//本文多图预警

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//本文多图预警，重要的事情说三遍

载人登月的整个流程，即从火箭发射到最终指令舱溅落，共需要8-12天，具体时长需要视任务情况而定。比如“阿波罗11号”首次登月，总任务时长为195小时，而“阿波罗17号”最后一次登月，总任务时长达到了可怕的301小时。但其中登月舱（Lunar Excursion Module，LM/LEM）的使用仅有1-3天，而且航天员可以根据LEM的实际运行情况选择是否终止任务返回指令/服务舱（Command&Service Module，CSM）。但CSM则是宇航员在登月任务中的唯一依靠，稍有不慎就会引发严重后果。举世闻名的“阿波罗13号”就因为CSM出了大问题而导致任务不得不提前终止，且宇航员差点在地球外头光荣了。

在这个小系列的前传中我们知道，CSM的论证其实早就开始了，并且在1961年11月随着“土星5号”确定了承包商。其构型为指令舱（Command Module，CM）与服务舱（Service Module，SM）的组合体。在原先的设计中，指令舱负责整个登月流程中的飞船导航、宇航员生命维持、飞船控制、再入大气等等内容，而服务舱则负责整个登月流程中的能源提供、轨道机动、着陆以及大部分的通讯。在1962年确定了月球轨道交汇对接的登月流程之后，CSM也相对的进行了修改，不过指令舱修改得比较少，只是加了些与LEM对接有关的组件，并额外担负了对接控制的任务；而服务舱就经过了大修以及瘦身，去掉了着陆功能，成为了今天的这个样子。

也许是在上一章以及上上一章黑北美航空公司有点太过了，在这里正式开讲CSM之前，讲讲这家公司的一些事情，顺便吹一波。在前传中我们讲到，北美航空跟NASA一直走得都很近。北美航空公司的产品线非常丰富，也不乏各种大名鼎鼎的划时代产物，除了在之前介绍的之外，二战期间的产品包括中国人民的老朋友，反法西斯事业的见证者，活塞式发动机战斗机的典范P-51野马战斗机；以及日本人民的老朋友，+20轰炸的彩皮，陆基轰炸机当海基使的B-25轰炸机等等；在60年代还有X-70B“女武神”轰炸机这种划时代神作，其优异的航空事业履历自然让人难以忘怀。而带领北美航空公司走向成熟的代表，正是我们在“合金之躯”一章中，因为S-II出了大问题而哭鼻子的斯托姆斯先生（Harrison A. Storms），他除了是太空信息中心（S&ID）的主任以外，还有一个职位，就是北美航空公司的副总裁，S&ID只是北美航空公司的一个分部门罢了。

一个好汉三个帮，斯托姆斯身边也有不少人。约翰·波普（John Paup）是北美航空阿波罗计划项目的总经理，他选择了诺曼·雷克尔（Norman J. Ryker）作为阿波罗计划首席设计师。雷克尔也是10年的老员工了，他在设计“纳瓦霍”超音速巡航导弹上做了很大贡献，此后也帮助北美航空竞标“游骑兵”与“勘测者”月球探测器，虽然最后都以失败告终，但这并不能掩盖他在设计领域的卓越建树。而查尔斯·菲尔兹（Charles H. Feltz）则是团队的制造经理，21年的从业生涯让他在航空领域积累了大量经验。

在进入了航天时代之后，早在“水星”计划之前，北美航空公司与通用电气公司一道，被空军选为载人航天计划的供货商。然而最后载人航天计划花落NASA，北美航空也只能乖乖投标，岂料在“水星”飞船的竞争中又输给了麦克唐纳，搞得当时北美航空公司一度打算放弃治疗，再也不去竞争NASA的大项目了。但这个时候斯托姆斯与波普站了出来，坚持要参加阿波罗计划。后来我们都知道，北美航空的竞标成功了，可见魄力也是很重要的。顺带一提的是，设计了F-1与J-2发动机的洛克达因公司，也是北美航空的子公司。可以想见，在阿波罗计划中，北美航空公司的触角伸得有多远。

在竞得CSM的设计合同之后，北美航空公司便开始召集人手开展了各种各样的准备工作。在1962年的前半年，CSM的制造团队从7000人直接翻了倍，到了14000人。虽然有大量的人手在给进行AGM-28“大猎犬”巡航导弹等项目，但新招的员工大部分还是参与了CSM的设计制造工作中。

飞船设计紧张进行，配套的设施也要上马。在同时期建造的第一个新建筑则是一个46米高的秋千，底下挖了个大水池，坐在秋千上的则是准备测试的指令舱——这是用来进行指令舱的溅落测试，好检测其能耐受的最大冲击。要是最终溅落的时候给宇航员磕着碰着，或者是让整体的结构发生变形损坏的话，那整个项目也都白瞎了。

