上文書講到了蘇聯(lián)和美國都實(shí)現(xiàn)了在月球表面的軟著陸，當(dāng)然美國人的水平要更高一些。起碼相機(jī)裝在桅桿上，站得高看得遠(yuǎn)。蘇聯(lián)的探測器就是個會開殼的鴨蛋，位置太矮了。

美國人的勘測者1號探測器軌道稍微一點(diǎn)偏移，導(dǎo)致落點(diǎn)偏了14公里，不過這個精確度也還算是不錯的了。勘測者1號在著陸以后，首先就是調(diào)節(jié)天線方向，和地球進(jìn)行通訊。先把本機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)報(bào)告回去。然后就開始傳輸拍攝的照片了。這個探測器前前后后拍了1萬張照片傳回地球。其中有一些照片可以拼在一起，形成一張包含四面八方的全景圖。地面科學(xué)家們終于看到了降落地點(diǎn)的地貌特征。

探測器附近的大石頭（50cm）

勘測者1號降落在一個名字叫幽靈的隕石坑里。這個坑有100公里那么大。這個坑里都是熔巖地貌特征，估計(jì)是億萬年前火山噴發(fā)的結(jié)果。周圍有不少大石頭，一個個尺寸都在1米以上。周圍還有不少大大小小的坑，看來月球遭遇的小撞擊也是一直沒斷過。

地面人員看到，探測器的腿只是沉入了月球表面2.5cm的深度?？梢哉f月球表面很結(jié)實(shí)，可以承受得起大型航天器的重量。

你別忘了，勘測者1號可是帶著3個濾鏡的。地面人員把紅綠藍(lán)三個顏色的照片拼在一起，再結(jié)合拍攝的黑白照片，就合成出了月球表面的第一張彩照。

著陸腿上有一個小圓盤，上面的是校色用的圖案，有點(diǎn)像個四瓣花，紅綠藍(lán)三色+中性灰色。利用這個色標(biāo)很容易校準(zhǔn)照片的白平衡。相機(jī)本身沒有白平衡功能，而是作為地面合成的參照。

不過我后來看他們校準(zhǔn)了顏色的照片兒，發(fā)現(xiàn)月球表面真的就是灰巴巴的，幾乎沒什么顏色，我還以為看的是黑白照片呢。其實(shí)不是，在角落里面能看到腿上那個校準(zhǔn)色標(biāo)。還真是彩色照片。

月球上的一個晝夜相當(dāng)于地球上的一個月。其實(shí)我們在地球上看到的月相就是月球明暗線的變化過程嘛。勘測者1號在月球上工作了好長時(shí)間，終于等到太陽快要落山了。天空沒有了陽光強(qiáng)烈的干擾，勘測者1號的相機(jī)采用長時(shí)間曝光的方式拍攝了天上的星星。這也算是人類第一次在外星球完成天文勘測。月亮上看星星和地球上肯定有少許的差異，這個位置差異可以用來導(dǎo)航定位。

勘測者1號拍攝的日冕

在1966年的6月14號，太陽終于下降到了月球地平線之下，利用這個機(jī)會，勘測者1號還拍攝了太陽的日冕層。我們看到的太陽的光主要都是光球?qū)影l(fā)出來的，光球?qū)訉?shí)在是太亮了，以至于周圍的日冕層都被這層光輝所掩蓋。所謂的太陽落山，其實(shí)就是光球?qū)咏档搅说仄骄€以下，但是日冕層還有好大一塊在地平線之上呢。我們地球有大氣的阻擋不太看得清日冕層。月球上完全沒有阻擋，可以好好研究一下日冕，勘測者1號拍攝了大量的日冕照片，發(fā)送回了地球。

太陽落山了，月球的溫度急劇下降。溫度很快就低到了-160攝氏度。勘測者1號的太陽能電池板也發(fā)不了電了，電池保存到那點(diǎn)電量也不多，而且溫度那么低，電池也失效了，勘測者1號進(jìn)入冬眠狀態(tài)。至于能不能醒過來，地面上的操控人員心里也沒底，現(xiàn)在就只能聽天由命了。

到了6月28號左右，按理說，勘測者1號所在的位置也應(yīng)該是天亮了，地面測控人員等著探測器被喚醒過來，左等沒信號，右等還是沒信號。又等了一個多禮拜，到了7月6號，探測器居然醒過來了。看來曬太陽得曬一個禮拜才能活過來。真不容易啊。抓緊時(shí)間拍攝了600張照片，等到7月13號，太陽又落山了。這時(shí)候，勘測者1號的電池電壓急劇下降，看來這個電池扛不住月球上的低溫，快要完蛋了。估計(jì)下一次日出，勘測者1號很可能是活不過來了。這次任務(wù)算是到此結(jié)束了。

