五十年前，美國阿波羅登月艙降落到月球表麵，人類第一次將腳印印到了月球表麵的塵土上。可是這麽多年來，有許多人都在質疑登月的真實性，包括寫這個帖子之前的我。

從目前看到的材料看，質疑都集中在登月艙降到到月球表麵後的一些活動。也有一些人包括我質疑登月艙是如何飛離月球表麵，擺脫月球引力，然後在飛回地球的？還有質疑燃料夠不夠用，空間夠不夠大？為了寫一個質疑的帖子，我進行了認真的學習，而學習的結果卻讓我改變了想法。

對於火箭發射，我們都不再陌生了。雖然美國人登月是五十年前的事兒，比較久遠，不過我國最近嫦餓係列的發射讓我們對此有了一個大致的了解，技術上應該相去不遠。除去火箭和逃逸塔外，登月設備包括指令艙服務艙和登月艙。在近月軌道上登月艙與指令艙和服務艙分離，然後帶著兩個宇航員獨自降落到月球表麵。為避免硬著陸，登月艙要利用推進器向月球表麵噴射，從而降低登月艙下降的速度，從而達到軟著陸的目的，因而會消耗大量的燃料。在登月艙返回部分升回到月球軌道與指令艙接合的時候，為了擺脫月球引力，又要消耗大量的燃料。這是登月設備消耗燃料最多的兩個時段。

那我們來看看登月艙吧！從這張圖可以看出，登月艙有三四人高，查了一下是7.04米。分上下兩個部分：上升級和下降級，兩段的高度差不多，上升級是能返回地球的，而下降級是負責登月艙軟著陸到月球表麵，爾後又充當上升級發射架留在月球上的。所以上升級在登月之後就變得無比重要了。 下麵是上升級的參數：

乘員: 2人
成員艙容積: 6.65 m³ (235 ft³)
高：3.76米
直徑：4.2米
最大燃料裝載量: 4,670千克
艙內氣壓: 100%氧氣250毫米汞柱(33 kPa)
供水: 2個19.3公斤(42.5磅)水罐
冷卻劑: 11.3公斤(25磅)乙二醇乙酸酯/水溶液
反作用力控製係統推進劑量: 287公斤(633磅)
反作用力控製係統推進器:16個推進器，4套，每套4個，每個提供445N推力
反作用力控製係統推進劑: N2O4/UDMH（四氧化二氮/偏二甲肼）
反作用力控製係統比衝量: 2.84 kN·s/kg
上升級推進係統推進劑量: 2353公斤(5187磅)
上升級推進係統推進器: 15.6kN (3,500 lbf)
上升級推進劑: N2O4/航空肼50 (四氧化二氮/偏二甲肼、聯氨混合物)
APS pressurant: 2個2.9公斤氦氣罐，罐壓21MPa
發動機比衝: 3.05 kN·s/kg
推重比: 0.34 lbf/lb (3.3 N/kg)
ΔV: 2,220 m/s (7,280 ft/s)
電池: 2套296 A·h銀鋅電池

開始我懷疑登月艙上升級的容量不足以裝下那麽多燃料，16個推進器，宇航員，還有其它一些設備，包括運回的月球礦土。於是粗略計算了一下。上升級的規格尺寸的直徑4.2 米，高3.76米。我們按圓柱體來看待這個上升級，因為這樣計算體積最容易，那麽整個上升級體積差不多是52立方米。其中給燃料預留的體積是多少呢？燃料由四氧化二氮和偏二甲肼組成，其液態比重是1.443 g/cm³ 和 ‎0.793 g/cm3，平均下來就是1.1g/cm3. 設計的最大燃料裝載量是4670kg，所以燃料所占的體積不超過4.5立方米。宇航員的成員艙體積是6.65立方米。所以還會留下30－40立方米的空間來裝備推進器雷達等等。

事實上，燃料還要不了那麽大的空間，下麵是別人對登月設備消耗燃料的計算分析：

1.地月轉移土星五號第三級在地球軌道把飛船加速到接近第二宇宙速度，約10800m/s，之後飛船靠慣性沿地月轉移軌道飛向月球，其間受地球引力吸引不斷減速，到地月引力中性點是速度降到800m/s，之後月球引力占優，飛船開始加速，因此要被月球引力捕獲，服務艙需要點火減速，
按照阿波羅16號的數據Apollo 16 Flight Journal Chapter 11，
速度改變量大約854m/s，代入火箭公式，
m0/m1 = exp(854/311/9.8) = 1.32，
即服務艙消耗的燃料與總質量的比值 = （1.32 - 1）/1.32 = 24%，
理論需要消耗的燃料質量 = 45000*24% = 10900kg，
此時服務艙重 24500 - 10900 = 13600kg，剩餘燃料7500kg。

