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三、土星5号、哥伦比亚与鹰
三、土星5号、哥伦比亚与鹰
作为阿波罗计划的核心，土星5号运载火箭和阿波罗11号飞船是各国邮票中最常用到的题材之一。那么在中篇里我们就来介绍一下这两个部分。
1、土星5号运载火箭（Saturn V）
土星5号是NASA为阿波罗登月计划开发的超重型运载火箭，它共生产了18枚。1967-1973年从肯尼迪发射中心成功发射13枚，无一失败，将12艘阿波罗飞船和美国第一座航天站天空实验室送入太空。
早在二战末期，美国通过秘密的回形针行动（Operation Paperclip），将1600余名德国科学家、工程师和技术人员带往美国工作，他们大部分与航空航天领域相关。在这其中就包括纳粹德国发展火箭技术的领军人物，也是日后美国火箭和太空技术的先驱——沃纳·马格努斯·马克西米利安·冯·布劳恩（Wernher Magnus Maximilian Freiherr von Braun）。
美国人获得的这批德国人才最早被派往陆军研制弹道导弹，由于以V-2为代表的早期弹道导弹在当时通常被看做是一种超远射程的火炮，所以由陆军担起了研发的任务。1947年，美国陆军航空队从陆军中独立，正式成为美国空军。作为拆分的一部分，陆军同意根据射程分配正在进行的开发项目，陆军负责所有射程为 1,000 英里（1,600 公里）及以内的项目，空军负责所有超过此范围的项目（所以你会发现当时空军搞的要么是巡航导弹要么就是洲际级别的玩意儿）。这个分配成为了日后矛盾升级的导火索。
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1952年，冯.布劳恩在陆军的红石兵工厂带领他的小组完成了PGM-11“红石（Redstone）”短程弹道导弹的设计。此时空军正在研制SM-64“纳瓦霍（Navaho）”超音速洲际巡航导弹和SM-65 “阿特拉斯（Atlas）”洲际弹道导弹。由于一时看不到太大进展，空军内部开始出现研制中程弹道导弹的呼声。与此同时，冯·布劳恩的陆军团队开始研究红石的升级版本。基于陆海空三军和英国对于中程弹道导弹的需求，1955年国防部批准了相关的计划，陆基和海基版的被称为木星（Jupiter），空军版的被称为雷神（Thor）。随后，海军因为种种原因退出了这个计划，自己研制了UGM-27“北极星（Polaris）”潜射弹道导弹。
陆军的“木星”研制的很顺利，而空军则对这个有着陆军“血统”的型号提不起兴趣。随着“木星”研制即将成功，反观自己的项目，SM-64巡航导弹已经下马，SM-65 洲际弹道导弹的研发还渺无音讯，眼看“木星”对空军渴望的战略力量霸权构成了“威胁”，空军对“木星”的反对和与陆军的矛盾也日趋激烈，甚至到了跑去《纽约时报》登报对骂的程度。1957年，实在看不下去的时任美国国防部长威尔逊发表了一份备忘录，将陆军的武器射程限制在320公里（200英里）或更短的范围内，“木星”由于远远超过要求，所以在完成研制之后交给了空军。而冯·布劳恩领导的陆军导弹局（Army Ballistic Missile Agency，ABMA)认为威尔逊备忘录所包括的军事武器而不包括非军用航天器，决定继续自己的大型火箭项目。
正在美国人来回扯皮的时候，苏联人在1957年10月4日发射了人类第一颗人造卫星。苏联的教做人让美国人大受震动。
卫星发射后，美国的媒体瞬间炸了锅。为了挽回颜面，美国人必须在最短的时间内送自家的人造卫星上天。而承担卫星发射研发的海军先锋计划却是一拖再拖。在急于挽回颜面的一次赶鸭子上架式的发射失败后，美国人决定将这项任务交给冯·布劳恩。冯·布劳恩带领团队不负众望，利用已经成熟的红石导弹和“木星-C（Jupiter-C）”探空火箭开发出了朱诺一号（Juno I）运载火箭，1958年1月31日将探险者1号（Explorer 1）人造卫星送入了太空。
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基于红石/朱诺系列的成功，1958年8月15日，新成立的美国陆军军械导弹司令部 (AOMC)和高级研究计划局（Advanced Research Projects Agency，ARPA）要求陆军导弹局启动一项新的开发计划，研发新一代的超重型运载火箭。1959年2月3日，高级研究计划局正式将项目命名为土星计划。寓意为排在木星之后的行星，象征着木星火箭后的下一代运载火箭。与此同时，为了防止类似官僚主义引起的扯皮事件再次发生，时任总统艾森豪威尔开始思考成立一个民间机构来负责来指导非军事太空活动。