勘測者1號

不過呢，到了1967年的1月份，美國人居然再一次把勘測者1號叫醒了?？睖y者1號再一次工作了12小時(shí)，發(fā)回了不少數(shù)據(jù)。估計(jì)這也算是發(fā)揮一下余熱吧。

美國人對勘測者1號的成果還是很滿意的，起碼勘測者計(jì)劃當(dāng)頭炮就打了一個開門紅，這是一個好兆頭。這都已經(jīng)是1966年了，60年代結(jié)束是在1969年，已故的肯尼迪總統(tǒng)當(dāng)年發(fā)下豪言壯語，要在60年代結(jié)束之前完成載人登月?，F(xiàn)在滿打滿算還有3年時(shí)間。所以美國人不得不加班加點(diǎn)，同時(shí)上馬好幾個月球項(xiàng)目。雙子座計(jì)劃已經(jīng)接近尾聲，阿波羅計(jì)劃馬上就要緊鑼密鼓的開展起來。著陸月球的勘測者計(jì)劃現(xiàn)在完成了第一步。環(huán)繞月球的月球軌道計(jì)劃也跟著同步展開了。

月球同步計(jì)劃主要解決兩個大問題，首先是進(jìn)入環(huán)繞月球的軌道，蘇聯(lián)人的月球10號就是干這個用的。這個技術(shù)難關(guān)，美國人也得過一遍。在進(jìn)入環(huán)繞月球的軌道之后，美國人要對月球表面拍攝超高分辨率的照片，為阿波羅登月尋找合適的降落點(diǎn)。

所以美國人啟動了月球軌道計(jì)劃，要發(fā)射5枚探測器，給月球做一個高分辨率的全球地圖。月球軌道探測器都是NASA的蘭利研究中心負(fù)責(zé)，戈達(dá)德太空中心也深度參與。畢竟這些計(jì)劃都是齊頭并進(jìn)，必須讓多家機(jī)構(gòu)來分擔(dān)一下。總不能什么工作都讓JPL去干。薅羊毛也不能專盯著一只薅對吧。

蘭利中心用來實(shí)驗(yàn)的飛機(jī)

NASA下屬的研究中心很多。這個蘭利研究中心主要工作是負(fù)責(zé)空氣動力學(xué)研究，很多NASA的試驗(yàn)機(jī)都是蘭利中心在鼓搗。

比如說測驗(yàn)無人駕駛空戰(zhàn)的戰(zhàn)斗機(jī)，還有降低音爆的超音速客機(jī)，這些都是蘭利的研究成果。當(dāng)然，蘭利也曾經(jīng)研究過太空交會對接技術(shù)，用在阿波羅登月計(jì)劃之中，而且宇航員都是蘭利中心負(fù)責(zé)培訓(xùn)的。

火星漫游者CG圖

后來蘭利中心還搞了火星漫游者計(jì)劃，他們也制造過火星車。

戈達(dá)德太空中心隸屬于哥倫比亞大學(xué)的地球研究所，專門負(fù)責(zé)科學(xué)研究。板塊學(xué)說和這個研究所有密切的關(guān)系。黑洞這個詞也是從這里傳播出去的，盡管黑洞這個詞不是在這里發(fā)明的。因?yàn)楦赀_(dá)德太空中心學(xué)術(shù)背景非常非常濃厚，所他們也深度參與了各種探測器的研發(fā)。那些探測器要觀測那些項(xiàng)目，研究哪些課題，往往都是戈達(dá)德太空中心提出目標(biāo)和計(jì)劃。

戈達(dá)德太空中心

戈達(dá)德太空中心同時(shí)還管理著沃洛普斯試驗(yàn)場，這是一個小型火箭發(fā)射場，用來做測試的。

火星降落傘在艾姆斯研究中心的風(fēng)洞吹風(fēng)，注意右下角和人的對比

艾姆斯研究中心側(cè)重于信息技術(shù)。什么超級計(jì)算機(jī)啦，人工智能啦，都是他們的拿手好戲。他們也鼓搗過很多的探測器，比如尋找太陽系外行星的開普勒望遠(yuǎn)鏡就是他們家搞出來的。他們家還有不少的大型風(fēng)洞，登陸火星用的減速傘，就是在他們的風(fēng)洞里測試的。他們還有一門垂直炮，就是把大炮豎過來打，用來模擬撞擊月球。

