科羅廖夫在進行載人航天的同時，開始了飛出地球的努力，當然離地球最近的月球是人類走向太空的第一個著陸目標。為了登月，需要至少三個人乘坐同一艘飛船，這樣飛船的體積和重量就要比先前運載一名宇航員的東方號大很多，再加上登月的距離比環繞地球軌道航行要遠得多，因此火箭的推力就必須比先前的R-7大很多。科羅廖夫對R-7的改進工作從1958年就開始了，但是由于前蘇聯政治動蕩，導致經費不足，他的工作遇到不少麻煩。1959年前蘇聯的第一艘探月飛船探月一號（Luna）的任務是接觸到月球，但是最后比預定的軌道偏出了6000公里。好在探月二號獲得了成功，成為人類第一個到達月球的飛行器，科羅廖夫又為前蘇聯爭得了一項世界第一。第三艘更進一步，它發回了月球背面的照片。

前蘇聯航天之父謝爾蓋?科羅廖夫

        按照科羅廖夫的規劃，前蘇聯人的登月是早晚的問題，而且應該在美國人之前。為了適應登月的需要，科羅廖夫提出了大型火箭新的設計方案和長遠規劃，這就是著名的前蘇聯N1運載火箭。N1還有兩個小兄弟N2和N3，它們的尺寸和推力逐次減小，后者用于運載洲際導彈。但是就在N1的設計方案剛出爐，還沒有來得及實施，前蘇聯就陷入了優先發展洲際導彈還是載人火箭的爭論。1959年12月，經過主管官員和各級專家的激烈討論，優先發展導彈的意見占了上風，既然如此，就沒有必要制造N1這樣的超大型火箭。雖然科羅廖夫也獲得了一些經費繼續研制登月火箭，但是前蘇聯的登月計劃卻暫時擱淺了。

        與此同時，美國白宮迎來了新主人，而美國也進入了他們的新時代。太空競賽的天平開始向有利于美國的方向傾斜。

        1961年1月20日，白雪覆蓋著美國的首都華盛頓。美國有史以來最年輕的總統，只有43歲的約翰?肯尼迪，在白宮前面宣誓就職。幾個月前，他在大選中擊敗了當時的副總統尼克松，而兩人在競選中總是回避不了一個爭論的主題—如何在冷戰中戰勝蘇聯。美國的努力自艾森豪威爾總統就開始了，而當時任副總統的尼克松做了很多工作。但是，年輕氣盛的肯尼迪雄心比他的前任要大得多。在肯尼迪著名的就職演說中，他把探索星際的奧秘作為科學工作的第一位，放在征服沙漠和治療疾病之前。而且他呼吁美蘇在這些領域聯起手來。僅僅四個月后，肯尼迪就提出了一個雄偉的航天計劃—十年內登月，這個計劃以太陽神的名字命名，就是著名的阿波羅計劃（Apollo Program）。

        

馮?布勞恩和肯尼迪總統在一起。

        阿波羅計劃是人類探索太空和未知領域最龐大的計劃，美國全國上下都動員起來了。有上百家的大學、研究機構和公司，兩萬多名科學家和40萬人直接和間接地參與了這項航天計劃。阿波羅計劃的關鍵是登月火箭的研制，眾望所歸的人選非馮?布勞恩莫屬。因此，在該計劃即將開始之際，馮?布勞恩和他的團隊從陸軍轉到美國航天局。馮?布勞恩擔任了馬歇爾太空中心主任，負責研制登月的火箭，項目代號為土星。馮?布勞恩新的工作從1961年開始，他在與蘇聯那位他不知名的對手在搶時間。

被美國航天局譽為世界航天史上第一人的馮?布勞恩

        相比科羅廖夫，馮?布勞恩要幸運得多，美國在財力和人力上都比前蘇聯更有保障，因此美國人追趕的速度很快。1961年，馮?布勞恩的土星一號火箭研制成功，這是美國制造出的第一枚大推力火箭，第一級火箭的推力就達6670千牛，超過R-7全部發動機的推力。總體來講，土星一號非常成功，它不僅在1964—1965年間，把五艘登月飛船的包括指令艙和服務艙成功送進地球軌道，而且將一些和阿波羅計劃有關的人造衛星和地月之間的微波測量船（為后續登月時的通信做準備）送到預定的軌道。