1958年7月29日，总统签署了《国家航空航天法》，组建了美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）。1959年10月21日，总统批准将所有陆军太空相关活动，包括冯·布劳恩领导的整个陆军导弹局，都将移交给NASA新成立的以乔治 .C. 马歇尔将军命名的马歇尔太空飞行中心（Marshall Space Flight Center，MSFC）。
新生的NASA对于土星计划非常感兴趣，1959年11月，在接手土星计划后，由NASA牵头成立了一个由NASA、国防研究与工程局、高级研究计划局、前陆军导弹局和空军组成的研究小组，由NASA的工程师阿贝·西尔弗斯坦( Abe Silverstein ) 担任主席，被称为土星计划评价委员会，或者西尔弗斯坦委员会。这个委员会确定了土星计划的发展方向，并提出了三种A、B、C三种大方案。
A方案一种低风险的方案，是由冯·布劳恩利用已有的成熟成果设计的。B方案是一种四级火箭方案，这个方案最大的弊端在于其中的一级需要全新设计。最后的C方案提供的是一种类似于搭积木的系列设计，按照技术难度多少和运载能力高低依次提供了C-1到C-5五种设计，通过每一种的研制、试验和改进，时刻保证技术是相对成熟的。
说到火箭设计成什么样，最终取决于人们打算怎么用。在阿波罗计划开始后，人们关于登月的方案的讨论就没有停止过。最后人们确定了四个方案：第一种被称为直接上升（Direct ascent），就是直接将飞船送去月球表面；第二种叫地球轨道交会（Earth orbit rendezvous，EOR），会使用很多小型运载火箭在地球轨道进行组装；第三种叫月面交会(Lunar Surface Rendezvous)，在这个方案里会连续向月球发射两个飞船，其中一个负责运载另一个的返回燃料；最后一种，也是到最后采用的一种方案，叫做月球轨道交会。
在罗马尼亚发行的这套纪念邮票的画面右侧出现了两位人物，靠前的这位就是月球轨道交会 (LOR) 概念最早的提出者之一赫尔曼·奥伯特（Hermann Julius Oberth）。赫尔曼·奥伯特，出生于奥匈帝国的特兰西瓦尼亚（罗马尼亚语：Transilvania或Ardeal，现属于罗马尼亚，这也是为什么罗马尼亚的纪念邮票会出现他的身影。）德国火箭专家、欧洲火箭之父、现代航天学奠基人之一，是与齐奥尔科夫斯基和戈达德齐名的航天先驱。他有关火箭推进的经典著作，被整整一代工程师视为航天领域的“圣经”。而图片中出现的另外一位人物就是他的得意门生：冯·布劳恩。
邮票的原图截自1963年在阿拉巴马州赫尔曼·奥伯特和陆军导弹局的同仁们的合影。左侧两位是电气和火箭科学家恩斯特·斯图林格博士(Ernst Stuhlinger)和霍尔格·纳尔逊·托夫托伊少将(Major General Holger Nelson Toftoy)。
内容因剧透、敏感不适等原因被隐藏
点击查看恩斯特·斯图林格博士写下了著名给玛丽· 尤肯达修女的回信，回答了修女提出的“为何在那么多孩子在地球上挨饿的时候，你们还舍得在宇宙探索这个项目上花上数十亿美元？”问题。他深思熟虑的回答也被NASA发表，名为“我们为何探索太空？”
最右侧是飞机设计师罗伯特·卢瑟博士（Robert Lusser），他特技飞行员出身，曾是梅塞施密特公司的负责人，参与了Me109战斗机、Bf110战斗机、He219夜间战斗机、V1飞弹的研发工作。
1960年，约翰·霍博特博士（John Cornelius Houbolt）首先提出将月球轨道交会的概念实用化。方案中，由一个主航天器携带一个较小的月球着陆器前往月球轨道。然后月球着陆器独立下降到月球表面，而主要航天器则保持在月球轨道上。任务完成后，月球着陆器返回月球轨道并重新与主航天器对接，在机组人员和有效载荷转移后将其抛弃。只有主航天器返回地球轨道。