德萊頓飛行研究中心主要是負(fù)責(zé)飛行測試，登月用的那個噴氣垂直起降的模擬器就保存在那里。月球著陸的最后階段需要宇航員手動微操，靠精確控制反推系統(tǒng)完成前進(jìn)后退、上升下降這種復(fù)雜的操作，這么麻煩的事兒，你不得在地面上練練嘛，那就得造個垂直起降模擬器嘛。（現(xiàn)在德萊頓飛行研究中心改名為阿姆斯特朗研究中心了。）

1965年6月8日，阿拉巴馬州州長喬治·華萊士（左）、美國國家航空航天局局長詹姆斯·韋伯（中）和馬歇爾太空飛行中心主任布勞恩在飛行中心觀看了土星五號火箭首次試射。

馬歇爾太空航天中心是專門研發(fā)火箭的，前身就是馮·布勞恩領(lǐng)導(dǎo)的紅石兵工廠團(tuán)隊(duì)，美國載人航天計(jì)劃幾乎都離不開這個機(jī)構(gòu)的貢獻(xiàn)。土星五號火箭、航天飛機(jī)，都是他們領(lǐng)銜研究出來的。當(dāng)然各個子系統(tǒng)由承包商來負(fù)責(zé)。

斯坦尼斯太空中心的發(fā)動機(jī)試車臺

劉易斯中心是搞液體火箭發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)的。斯坦尼斯太空中心就是火箭發(fā)動機(jī)的試車臺。肯尼迪太空中心就是卡納維拉爾角發(fā)射場。這發(fā)射場其實(shí)大部分屬于軍方，NASA是民用機(jī)構(gòu)，占有的發(fā)射臺比軍方少多了。

還有白沙試驗(yàn)場，這個地方專門研究危險(xiǎn)的東西。凡是會炸的，會撞的，會栽下來的，都在這個地方做測試。這里有超長的跑道用于航天飛機(jī)降落，是作為肯尼迪太空中心、愛德華茲空軍基地之外的第三個備份降落場地。

總之，后面這幾家的工作比較單純，前面那幾家比較雜。大家的任務(wù)并不是涇渭分明，協(xié)作也能很多。好，我們大致介紹了NASA下屬的研究部門，未來我們少不得還要提到這幾家。下面還是說回正題。

月球軌道器略微像個葫蘆

月球軌道器是個很短的錐體，高度只有1.65米，底座寬度1.5米，底座上可以展開4片太陽能電池板。斜側(cè)面深出兩根長桿子，一頭是通信用的大鍋，另一端是全向天線。發(fā)動機(jī)就在錐體的頂端，這種探測器用的是馬夸特公司的440牛頓發(fā)動機(jī)。這個發(fā)動機(jī)和后來阿波羅飛船上用的姿態(tài)調(diào)整發(fā)動機(jī)是一樣的。發(fā)動機(jī)周圍有4個小噴嘴，用來精確調(diào)整姿態(tài)。

月球軌道器1號是1966年8月10號發(fā)射的。發(fā)射很順利，進(jìn)入到地月轉(zhuǎn)移軌道的時(shí)候出了點(diǎn)小問題，天文導(dǎo)航儀器找不到老人星，無法定位。老人星是全天第二亮的恒星，僅次于天狼星，是非常好的定位目標(biāo)。北半球高緯度地區(qū)是看不見老人星的，我國也只有在低緯度地區(qū)再能看見，這個老人星就是傳說中的南極仙翁。

月球軌道器1號上的可能是因?yàn)檫^熱導(dǎo)致尋星器失靈。地面發(fā)出指令，讓探測器稍微轉(zhuǎn)了一下身，避開陽光直射，這個問題就解決了。探測器飛行了92個小時(shí)之后，開始開發(fā)動機(jī)減速，這樣一來探測器就被月球的引力捕獲，順利進(jìn)入到了環(huán)月軌道。近月點(diǎn)186公里，遠(yuǎn)月點(diǎn)1867公里。這個軌道是個長橢圓軌道，偏心率很大。

我們大致要知道一個規(guī)律，一顆天體如果是高速路過，然后被一顆大天體捕獲，成為一顆衛(wèi)星，軌道一般來講，都會是這種偏心很嚴(yán)重的長橢圓。從這一點(diǎn)，我們就很容易判斷哪一顆衛(wèi)星上被捕獲的。長橢圓軌道要想變成圓軌道，必定是需要外部幫助的，要么是大氣阻力，要么就是潮汐引力。要么就是其他天體的干擾。對于月球軌道器1號來講，可以開發(fā)動機(jī)來調(diào)整軌道。經(jīng)過幾次調(diào)整，到了8月21號，探測器的近地點(diǎn)高度就降到了40公里，幾乎就是貼著月球表面飛過去。只有這樣才能拍攝到清晰度最高的月面圖。