2.登月艙下降速度該變量為月球環繞速度1680m/s，
代入火箭公式m0/m1 = exp(16800/311/9.8) = 1.74，
即登月艙下降級消耗燃料與登月艙總質量比值 = （1.74 - 1）/1.74 = 42.5%，
理論需要消耗的燃料質量 = （4700 + 10334）*42.5% = 6318kg，
而下降級有8200kg的燃料，用來彌補克服高度下降帶來的等效速度該變量和懸停時的燃料消耗。

3.登月艙上升速度該變量為月球環繞速度，
同理登月艙上升級消耗燃料與登月艙上升級總質量比值 = （1.74 - 1）/1.74 = 42.5%，
理論需要消耗的燃料質量 = 4700 *42.5% = 1997kg，
而登月艙上升級有2353kg燃料，
同樣為了彌補高度上升帶來的等效速度該變量。

4.返回速度該變量為1000m/s，
阿波羅11號數據 Apollo 11 Flight Journal，
代入火箭公式m0/m1 = exp(1000/311/9.8) = 1.39，
即服務艙消耗燃料與服務艙和指令艙總質量比值 = （1.39 - 1）/1.39 = 28%，此時服務艙和指令艙的總質量 = 13600 + 5500 = 19100kg，
理論所需燃料= 19100 * 28% = 5348kg，
而服務艙還剩7500kg燃料。因此，燃料是充足的。

那麽登月艙是如何著陸的，上升級又是如何飛離月球的呢？（以下又是別人的分析）：

首先說地不平的問題。早在阿波羅計劃實施之初，美國就連續執行了兩個無人探測計劃，一個是“徘徊者”，一個是“月球勘探者”，前者主要是繞月飛行，拍攝月麵高分辨率照片，為登月艙尋找合適的登陸地點（類似於我國的嫦娥1和2的任務），後者主要是實施軟著陸，實地了解月麵情況，並驗證軟著陸技術和起飛技術（類似於我國的嫦娥3和4的任務）。因此阿波羅計劃的登月地點都是精心選擇的，能夠保證登月艙在降落時避開危險的陡坡和巨岩。

在實際執行著陸程序時，登月艙下降級上安裝了著陸雷達和下降相機，同時在降落的最初階段登月艙是傾斜的，允許宇航員通過舷窗觀察他們的預定登陸場的情況，當登月艙下降到一定高度後，宇航員可以通過執行人工控製登月艙姿態的方式讓登月艙平飛，以避開他發現的不利於著陸的障礙區（阿姆斯特朗就這樣做了）。和大家想象的不同的是，登月艙並不是像直升機一樣垂直著陸，而是一邊向前飛一邊緩慢降落，最終停在月麵上，大致保持水平狀態。

然後我們談談垂直問題（這是我關心最多的問題）。不錯，在地球上發射大型運載火箭，基本上都要保證火箭與地麵絕對垂直，這有兩個原因，第一，大型運載火箭長達幾十上百米，重量達到上百噸，重心比較高，一旦傾斜，極易倒下；第二，地表附近空氣阻力大，火箭在起飛的最初幾分鍾裏必須盡快脫落濃厚大氣層，這就意味著火箭必須先豎直向上飛行，然後才能進行水平加速。

然而這兩個因素在上升級發射時並不存在。登月艙上升級總共才3米多長，而直徑4.2米，總質量才4噸多重，是個扁平的瘦子，和大型運載火箭這樣的長胖子沒法比；其次月表沒有空氣，不存在盡快衝出大氣層的問題，上升級起飛10秒後頭部就迅速向下傾斜50°多，進行水平加速，起飛前姿態偏移那點量在最初10秒的飛行中即由上升級上的姿態控製發動機糾正過來了。

經過閱讀與學習，我對以前質疑登月真實性的想法不再有了。有時候，我們對別的事物的質疑不是緣於我們的聰明，而是因為我們的無知和愚蠢！