这种方案最大的优势就是最大限度的节省了航天器的有效载荷，不用像第一个方案那样需要搞一个巨大无比的大炮仗才能把飞船直接运到月球表面；第二就是不需要第二种方案里那种太复杂和次数太多的对接技术（在地球轨道上组装阿波罗登月任务所需的飞船需要10 次土星C-1火箭或4-5次土星C-3火箭发射。）；第三就是由于登月的其实只有登月舱，那么术业有专攻，登月舱的设计只要针对登月部分就好，这样例如气动外形之类的设计难度会下降很多。
说回到火箭，经过研究，C方案被认为是最可行的，结合当时各执一词的登月方案讨论，C方案可以为各种方案提供相应的火箭设计。如地球轨道对接方案计划使用4-5次C-3火箭，而月球轨道交会方案或者直接上升方案则需要更重型运载能力更强的C-5火箭。1960年1月艾森豪威尔政府将土星项目评为国家最高优先级的计划，用以保障其在使用各种资源时的优先地位。
1961年10月27日，土星家族的第一个型号，以C-1方案为原型的土星1号首次发射。土星1号和他的改进型土星1B主要被用于对阿波罗计划的各个部分进行进入太空的验证。
同时，随着时间的推移和约翰·霍博尔特博士积极的游说，有关登月方案的讨论中，胜利的天平开始向月球轨道交会方案倾斜。登月需要比土星1号运力更高的火箭更是成为共识。随着太空任务组和冯.布劳恩分别转向支持月球轨道交会方案，这场大讨论终于走向完结。
1962年1月10日，NASA宣布为节约时间和资源，跳过C-2到C-4方案，直接建造 C-5 的计划。土星5号正式开工。同年7月，月球轨道交会方案确定。几乎同时NASA宣布被设计用于直接上升方案的新星（NOVA）火箭下马。9月，肯尼迪总统正式宣布要在未来十年内实现登月。阿波罗登月正式进入了快车道。
土星5号由波音（S-IC）、北美航空（S-II ）、道格拉斯（S-IVB）和 IBM（仪表单元）这几家承包商进行建造。亚瑟·鲁道夫1963年8月成为土星5号计划的项目主管。他制定了火箭系统的要求和阿波罗计划的任务计划。1967年11月9日，在鲁道夫的生日当天，首枚土星5号从肯尼迪航天中心发射升空，发射取得了圆满成功，自此，属于土星5号的时代来临了。
土星5号时至今日仍是人类历史上使用过的最高、最重、总冲量最大的运载火箭，令所有成功飞行的火箭相形见绌。它高 363 英尺（111m），直径为 33 英尺（10 m）。比自由女神像还要高 58 英尺 (18 m) 。满载燃料后，土星5号重达 650 万磅（2,900,000 千克），至今保持着发射最重有效载荷和低地球轨道（LEO）有效载荷310,000 磅（140,000千克）的记录。甚至如果你想直接将他向月球发射过去，他也能将107,100 磅（48,600 公斤）的有效载荷运往月球。
土星5号由三个级组成——S-IC第一级、S-II第二级和S-IVB第三级。
土星5号火箭一级（S-IC级） 。1961年12月，波音公司拿到了S-IC级的生产合同。S-IC级推进器的高度达42米，直径10米（不包含尾翼），净重131吨，装满燃料后重量将近2300吨。五个F-1发动机排成十字型，中心的发动机位置固定，周围的四个发动机可以通过液压转向以控制火箭。在发射时，5台F-1火箭发动机产生3405吨的推力，这么大的推力需要坚固的承力结构，所以S-IC级有着整个火箭上最大的零件：5台主发动机的承力支架主梁，重21吨。
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土星5号火箭二级（S-II级） ，由北美航空公司制造。S-II级使用液氢和液氧作为燃料，共有5个J-2火箭发动机。S-II级发动机的排列也呈十字形，外部的发动机可以提供控制能力。S-II级有24.8米高，直径与S-IC级相同，都是10米。S-II的净重大约36吨，加满燃料后重达490吨。S-II级可以在大气层外为土星5号提供大约36吨的推力。他的一个推进剂罐被一个共同的舱壁分成两个隔间。上隔间将装有液氢，而下隔间则用于装液氧。
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土星5号火箭三级（S-IVB级），由道格拉斯飞机公司制造。除了级间的调整结构和重启动的能力，这一级几乎和土星1B号第二级完全一致。S-IVB级高18米，直径6.6米，净重11吨，加满燃料后重114吨。S-IVB 以液氢和液氧为燃料，由一台可重启的J-2 发动机提供动力，在两个燃料柜间也使用了共享箱壁。 S-IVB级的发动机在任务过程中会使用两次，在S-II级关闭后点火工作2.5分钟，在月球转移轨道射入阶段点火大约6分钟。两个加满液体燃料的辅助推进设备装在S-IVB级尾部，用来在待机轨道和月球转移阶段控制火箭的高度。