在1962年正式开工之后，北美航空公司便针对结构、热防护以及辐射防护等核心问题展开设计，阶段性的目标是制造一个模型。与LEM发生显著区别的是，LEM实现了木质模型到实际模型一步步的转变，而CSM一开始就要制造一个金属模型。于是在1962年1月，几乎与设计同步，模样的制作也跟着展开，共有305名工人参与了这项工作，这些工人大部分负责成型、钻孔、焊接这“加工三件套”的内容，还有一部分负责安装一些特殊的定制组件。这些工人朋友一直干到了年底，总共做了2台全尺寸模型与6台测试样机。这种效率的实现得益于每天的汇报工作，所有参与工作的成员都要向上一级领导汇报，直到核心的斯托姆斯四人组。这样的制度即使是在外包公司上也得到了执行。

正如格鲁曼公司制造LEM一般，北美航空公司也不可能对CSM的方方面面都能实现兼顾。于是在签订合同之后没过多久，北美航空公司也委托了其他公司参与部分装置的设计制造工作。柯林斯无线电公司负责通讯系统，盖瑞特·艾雷赛奇公司负责环境控制，霍尼韦尔公司负责姿态及稳定控制，诺斯罗普公司负责降落伞以及着陆附件。

此后到了1962年2月，感觉外援不够的北美航空公司又找了洛克希德公司设计固体火箭发动机，不过是用在逃逸塔上头的。3月份，马夸特公司加入了姿态控制系统的设计中，阿罗杰特公司负责服务舱的主发动机制造，阿夫柯公司负责可烧蚀隔热大底以及飞船的隔热设施。4月份，西奥科尔公司也加入了逃逸塔的制造阵营中。

嗯？这个逃逸塔这么大动干戈的吗？

逃逸塔这种东西就跟家里准备的医药一样，是那种“最好用不上”的东西。由于CSM是火箭发射时唯一有人的模块，而底下则是装载了数千吨燃料的巨大型窜天猴——一旦发射失利，要是跑不快，跑不远的话，宇航员就真的“中道崩殂”了。为了验证逃逸系统能不能正常运行，运行效果如何，CSM相对于LEM需要额外开展逃逸测试，包括了3种情况：

1、地面逃逸测试——模拟在发射架上火箭故障即将损毁时的逃逸状况；

2、最大动态压力测试——模拟火箭刚离架时即发生偏航时的逃逸状况；

3、高空逃逸测试——模拟火箭在高空发生故障无法入轨时的逃逸状况。

这些逃逸测试中，第二种情形是最为重要的，因为它兼顾了低空以及低速的状况，对逃逸塔启动时机以及逃逸距离都是不小的考验。逃逸测试的要求早在1961年中旬即得到提出，在1962年春天选定白沙导弹靶场作为逃逸测试的场地。这个白沙导弹靶场是美国知名的火箭发射场，论资排辈算下来，卡纳维拉尔角得叫他一声哥，因为美国人第一次火箭发射就是在这里进行的，虽然用的是德国造V-2；而世界上第一张从太空中拍摄到的地球照片，也是由从白沙发射的探空火箭完成，当然，用的也是德国造V-2。

那么自然地，高空逃逸测试也在这里进行。

要想进行高空逃逸测试，就需要用一台火箭将它送上高空（这不是废话么），当然这个火箭不需要太大，又不需要入轨。众所周知入轨的速度增量大头来自于横向的加速，如果只需要克服地心引力的话，那就很简单了。于是在1962年5月，NASA指定了康维尔公司来设计这么一个逃逸测试专用火箭，定名为“小乔2号”，别想多了，人家的英文名字就叫Little Joe II。而小乔1号则正是用来测试“水星”飞船逃逸系统的火箭。介于“水星”与“阿波罗”的“双子星”飞船没有逃逸塔，人家把宇航员弹射出去。

“小乔2号”的工作就是把“阿波罗”飞船送到61公里的高空中，再启动逃逸塔。而前不久开展的“猎户座”飞船逃逸系统的高空测试中，也有一个这么萌萌哒的火箭将飞船送到高空再进行测试，它大约是“小乔2号”的精神传人“小乔3号”吧。

虽然分包了各种各样的任务，但北美航空公司还是兢兢业业地完成CSM，特别是指令舱的生产任务。在前传中我们知道1962年上半年登月方式还没确定，不过这并不能改变CSM的进度——在这段稍显空闲的日子里，北美航空公司的工程师们从大本营唐尼市飞赴Ames研究中心，利用里头的大号风洞给CSM的模型吹吹风。除此之外，由于Ames研究中心负责宇航员部分，包括了训练宇航员，地面测试包括宇航服、束缚带等配件，确定工作安排表，模拟隔离环境等等内容，因此也需要与北美航空开展深度的交流合作，充分发挥各自领域的优势，将宇航员与载人飞船有机结合起来，促进载人登月任务的顺利进行。