阿波羅11號的三名宇航員重逢在當年的登月艙前。

        美國航天局原本計劃在1965—1966年間使用土星一號再進行四次載人航天，但是后來發現該火箭的推力稍顯不足，于是馮?布勞恩在1963年又研制出了推力更強勁的土星一B火箭，它的一級火箭推力比土星一號提高了百分之十左右，而二級火箭的推力更是增加了一倍不止（890千牛對400千牛），至此，美國在火箭技術上已經超過了前蘇聯，在其他登月的準備上也遙遙領先。除了火箭技術外，登月需要的尖端技術非常多，讓我們來看看在幾項最關鍵的技術上，美國人做的準備工作。

        首先是著陸和離開月球的技術。讓宇航員安全著陸月球并不是一件容易的事情。在地球上，因為有大氣和海洋的幫助，可以通過降落傘給即將著陸的太空艙減速，為了防止太空艙和地面撞擊，還可以降落在海洋上。月球和地球不同，既沒有大氣，也沒有海洋，因此在地球上著陸的這些辦法在月球都用不上，唯一的辦法就是用反推火箭讓登月艙減速，緩緩落下，就像我們在電影《星球大戰》和各種科幻片中看到的那樣。但是在現實中，這么做非常困難，火箭噴速和角度都必須控制得非常好。

        當然，宇航員既不是嫦娥，也不是吳剛，無法在月球上長期生活，還需要離開月球返回地球。在阿波羅計劃一開始，美國宇航局就提出了四種返回方案。

        第一種方案是隨登陸艙一起帶一枚大火箭美國最小。

        第四種方案是發射兩枚火箭到月球上，一枚運載登月艙，另一枚運載從月球返回地球的火箭，然后在月球上組裝。這種辦法的缺點是如果兩枚火箭的軌跡出現一點偏差，登月艙和返航火箭的著陸點就會差出百八十公里甚至更多，宇航員就回不來了。

        大部分專家傾向于第一種方案，因為它簡單。當時大多數專家對于空中對接都沒有把握。事實上馮?布勞恩也是支持這個方案的，并且已經打算設計一種比土星五號更大的新星火箭（Nova）來完成這個使命。但是，有一個叫約翰?侯博爾特（John Houbolt，1919—）的科學家堅持認為登月設備的總重量越輕越好，并想方設法說服了大多數人，于是，包括馮?布勞恩領導的馬歇爾空間中心的專家們接受了第三種方案。阿波羅計劃最終采用了這種方案并獲得成功。美國歷史學家認為，如果不是因為美國航天局最終采用了少數人的意見，就不可能在上個世紀60年代末登月，雖然最終美國人能夠登月。

        當然這個計劃的難點之一是對接，為此阿波羅9號在環地球軌道進行了對接試驗，試驗獲得了成功，美國人這才繼續往前走。

        其次是登月飛船的技術。登月的飛船包括指令和服務艙（Command and Service Module，簡稱CSM）和登月艙（Lunar Module，簡稱LM）。如下圖所示：

阿波羅11號的三個部分，從左到右分別為服務艙、指令艙和登月艙。

        指令艙是往返途中宇航員的棲身之所。它不僅要把宇航員從地球上送到月球軌道，并且接回，而且也是唯一重返大氣層將宇航員送到地表的部分，因此阿波羅計劃中對它所做的試驗最多。這個模塊的直徑大約三米半，近四米高，有5.5噸重。服務艙（SM）和指令艙（CM，新聞中有時也稱之為太空艙）相連，直徑也和指令艙差不多，但是長度卻達七米。它運輸登月所需的各種物資，包括液態燃料和各種設備，重達24噸。服務艙和指令艙相連，一同飛往月球，但是在飛船重返地球大氣層時會被拋掉。大部分時候服務艙和指令艙的試驗一起進行。登月部分包括登月時降落所需的反推火箭和離開月球的火箭，以及登月艙。盡管設計時已經盡可能地降低這部分的重量，但是仍重達15噸。

        再接下來是控制技術。這里面最關鍵的一項技術就是自動控制中的卡爾曼濾波。這種濾波方法由美籍匈牙利數學家魯道夫?卡爾曼（Rudolph E. Kalman，1930—）等人發明。在卡爾曼提出這種控制理論之初，它的實用性頗受懷疑，以至于他沒有在電子工程和自動控制的雜志上發表這個成果，而是將它發表在數學期刊上。1960年的一天，卡爾曼去拜訪在美國航天局工作的斯坦利?施密特（Stanley Schmidt，1944—），發現他的方法對于解決阿波羅計劃中軌道預測的難題很有用，于是就將它傳授給施密特。