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土星5号仪器舱，由 NASA 设计，IBM 建造。仪器舱（IU）位于S-IVB级和航天器/登月舱接合器（SLA）之间， 仪器舱内的电子和电气设备为火箭提供制导、跟踪和通信服务，是整枚火箭的大脑。环境控制系统 （ECS）使用液体冷却剂循环对关键部件进行冷却。在地面上，仪器舱的电源由外部电源通过脐带连接提供。在即将发射时，电源将切换到内置电池。仪器舱的结构支撑着上方阿波罗飞船的重量。
航天器/登月舱接合器 (Spacecraft Lunar Module Adaptor，SLA)、升压保护罩（Boost Protective Cover，BPC）以及发射逃逸系统（Launch Escape System，LES)
航天器/登月舱接合器是由北美航空制造的一个圆锥型铝制结构，在火箭S-IVB级的上方支撑著服务舱。在发射期间，阿波罗登月舱被存储在航天器登月舱接合器内的。升压保护罩在发射期间用于保护阿波罗飞船的指令舱。
飞船在离开近地轨道之后，宇航员就会按下在控制仪表板上的“CSM/LV Sep”按钮，将指令/服务舱与运载火箭分离。按钮按下之后，引信会被点燃，安装在服务舱与接合器之间的定向炸药就会依次爆炸，爆炸后服务舱会自行松脱，随后驱动器便会发动，以每秒30～60度的速率将四个面板向外翻动。
指令/服务舱转移位置，掉转180度与登月舱对接，在接合器有四个点将登月舱与其相连。在宇航员将指令/服务舱与登月舱对接之后，就会引爆四个点的炸药，将接合器与登月舱分离，并切断连接的电缆。在炸药点燃之后，弹簧就会帮助登月舱弹出，然后宇航员就可以继续向月球航行了 。
阿波罗发射逃逸系统是由洛克希德公司建造。其目的是当紧急事故，比如发射前发射台失火、发射制导系统失灵、或运载火箭失控很可能即将导致爆炸等情况发生时，以最快速度将指令舱带离运载火箭并即刻中止任务。
发射逃逸系统有三套彼此独立的外部的线路。如果其中失去任意两条线路的讯号，便会自动启动系统。另外，飞船的指令长也可以通过手动切换到一个特殊的发射中止模式来激活系统。当启动时，系统会点燃固态燃料逃逸火箭，并开启前翼系统以引导指令舱飞离故障运载火箭的飞行路线。若是在发射台上发生紧急事故，发射逃逸系统会将指令舱带到足够的高度，以使指令舱在触地前能安全地展开降落伞回收系统。之后发射逃逸系统会被丢弃，而指令舱便靠其降落伞回收系统着陆。
若没有紧急事故发生，在运载火箭第二级点火后约20至30秒，会利用一个分离式固态燃料火箭发动机来将发射逃逸系统丢弃。在4次无人的阿波罗计划、15次载人的阿波罗计划、天空实验室计划以及阿波罗-联盟测试计划的飞行任务中，都有携带发射逃逸系统，但却都未曾使用过。
在这张几内亚比绍发行的小全张中我们可以看到，右上方这枚邮票表现的就是正在进行吊装的火箭的顶部。
在这张邮票的其他部分我们可以看到，左上绘制的是正在建设中的约翰肯尼迪航天中心（John F. Kennedy Space Center，KSC）的装配大楼（Vehicle Assembly Building，VAB）。由于原有的卡纳维拉尔角发射场的面积不足以进行土星五号火箭的组装运输工作，因此NASA决定另选新址建造一处的的发射中心。1962年11月开始在佛罗里达州的梅里特岛兴建肯尼迪航天中心，这座装配大楼就是主要建筑之一。
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2、阿波罗飞船（Apollo spacecraft）
阿波罗飞船（Apollo spacecraft），美国的第三代载人宇宙飞船系列，是阿波罗计划的核心之一。自阿波罗7号起，到阿波罗18号为止，美国发射了12艘载人阿波罗飞船。其中载人登月6次成功，将12名宇航员送上了月球并安全带回地球。
飞船的设计是基于所选定的月球轨道交会方案：将已对接好的指令/服务舱及登月舱一同送往月球并进入月球轨道。之后登月舱分离并登上月球，而指令/服务舱则仍留在轨道上。在登月任务完成后，月面上的2名航天员启动登月舱的上升段发动机，与指令/服务舱在月球轨道上交会并对接。2名航天员进入指令舱后，抛弃登月舱的上升段，然后指令/服务舱载着宇航员脱离月球轨道返回地球，在再入大气层前，抛弃服务舱，由指令舱载着宇航员降落到地球表面。