有风洞的单位不止Ames一家。兰利研究中心有一个4.8米直径的跨声速风洞，它被安排用来测试CSM上的姿态控制系统以及逃逸塔系统，同时其产生的高速气流也可以与测试样机摩擦产生高温，因此也被用来分析飞船的热传导与热负荷。爱德华空军基地还有个风洞，这个风洞则用来测试指令舱的降落伞。

飞航控制系统也是CSM的一个重要内容。不同于人们的想象以及科普书上的插图，地球与月球之间的距离还是比较远的。做个简单的实验就可以展示这样的距离：如果我们把一个高尔夫球看做月球，把一个16厘米直径地球仪看做地球的话，这二者之间的距离则是4.8米。若是导航系统出了岔子，那宇航员就可能很难回家了。借着上世纪50年代计算机技术发展的东风，电子计算机应用于科学研究、工程技术以及商业领域。自然的，NASA也打算用它来设计地月转移的轨道。麻省理工学院仪器实验室（MIT's Instrumentation Laboratory，MITIL）出了一个计算机科学领域的大佬，也是实验室的主任查尔斯·斯塔克·德雷珀。他长期致力于惯性导航系统以及自动飞行系统的研究，被称为“惯性导航之父”，前一段时间还成功帮军方搞定了“北极星”洲际导弹的一部分问题，选他再合适不过了。顺带一提，以他的名字命名的查尔斯·斯塔克·德雷珀奖也是美国工程界的最高奖项之一，自1989年设立以来的获奖者也是十分知名，包括光纤发明者高锟，万维网发明者蒂姆·博纳斯·李，卡尔曼滤波的提出者鲁道夫·卡尔曼等。

在1961年8月10日，比飞船系统甚至火箭系统的承包商确定来得都早，NASA就告知MITIL将负责飞航控制系统的研制。MITIL对此表示欢迎，表示“这个活（登月往返）比控制弹道导弹跟实现核潜艇环球航行要简单多了”。德雷珀本人甚至在与NASA高层的会议中表示“如果可能的话，他还想作为宇航员亲自坐上自己参与设计的飞船去月球。”可见MITIL的人们对此是有多么地自信。

不过自信归自信，这些MIT的学者们还得把东西做出来，是骡子是马还需要遛遛。1962年初，飞航控制系统的重要组件——陀螺仪与加速度计的进展很大（毕竟有“北极星”导弹打底），而计算机系统则进展相对缓慢。于是NASA指派了一些公司协助MIT开展飞航系统产品的研发制造工作，其中，通用汽车公司负责生产惯性平台，雷声公司负责生产计算机，柯尔斯曼仪表公司负责生产光学系统，在5月份这些安排都妥当了。

在6月，载人飞行中心（MSC）跟北美航空公司的工程师们一起在MIT开了个会，主要内容为宇航员如何操作这套系统。会议中的讨论包括了宇航员如何利用六分仪来实现对飞航系统的控制。过了没多久，这些MIT的专家就被邀请去休斯顿穿上宇航服来试运行。这些专家去没去不知道，但至少后来这个系统变得更适于宇航员操作了。

CSM相比于LEM的难点在于高度复杂的内部结构，这也是由CSM的重要性所决定的，而尤以指令舱为甚。多家公司为指令舱生产不同的组件，这些组件都汇集在这么一个狭小锥形空间内。这也意味着，各个组件的相互关系将是“牵一发而动全身”的事情。为了不让管理出现混乱，一个“界面控制文档”便得到了应用。一旦有承包商，比如MIT提出要求想给飞航系统分一点内部空间，北美航空公司就会提出响应以确定这个模块可不可以安装，安装在哪里比较合适。这个时候管理学就显示出其巨大价值——不仅是工业技术上的管理，各个承包商的进度管理也是很重要的，MSC为此特别设置了管理办公室，有45名工作人员负责推进载人飞船的研制进度。这项史无前例巨大工程的管理经验一直到今天都还是各个企业、高校与科研团体研究的重要内容。

从外观上看，指令舱是一个圆锥形，其底部直径为4米，高3.2米。但如果我们将其进行分解，则会发现它是分具有不同的分层。内部的核心组件并不是一个完全的圆锥形，而是一个类似梯台的金属核心筒。外部的圆锥形结构是其隔热层，包括了前端（顶端）隔热，中部隔热，后端（底部）隔热三个隔热区。

飞船的热防护是航天器设计的一个重要组成部分。一般的，载人飞船将会在3种不同的情形下面对不同的温度：1、飞船发射时，会与大气摩擦产生约600℃的温度；2、在太空飞行状况下，飞船会面对冷至-200℃左右，热至200℃左右的宇宙空间温度；3、再入返回时，飞船高速再入产生的激波将会导致飞船周边温度达到约2700℃的极端温度，这也是最为凶险的状况。