        最后還有地月之間通信的難題。月球距我們的地球有38萬公里，是地球周長的近10倍。這么長距離的雙向通信，以前人類沒有進行過。信號的衰減是否會讓通信中斷？另外無線電波往返地球和月球之間一次也需要兩秒多鐘，如何消除該延時對控制的影響？這里面有諸多問題需要一一試驗才能確定。為此，美國發射了一些航天器，專門測試地月之間的通信情況。最后，由摩托羅拉公司提供了月球和地球之間的對講設備。遺憾的是，這家偉大的公司今天已不再獨立存在了。

        在登月競賽中，前蘇聯除了火箭技術和美國略有一比，其余關鍵技術都遠遠落后于美國。

        當然，最后一切都要回到火箭上，因為整個登月飛船幾部分加起來重量超過45噸，這使得制造大推力火箭又成了整個計劃的瓶頸。馮?布勞恩的團隊需要設計推力比土星一B大得多的火箭。之前的十幾次各種發射試驗，無疑為他們后來研制新火箭提供了豐富的技術積累。1967年，馮?布勞恩的杰作土星五號誕生了。

        但是1967年1月，阿波羅一號還沒有發射就出事了，在一次地面的試驗中，氧氣艙爆炸，飛船著火，三名宇航員全部罹難。這次事故沒有動搖美國人的決心，反而幫助美國人發現了很多問題，做了大量改進，大到飛船的設計、小到宇航服。其中有些改進，讓后來的阿波羅13號受益匪淺，避免了新的悲劇。雖然阿波羅計劃因此稍有延遲，但是到了11月，阿波羅四號（為了紀念罹難的三名宇航員，阿波羅1，2，3號空缺）成功發射，這是土星五號火箭的第一次試驗。在之后的半年里，美國又進行了兩次試驗，在無人狀態下把登月所需的各個環節測試了一遍。又經過了半年的準備，從1968年的10月起，美國開始使用載人飛船（阿波羅七號）進行模擬實驗。在短短的7個月里，美國進行了多達四次試驗，有12名宇航員進入太空。其中阿波羅八號首次載人進入月球軌道，三名宇航員圍繞月球轉了10圈，阿波羅十號測試了飛船到月球的降落過程，降落到離月球表面只有15000米的高度，這個高度只比現在商用飛機的巡航高度略高。

        接下來的任務就是要降落在月球上，并讓宇航員們踏上月球的表面。對于人類首次登月之旅，美國宇航局做了充分的準備。前期多次實驗發射，把能想到的都試驗了一遍。余下的就是確定執行首次登月任務的人選了，經過多重考慮，最后確定了由尼爾?阿姆斯特朗（Neil A. Armstrong，1930—2012）、巴茲?奧爾德林（Edwin E. Aldrin，1930—）和邁克爾?科林斯（Michael Collins，1930—）三人執行這次具有歷史意義的任務。當然，為了保險起見，美國航天局還準備了一套對應的后備團隊。即使選定了三人團隊后，誰將第一個踏上月球又成了幾個宇航員爭執的焦點。在訓練時是由奧爾德林先爬出艙門，最后才改成阿姆斯特朗，完全是因為艙門的設計更方便他而不是奧爾德林先出去。關于阿波羅登月的內幕細節，讀者可以參看《阿波羅—月球遠征》一書。

        很快，人類歷史上輝煌的一刻到來了。1969年7月16日，在佛羅里達卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心，阿姆斯特朗等人登上了高高聳立的阿波羅11號宇宙飛船，即將開始人類登月之旅。這次阿波羅登月，美國向全世界進行了電視轉播，時任總統的尼克松也在白宮的橢圓辦公室中通過電視觀看實況。我想，每一位讀者如果能回到那一天，一定也會坐在電視機前觀看的。所幸的是，30多年后，在肯尼迪航天中心的指揮室里，我在模擬現場看到了阿波羅登11號登月任務的指揮情況和登月的錄像。