飞船由指令舱（Command Module, CM）、服务舱（Service Module, SM）及登月舱（Lunar Module，LM）所组成。其中指令舱和服务舱这两部分在任务进入最后阶段之前始终连接在一起，也被称为指令/服务舱（CSM）。在组装运载火箭时，还加装了前面提到的发射逃逸系统（LES）以及飞船/登月舱接合器（SLA），用来装载登月舱并将指令/服务舱与运载火箭相连。
阿波罗指令/服务舱（CSM）
阿波罗指令/服务舱（CSM）由北美航空公司于 1961 年 11 月开始为NASA开发和建造，是阿波罗宇宙飞船的主要组成部分之一，主要作用就是充当一个母船，搭载三名宇航员和阿波罗登月舱到达月球轨道，并在宇航员从月球离开以后带着宇航员返回地球。早期的指令/服务舱设计在阿波罗1号事故中暴露了严重的设计、建造和维护缺陷，针对这些问题北美航空公司进行了大幅度的改进，减轻了重量，采用了隔热罩的设计，可以有效保护指令舱免受再入时高温的损伤。
阿波罗指令/服务舱由两部分组成：一个可以容纳机组人员并携带大气再入和飞溅所需设备的锥形指令舱，以及在任务期间提供动力、电力和其他消耗品的圆柱形服务舱。中间由一个脐带连接并传送电力和消耗品。指令舱重新进入地球大气层之前，脐带连接被切断，服务舱将被被丢弃并在大气中燃烧殆尽。
指令舱是阿波罗飞船的主要控制中心以及三名宇航员的生活住处。其中包含加压的主船员舱、控制仪表板、光学电子导航系统、通讯系统、环境控制系统、电池、防热盾、反推力系统、前端对接舱口、侧舱门、五个窗口、以及降落伞回收系统。指令舱是整体阿波罗飞船及土星运载火箭中唯一完好返回地球的部分。阿波罗11号中的指令舱被命名为哥伦比亚（Columbia）。
服务舱包含一个主推进引擎以及进出月球轨道所需的推进器、一个能进行姿态控制及平移能力的反推力系统、含有氢氧反应物的燃料槽、一个高增益天线。燃料槽除了含有供人呼吸的氧气外，也产生水供饮用及环境控制。阿波罗15号-17号的服务舱，还带有科学仪器模组，当中有绘图相机以及一个小型的子卫星以作研究月球之用。占整个服务舱绝大部分的火箭引擎有多次重新启动的功能，使阿波罗飞船能够进出月球轨道，并在往返地球及月球之间进行航线修正。在整个任务过程中，服务舱一直都与指令舱相连，直到返回过程中在进入大气层之前才被丢弃。
登月舱（LM）
登月舱是为登陆月球及返回月球轨道所设计的一个独立的载具，由格鲁门公司所负责设计并制造。登月舱包含两部分：下降级和上升级。这两部分连为一个单元。登月舱有四条承重腿，用于在月球时支撑自身，它们在被运载的过程中会折叠起来节省空间，只有到了月球轨道才会展开。登月舱只能在真空中操作，它的空气动力学设计不适合在大气层内飞行。
15 个阿波罗登月舱都有自己唯一的名字。阿波罗11号的登月舱被命名为鹰（Eagle），尼尔·阿姆斯特朗在着陆后所说的第一句话就是“休斯顿，这里是静海基地，鹰已着陆”（"Houston, Tranquility Base here. The Eagle has landed." ）。
登月舱的下降级包含有起落架、登陆雷达天线、以及登月所需燃料。在下降级上还安装有下降级推进系统（Descent Propulsion System, DPS），这个系统在飞船着陆时用于减速，也给宇航员足够的时间悬空挑选适合的着陆地点。此外，下降级还有几个载货的隔舱，能装载阿波罗月面实验包（ALSEP）、模组化设备运输车（MET，阿波罗14号使用）、月球车（用于阿波罗15号-17号）、月表电视摄相机、月表工具、以及月球标本采集箱等。当任务成员准备好离开月球后，下降级会成为一个发射平台，和上升级分离并留在月球。阿波罗任务最终在月球表面留下了6台登月舱下降级。
上升级包含船员舱、光学电子导航系统、雷达及通讯天线以及用于返回月球轨道与阿波罗指令/服务舱交会时所需的燃料。内部有吊床，以便航天员休息。外部安装上升级推进系统（Ascent Propulsion System, APS），当月球表面任务结束需要起飞时启用。4组四向反应控制系统推力器用于操作。一旦进入轨道，在任务成员返回指令舱之后，登月舱上升级就会被分离抛弃。
（中篇完）
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