面对这些不同的温度状况，自然需要不同的应对办法。

发射时产生的热问题实际上并不大，因为阿波罗飞船的前端有一个逃逸塔，而这个逃逸塔自带一个整流罩，所以直接把这个皮球踢给做逃逸塔的人就行了。

在太空飞行时的热控制是一个比较重要的问题。产生这样冷热不均的原因就是光照，有阳光的地方温度就很高，没阳光的地方温度就很低。虽然阿波罗飞船有“烧烤模式”，就是自身发生缓慢滚转，使阳光在一定时间内均匀照射至飞船表面，但谁也不希望成为烤箱里的鸭子。这层用于保证空间飞行时舱内温度稳定在合适范围内的隔热层主要由尼龙与玻璃纤维组成，在核心筒外围贴一圈就行了。

而再入返回则是一个大头，地球上能扛得住2700+℃高温的材料属实不多。反正材料扛不住，那我们就索性让这些材料烧掉。我们都知道，一种物质在汽化的时候会吸收掉大量的热量，如果选取合适的材料作为烧蚀层，就可以硬扛过去。

从这张图我们可以看到，隔热大底实际上分成了两个部分，一个是烧蚀层，另一个就是非烧蚀层。两层之间有一层不锈钢来加以隔离。再入过程中的烧蚀材料变化非常复杂，从左至右分别为汽化阻隔层、碳化层、破坏层、完好层。

指令舱所有的隔热材料均充填在一个蜂窝状的骨架中，这种设计方法很好地兼顾了隔热需求、外尺寸厚度以及重量需求，唯一的不足就是蜂窝的数量何其多，需要专业人员花数个小时才能填充完毕。在“土星五号”运载火箭上，这样的隔热措施也得到了使用。直到今天，宇宙飞船也好，航天飞机也好，深空探测器也好，这些航天器隔热层都是这么设计的。（你也要用半个世纪？）

阿波罗飞船指令舱总质量大约为6吨，隔热层就占据了大约1/4的质量，可见隔热这一部分是多么地重要。毕竟飞船从月球轨道返回地球，在如此的高速以及高温下，也唯有加强隔热防护才能保证宇航员能平安回家。

细心的人可以注意到，核心筒到外壳还有一部分空间。这部分空间装载了指令舱的姿态控制系统、水箱与废物箱、以及氦气罐、脐带接口等附件。

一开始CSM的姿态控制发动机都由马夸特公司提供，但后续的测试工作表明，常规方法布局的姿态发动机很快就会在再入大气层的时候烧毁。为了防止烧毁的发动机对CSM产生不利影响，NASA在1962年8月要求北美航空将马夸特公司的发动机安装在服务舱上，反正再入之前服务舱都要被扔掉。而指令舱上的发动机要求参考“双子星”飞船上将要使用的那种可烧蚀发动机，于是指令舱上的姿态控制发动机就由洛克达因公司提供（恭喜洛克达因公司实现发动机全满贯）。比起LEM以及服务舱的那种外置发动机，指令舱的发动机做成了半埋的样子，就漏出个喷嘴，这个喷嘴还是使用的可烧蚀材料。由于指令舱的姿态控制要求相对次要，因此指令舱的姿态控制发动机只需要实现3000次启动，累计工作200秒即可。燃料依旧使用的是混肼50/四氧化二氮体系。姿态控制发动机按照飞船的6个方向分别进行了对称布置，且又准备了一套系统实现互为备份，这样就有12台发动机，4个推进剂贮箱以及4个配套的氦气加压储罐。推进剂贮箱由贝尔航空航天公司制造，氦气罐由米纳斯克公司制造，它们都使用了钛合金材质。

在这些次级装备以及中部的隔热层准备完毕后，就可以把指令舱的锥形铝合金壳给安排上了。

而在指令舱的核心筒内，则布置了大大小小各种各样的东西，包括但不限于能源系统、导航系统、控制系统、通讯系统、生命保障系统、备件备品等等。在这些系统里面则又包含着林林总总的小模块，以及这些模块对应的开关。相比于“土星五号”运载火箭依靠大块大块的组合件而言，“阿波罗飞船”200多万个零件要组合成一个高可靠的整体系统，属实不易。这些部件首先则是按照“界面控制文档”进行内部的分块。而这内部的分块看上去也足够让人窒息了。

当然这些分块是独立的面板，因为里面有非常多种多样的部件。以及其配套的线缆、电气组件之类。在CSM中，宇航员需要吃喝拉撒，谁也不希望自己在上厕所的时候把飞船系统给整短路了。因此这些面板除了起到了分区的作用之外，更重要的作用是保护内部的电气组件，以及配套的各种小配件。因此当我们把外面的面板去掉之后，画风是这样的——

