层后，他们注意到由于窗外因为航天器周围的等离子层而开始变得朦胧。航天器开始减速，减速度（负加速度）最高时达到6G（59米/秒2）。计算机通过调整姿态控制着降落过程，阿波罗8号在向海面降落之前短暂地上升。在高度为9千米时漏斗形减速伞使航天器开始稳定，高度降为3千米时三个主降落伞打开。航天器的准确降落地点为北纬8度6分，西经165度1分。 三米高的海浪将指令舱摇来摇去，博尔曼出现不适，等待着漂浮气囊使航天器稳定。由于降落时间在天亮之前，降落43分钟后，来自约克城号航母的第一名蛙人才到达航天器。45分钟后，三位宇航员被运到航空母舰的甲板上。 指令舱目前在芝加哥科学与工业博物馆，同时展出的还有洛威尔***的一些在任务中使用的个人物品，以及博尔曼的宇航服。洛威尔的宇航服目前在航空航天局的格伦研究中心。
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