        好了，現在請讀者們隨我來到指揮中心。上午9時32分（美國東部夏令時間），火箭發射進入了最后的倒計時。宇航員和火箭的狀態良好。或許是出于興奮抑或緊張，阿姆斯特朗在火箭發射時的心跳達到了每分鐘110次，這在以前是不曾有過的。在控制臺上各種儀器的顯示屏和顯示燈不停地閃爍著，墻上的計時器開始倒計時—10、9、8…3、2、1，這時背景響起了“發射”的聲音。大屏幕上，土星五號點火成功，橙色的火焰推著110米高的龐然大物徐徐升起，速度越來越快，直到火箭消失在屏幕上。第四天，也就是7月19日，火箭進入月球軌道；第五天，7月20日，阿波羅11號準備著陸月球。鏡頭切換到阿波羅11號著陸月球表面的影像，在登月艙的下方有一個攝像機，將模糊不清的月球表面圖像傳回地球。只見登月艙離月球表面越來越近，終于停在了那里。這段影像在美國航天局的網站上可以看到。在登月艙安全地降落在月球表面后，指揮長阿姆斯特朗傳回了人類在月球上說的第一句話：“休斯敦，這里是靜海基地。鷹著陸成功。”

        接下來，阿姆斯特朗和奧爾德林按照事先設定的行程，應該先睡五個小時的覺，因為他們在飛行途中沒怎么合眼。但是他們倆興奮得誰也睡不著，在征求了總部的同意后，他們提前踏上了月球的表面。在控制室的屏幕上出現了阿姆斯特朗走下登月艙，踏上月球大地的影像，他的動作非常緩慢。由于距離遙遠以及通信技術遠不如今天發達，傳回的影像和聲音斷斷續續，但是還是能分辨出阿姆斯特朗那句著名的話，“這是一個人的一小步，卻是人類的一大步。”這幾秒鐘的錄音在互聯網上可以聽到。

        

奧爾德林在月球表面。

        全球有六億多觀眾通過電視觀看了人類首次踏上月球的活動。阿姆斯特朗和奧爾德林在月球的表面安放了一些實驗儀器，并且采集了20多公斤的月球巖石標本。他們兩個人在月球上滯留了大約兩個半小時，然后回到登月艙睡覺。雖然奧爾德林不小心搞壞了返回火箭的點火開關，但是有驚無險，他們用一支筆打開了開關，火箭將他們先送到月球軌道和控制/服務艙匯合，然后返回地球。7月24日，運載三名宇航員的指令艙落入太平洋。從發射到安全降落到地球表面，整個過程大約是八天零三小時。

        

阿姆斯特朗等三名宇航員從月球返回后，在隔離艙中度過了十幾天。當時的美國總統尼克松在第一時間前往隔離艙看望他們并透過玻璃窗向他們表示祝賀。

        阿波羅登月的成功是全人類的勝利，直接和間接參加阿波羅計劃的人員多達40萬人（尼克松的原話），他們來自世界不同的國家，其中包括很多華裔科學家。在阿波羅計劃中，馮?布勞恩的貢獻有多大呢？美國航天局是這樣評價他的：“毋庸置疑，他是歷史上最偉大的火箭科學家。他最大的成就是在擔任美國航天局馬歇爾太空飛行中心主任時，主持土星五號的研發，成功地在1969年7月首次達成人類登月的偉業。”可以說沒有馮?布勞恩就沒有土星五號，雖然人類最終還是可以登月，但不會是在肯尼迪設定的期限內—20世紀60年代。

        1966年1月12日，科羅廖夫死于一次外科手術，年僅59歲。很遺憾，他沒有看到自己設計的宇宙飛船聯盟者號和禮炮號空間站成功對接—那時他已經長眠于地下四年多了。

        科羅廖夫的繼任者瓦西里?米申（Vasily Mishin，1917—2001）沒有科羅廖夫的影響力和魄力。雖然他在很艱難的情況下完成了N1火箭的研制，但是該火箭四射四敗。再加上不斷的航天事故，尤其是宇航員的喪生，導致前蘇聯登月計劃的整體失敗，并且最終被放棄了。

        最終美國人多次成功登月而前蘇聯一次也沒有，這里面的根本原因不是科羅廖夫的能力不行，而是前蘇聯輸在了綜合國力上。

        沒有了對手的馮?布勞恩繼續在為航天事業奉獻著。繼阿波羅11號之后，美國又有五次成功登月，完成了人類歷史上的一個壯舉。1972年，在達到預期目的后，美國終止了阿波羅計劃，轉而開發可重復使用的太空飛行器—航天飛機。在最后一艘阿波羅飛船登月的五年后，馮?布勞恩也走到了他生命的盡頭，1977年他死于癌癥。就在去世前不久，他獲得了美國科技的最高獎—美國國家科學獎，但是他已經無力去白宮領獎了。

（本文摘自《文明之光》第二冊，吳軍著，人民郵電出版社2014年版。）