不是我吹，这种图给我看，我能傻乐呵地看一整天还不带厌倦的。但是这种画法也很容易给人一个错觉——那就是指令舱里头的东西固然看起来多，但看上去地方也很大。

那么接下来就是无奖竞猜环节——你认为一个人该以什么样的坐姿在里面开飞船？

算了，这就给你个答案吧。当我们把座椅放下去的时候，我们会发现——

而就算是布局成这副样子，参加过“水星计划”的宇航员还是纷纷落泪，表示“唉呀妈呀这阿波罗飞船的地方真是大。”，可想而知早期的“水星飞船”的空间得有多小，看来“水星七子”吐槽“水星飞船就是穿在身上的”这句话也并不夸张。

而一开始不科学的椅子设计也导致了3名宇航员全副武装躺在座椅上的时候，胳膊肘会顶到旁边的宇航员，造成操作不便。这样的问题在1964年就由参与测试的宇航员报告，而直到1968年“阿波罗7号”发射的时候，3名宇航员依旧得互相挤着。

而指令舱内部别的部分，我们将在接下去的文章中分别进行介绍（挖坑不填预定）。

指令舱的后部就是服务舱，它作为CSM中另一个组成部分，同样发挥着重要作用。

服务舱的直径与指令舱的底部直径一致，均为4米，但全高则达到了7.3米，全重则为25吨，其中结构质量约5吨。内部分为了6个扇区，同样具有一个核心筒。其中扇区1与4的张角为50°，扇区3与6的张角为60°，扇区2与5的张角为70°。这样不规则设计的很大一部分原因是燃料贮箱的尺寸以及配件所决定的。

与LEM相同，CSM的主动力来源也是由混肼50/四氧化二氮所组成的“毒发”体系，且由于四氧化二氮的密度略高于混肼50，因此氧化剂贮箱要比还原剂贮箱要小一点。同样由于配平的需要，四个液体贮箱分别两两对置，安装在了扇区2与5（燃料贮箱）以及扇区3与6（氧化剂贮箱）内，且均由钛合金制成。4号扇区则装载了3组氢-氧燃料电池，由普惠公司出品。1号扇区什么也没装，作为备用组件区域；若是没有新的装置安装的话，在发射前，1号扇区将装上压舱物以配平。中央的核心筒安装有氦气罐，用来给推进剂加压。

相对于性状特殊的指令舱，服务舱圆柱形的外表则可以很方便地安装姿态控制发动机。这些姿态控制发动机有4组，每组有上下左右四个方向，因此有16台。基于CSM与LEM的设备通用性考虑，指令舱的发动机也由马夸特公司提供。特别的，由于服务舱的各个扇区在安装完推进剂贮箱后依旧有一定的空间，因此所有用于姿态控制的贮箱分布于扇区2、3、5、6中，且直接安装在服务舱的外壳上。

燃料电池作为整个飞行过程中飞船的主能源提供者，是宇航员的命根子。在“阿波罗13号”飞行任务中，由于服务舱的燃料电池发生爆炸，导致了飞船能源不足，宇航员因此不得不极度节约用电，在又冷又暗的环境中挨了近一周才回家。

一个燃料电池内部有31个反应室，使氢氧混合物在其中反应生成水，下部的大号铝合金盒子里头就装着反应室、氢贮箱、氧贮箱。一个燃料电池里头能装下145千克的液氧以及12.7千克的液氢。而每0.35千克的氢氧混合燃料就能产生1千瓦时的电，可见“阿波罗”飞船的电能供给相对而言还算宽裕。

虽然燃料电池是“阿波罗”飞船的主要能量来源，但一旦指令舱与服务舱分离，这个时候的供电就需要指令舱自己解决了。指令舱有两组电池，均为银锌电池。其中一组电池用于再入以及着陆后的电能供给，总电量为40安时；另一组电池用于引燃各种各样的火工品，包括发射时逃逸塔分离，对接LEM时与S-IVB分离，指令舱/服务舱分离，以及弹出降落伞等，总电量为0.75安时。这些内置电池安装在指令舱内部的靠近底下的装置面板中，以最大限度防止宇航员误操作。值得一提的是，指令舱内部的电线的布置与对接很大程度上由女性职工完成，可谓是“妇女能顶半边天”的真实写照。

在服务舱的顶端则有一个放射状的承接机构，这6根宽度约为5厘米的铝合金支撑柱将牢牢地托住指令舱，同时其表面又有圆盘状的压缩垫以帮助指令舱的隔热大底抵御发射与飞行时的震动。且可以保证在再入大气层之前，指令舱与服务舱分离时，服务舱不会有构件破坏隔热大底表面，导致事故的发生。

同时在服务舱的上顶面中，我们可以看到其表面有密密麻麻的线缆。这些线缆将汇集到指令舱的脐带接口部位，从而保证指令舱能够控制服务舱的主发动机、姿态控制系统、燃料电池以及通讯天线。这些连接线缆同样将在飞船再入大气层之前切断。

服务舱的底部则安装了一台火箭发动机，以及一个大号的隔热底板以防止主发动机工作的时候让内部的各种器件升温过快。

CSM的主发动机由阿罗杰特公司制造，这台火箭发动机的高度几乎占据了服务舱总尺寸的一半，将在真空中产生18.6吨的推力，是“阿波罗”飞船泊入月球轨道、返回地面的核心动力来源。由于采用了自燃燃料以及气体加压系统，这个发动机的结构相对很简单，不需要点火装置，也不需要涡轮泵，不过与LEM的上面级一样，CSM的主发动机同样是定推力的。这个主发动机具备了矢量推力功能，分别由两个方向控制器进行操控，分别对应了上下/左右两组摆动方向，这个方向控制器看起来类似一个方盒子，内部有两套互为备份的电磁阀，一旦电磁阀打开，就驱动内部的气压机构动作，从而在一定范围内调节发动机的摆动角度。

除此之外，服务舱的外周还有两组通讯系统，一组为甚高频（VHF），一组为S波段，与LEM的配置一致。VHF波段主要服务于航天器之间的通讯，以及天地语音通话，以及溅落后的应急通讯等；S波段则主要服务于天地之间的数据传输，包括但不限于电视信号、飞船实时数据上下行等。

在其中最吸引人的莫过于从服务舱外壳上伸出来的高增益S波段高增益定向天线。

这个S波段高增益定向天线是由4个直径约78厘米的抛物面天线，以及1个大小约为28厘米*28厘米的宽波束天线组成的，并且可以根据飞行需求自动/手动切换宽波束/中波束/窄波束工作模式。

S波段信号将与NASA构建的地面跟踪系统进行天地通讯，林林总总的地面站以及测控船遍布全世界，而其中最重要的部分则是位于美国加州的金石测控站，位于西班牙的马德里测控站，以及位于澳大利亚的堪培拉测控站。这些测控站之间的经度差约为120°，装备的26米直径天线可以保证实现地月全天候无死角通讯。

但就算是这些飞船上的装置的确定，也经历了一个比较曲折的过程。

我们再回到CSM的制造中。读到这里的朋友们可能还记得1962年，北美航空一口气造了两台全尺寸样机以及6台模型出来。模型很好理解，毕竟要吹风，也要靠这个模型来合理确定尺寸。但两台样机的进度也过快了。发生这种反常的进度过快的原因，则是北美航空公司觉得CSM需要进行全方位的测试，而此前上半年由于登月方式迟迟定不下来，将导致CSM在1963年-1964年的进度可能比较紧张。为了避免一步不到位，步步不到位的最坏情况发生，北美航空公司向NASA提出设计两种构型，block I与block II。这两种构型的唯一区别就是，I型是仅面向地球轨道飞行的构型，因此不带对接系统；而block II则是正式应用于空间飞行的飞船。

NASA对此表示赞同，并指出，CSM II型的进度将取决于CSM I型的设计进度，若是I型飞船不能确定下来的话就会有比较大的影响。同时，CSM I型上的一些测试成果有助于II型的进一步改进。

于是波普召集了人手确定I型飞船与II型飞船存在的共同点，并希望能够尽快落实一些比较容易确定的部分。在这段时间中，波普团队主要确定了逃逸塔以及降落方式的问题。这两个部分一旦确定，就能尽早开展应急逃逸与溅落实验。

时间到了1963年。北美航空公司的工程师们就飞行过程展开了多次推演，他们认为在一到二周的飞行过程中，宇航员需要自己动手维修一些设备。但是NASA怎么可能会同意这种要求呢？宇航员已经很辛苦了，修飞船是不可能修的，得靠工程师把可靠性提上去。并要求CSM上务必需要设置冗余系统，以应对可能存在的风险。

到了5月，随着对接任务的提出，北美航空公司的工程师们需要研究对接系统。对接的方式包括了首选的“软对接”（一步步接近目标飞行器，以便在途中进行修正）；备用的“硬对接”（跨过中间的层次递进对接步骤，直接对接）；以及紧急状况下的“出舱”。

CSM的设计与制造、测试以及宇航员的训练工作依旧在一步步进行着。

到了1964年3月，MSC与北美航空达成了CSM I型设计的共识，北美航空公司也很快拿出了一个样机。与LEM的套路一样，一个专家小组很快在4月底就来到了唐尼市的组装中心内。他们对CSM的走线、子系统的布置与对应的剖面示意图、降落伞的包装、以及电气元件进行了非常细致的检查。

跟着专家组们一起过来的是宇航员，作为系统的一员，宇航员们在CSM中的操作也是专家组需要考察的重要一环。在100多号专家进行了审慎评估后，专家组对其中70个指标给出了“通过”的意见，对其中12个指标给出了“尚待评估”的意见，对剩下的26个指标提出了“不通过”的意见。在这“不通过”的意见中，就包括了前面说的宇航员胳膊肘的问题。

而1964年春天，对于北美航空而言不太好过。一方面是专家组铁面无私的诊断报告，另一方面则是不断吃胖的CSM。没错，与LEM一样，CSM也不得不挨一记锉刀，来给自己减减肥。因此II型的进度显得尤为吃紧——专家组不通过的地方要整改，CSM的整体重量得下调，还有更重要的就是，冗余设计也要保障。北美航空的减重团队不得不从不必要的指令舱隔热层以及服务舱整体质量上面想办法。

NASA也对CSM II型的问题心知肚明，于是也组织了团队前往北美航空公司协助研究，两支团队马不停蹄的从图纸到实际一步步开始钻研。他们在指令舱中给月壤样本的储罐找地方，对CSM与LEM之间的连接隧道进行了仔细的检查，重新审视了对接系统，参与了隔热层与服务舱的减重工作，还给服务舱腾出了一个空的扇区好装一些科研仪器。

经过修改后的CSM II型原定在8月份接受专家组们的审查，但因为各种咕咕咕的原因，130人的专家团队直到9月29日才再次光临。专家组们对106个指标再次进行了考察，结果67个指标通过，23个指标尚待评估，不通过的指标达到了16个。

这个结果让所有人都如坠冰窟。CSM II型的评估结果比I型还不如，这意味着需要在更多的地方进行修改，然而时间不等人。不过就算是这样，由于部分样机的测试不需要安装上全部的设备，因此逃逸测试工作还在有条不紊地进行着。12月份，最大动态压力逃逸测试的成功大概算是1964年CSM唯一的慰藉了吧。

时间到了1965年，在1月15日，菲利普将军召开了会议，要求评估CSM的进度，并且设立各种时间节点，希望能够把CSM的研究进度拨回到正常轨道上来。

然而这样子的平衡工作实在是不易，MSC的先进飞船技术部主任约翰逊（Caldwell. C. Johnson）在1965年8月即指出，CSM减重的工作是唯一的难点。CSM又要减重又要保持各种装置的稳定工作，这样的操作属实棘手。因此各种各样的延期就成为不可避免的事情。6月份，在得知CSM I型004-007号测试机需要延期3-6周出厂，CSM II型重构的4000余份图纸仅仅完成了526份的时候，谢伊认为CSM的进度已经几乎处于失控的状态了。在6月份的时候，他这样子吐槽：“这个CSM的问题解决了一个，又引入了另一个。”看来不仅仅是火箭发动机，火箭主体，阿波罗计划的所有部分都遇到了大麻烦。迫不得已，谢伊在随后一段时间内表示，CSM没必要改的地方就不要改了，不改可能还行，一改可能就又出事。

而这样紧张的修改工作一直持续到了11月。在为期3周的设计图纸重新审查流程完毕后，专家组终于认为CSM有进展了——虽然仅仅是在设计上把设计缺陷给解决了，但至少已经在最终验收的方向上迈进。

在1966年1月20日，随着最后一次逃逸测试——高空逃逸测试的成功，CSM即将安装到土星-1B飞船上了。即将搭载于土星-1B首次任务——SA-201任务上的则是009号测试样机，这台样机从1963年开始组装，一直到1965年才送往测试，期间更换了各种各样的器件。在1965年10月，009号样机通过出厂测试，送往卡角。它又在卡角接受了出厂验收之后，送上了发射架。2月26日，在经历了延期之后，SA-201带着它送上了太空。

土星-1B将CSM送入了488公里的高空，此后服务舱主发动机工作了184秒，在停机了10秒之后，主发动机又工作了10秒，证明了发动机可以重复使用。此后，指令舱与服务舱分离，分别再入大气层，完成了这持续了37分钟的飞行测试任务。指令舱在溅落之后两个半小时由海军捞出。

虽然第一次飞行成功了，但它暴露了很多问题：1、主发动机在工作80秒后推力骤降30%；2、再入大气层后，飞船由于控制问题发生了滚转；3、有一些飞行器件由于短路发生了故障。

在对问题进行了解决后，同年8月25日，SA-202搭载着一台新的CSM再度出发，这次的任务持续时长达到了90分钟。主发动机启动了4次，共计工作200秒。指令舱在100公里高度的轨道上再入大气层，在威克岛附近海域溅落，“大黄蜂号”航母将其回收，专家组对隔热大底的烧蚀情况进行评估，认为其很好地完成了使命。

SA-203任务比SA-202要早，因为SA-203不携带飞船，只是用来观察S-IVB在失重状态下的再启动。因此在1967年举行的SA-204任务接在了SA-202后面。

1967年1月27日，随着一阵火光一级浓烟，三名宇航员维吉尔·格里森（Virgil I. Grissom）、爱德华·怀特（Edward H. White）、罗杰·查菲（Rodger B. Chaffee）葬身火海。

调查很快展开，CM-012很快被转移到34号工位，同时与CM-012同一批次的CM-014也火速从西海岸运到了东海岸、2月14日，初步的调查结果显示，CM-012内部没有发生爆炸，只是一场“单纯的火灾”；2月22日，1500名成员参与事故调查，其中600人来自政府，900人来自工厂与高校。经过了1个月的仔细研究后，事故调查结果在4月5日出炉，调查报告指出，是以下这些条件引发了悲剧：

1、密闭指令舱内充满了纯氧；

2、大量易燃材料的使用；

3、承载电流的线缆质量不佳；

4、生命保障系统使用的冷却液易燃，且管路较为脆弱；

5、乘员因为一些阻碍无法顺利逃生；

6、外部救援力量因为一些阻碍难以企及。

完全版的调查报告共计3000余页，将近20厘米厚。

但善后的事宜还是要继续。这场事故给整个阿波罗计划蒙上了一层阴影，所有人的工作重心都放在了事故调查以及解决方案上。MSC针对舱内的易燃材料进行了更换工作：它要求全国3000家实验室开展新材料选择工作，最后从500种材料中选择了特氟龙、玻璃钢等材料来替换易燃的尼龙；航天器中再也不灌注纯氧，以比较安全的混合空气取而代之；双层舱门的设计改成了单层，为宇航员逃生提供方便；涉及舱内线缆管道的材质全部被重新审查，有问题就更换……原先计划的1968年底前登月的目标显然是完不成了。

但是即使这样，任务还是需要完成。擦干眼泪，美国人还是要向前看。

11月9日，搭载着“阿波罗4号”（CM-017）的“土星五号”成功完成了第一次测试飞行。

1968年4月4日，“阿波罗6号”成功发射，完成了最大高度22200千米的亚轨道飞行，服务舱的发动机工作了约442秒，模拟了月球任务的工作时长。再入大气层的速度达到了10km/s，仅仅比设想的要低1.2km/s。

1968年10月11日，在事故一年半之后，“阿波罗7号”带着3名宇航员踏上了新征程。宇航员瓦尔特·施艾拉（Walter Schirra）、唐·埃斯利（Donn F. Eisele）、瓦尔特·科宁汉姆（Walter Cunningham）承载着美国人的希望，进入了飞船。虽然乘坐的载具为土星-1B运载火箭（SA-205），但宇航员们还是完成了模拟对接的任务，并开始了第一次电视直播。虽然在天上有一些不愉快的事情发生（施艾拉感冒了，所有宇航员对持续11天的失重略感不适应），但任务还是成功完成。

1968年12月21日，随着土星五号（SA-503）将弗兰克·博尔曼（Frank F Borman）、吉姆·洛威尔（James 'Jim' Arthur Lovell）、威廉·安德森（William Alison Anders）送到了月球轨道。美国人在这场旷日持久的航天竞赛中，首次实现了超过苏联人。在月球轨道的时候时值圣诞节，全美国的所有人都见证了这一时刻——一轮蓝色的星球，从月球的地平线上缓缓升起。这一刻载入史册。

1969年3月3日，“阿波罗9号”搭载在土星五号（SA-504）上发射。宇航员詹姆斯·麦可迪维特（James McDivitt）、大卫·斯科特（David Scott）、拉塞尔·史维考特（Russell Schweickart）在近地轨道上实现了CSM与LEM的正式对接，同时开展了出舱活动，测试了登月服的生命保障系统。

再后来就是本系列文章梦开始的地方了——“阿波罗10号”。1969年5月18日，宇航员托马斯·斯坦福（Thomas Stafford）、约翰·杨（John Young）、尤金·塞尔南（Eugene Cernan）踏上了奔月的道路，在持续了192小时的任务中，他们完成了登月前的彩排。

从1958年到1969年，“阿波罗”飞船的任务自NASA建立开始就贯穿期间。11年的筚路蓝缕，11年的坚持奋斗。在这期间有成果，有失败，甚至还有生命的代价。但人类的冒险精神是不会泯灭的，人类克服困难的恒心是不会泯灭的。

所有的条件都具备了，从地球到月球的演练也进行完毕了。箭在弦上，目标月球。

下周二，7月16日，是“阿波罗11号”乘员组出发50周年纪念日。

我们不见不散。

Reference：

CSM News ReferenceChariots for Apollo: A History of Manned Lunar SpacecraftTable of Contents

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来源：知乎 www.zhihu.com

作者：天才琪露诺

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