相機(jī)組件

由此可見，美國人在軌道調(diào)整上的能力是非常強(qiáng)的。那么下一步就是對著月球拍照片了。為了獲得超高的分辨率，這一次美國人采用了膠片相機(jī)。相機(jī)是柯達(dá)公司研制的，有兩個鏡頭，一個是焦距80毫米的廣角相機(jī)。80毫米算廣角？對啊，這又不是家用相機(jī)，對人家探測器來講，80mm鏡頭就算是廣角了。那多少算長焦?。看鸢甘?60mm，難怪了。

膠片的寬度是70mm，長度呢，長度管夠，膠卷嘛，一卷是多長啊。膠片是可以平移的，需要短焦就挪到短焦那邊，需要長焦再挪回來。膠片也是特殊膠片，有點(diǎn)像是拍立得，太空里用藥水洗膠卷太麻煩了，想法子給弄成半干式?jīng)_洗。洗出來以后，用光電管掃描儀對膠片進(jìn)行掃描。用電信號一點(diǎn)一點(diǎn)發(fā)送回地球，然后在地球上用磁帶給錄制下來。數(shù)據(jù)下傳是很慢的，43分鐘大概能傳一張圖像。

當(dāng)初的圖像處理全流程極為復(fù)雜

這些圖像的分辨率如何呢？這些照片經(jīng)過處理，廣角照片相當(dāng)于8360x9800像素。長焦照片相當(dāng)于8360x33288像素。這個分辨率在今天也是非常高的了。每個像素對應(yīng)著月球上的1平方米大小。利用膠片作為中間介質(zhì)，獲得的等效數(shù)據(jù)起碼有幾十個GB，不用這種方式還真的沒辦法處理。水手4號用電子攝像管拍攝了照片，然后慢慢傳回來，數(shù)據(jù)等效于615K的量，分辨率差得太遠(yuǎn)了。沒辦法，那年頭數(shù)字化圖像處理能力太孱弱了。

當(dāng)然，因?yàn)槟z片粘連，沖洗有問題，光電掃描曝光過度等等一系列問題，這些照片的質(zhì)量還是打了折扣的。高分辨率照片的效果也不是很理想，因?yàn)橛绊懛直媛实牧硗庖粋€因素是抖動。探測器在繞著月球轉(zhuǎn)圈圈，鏡頭要嚴(yán)格的對準(zhǔn)月面上某個點(diǎn)，這樣拍照才能清楚。如果對準(zhǔn)有抖動或者錯位，圖像自然就是糊的。這個運(yùn)動補(bǔ)償系統(tǒng)出了毛病，一直對對不準(zhǔn)，廣角鏡頭問題不大，長焦可就受不了了。

80mm鏡頭拍攝的圖像

地面人員也沒有什么辦法，只能讓補(bǔ)償系統(tǒng)關(guān)閉。在距離月球比較遠(yuǎn)的地方拍出來的照片才像那么回事。長焦只能少拍點(diǎn)。

長焦拍攝的地月合影

不過呢，地面控制人員也借機(jī)拍攝了地球和月亮的合影，近處光禿禿的大地反而是月球，遠(yuǎn)處那個彎月牙反而地球，可惜照片是黑白的。地球的顏色細(xì)節(jié)看不清了。

現(xiàn)在還有人在搞數(shù)據(jù)考古，科學(xué)家們還在試圖用現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)去處理當(dāng)年留下來的磁帶數(shù)據(jù)?？纯茨懿荒軓倪@些數(shù)據(jù)里挖出更好的結(jié)果?，F(xiàn)在的處理技術(shù)已經(jīng)非常強(qiáng)了，可以輕而易舉的過濾掉噪音，也可以利用人工智能來銳化圖像。可惜當(dāng)年沒這個技術(shù)啊。

月球軌道器1號總共拍攝了42張高分辨率照片和187張廣角照片，這些照片覆蓋了超過500萬平方公里的月球表面，完成了大約75%的預(yù)期任務(wù)。換句話說，剩下的25%照片拍糊了，沒法看。探測器上的其他儀器也對月球引力進(jìn)行了探測，他們也發(fā)現(xiàn)，月球的質(zhì)量分布不均勻，也不對稱?？鋸堃稽c(diǎn)說，月球外形微微有點(diǎn)像個鴨梨的形狀。不過這種偏離非常小，我們?nèi)庋凼强床怀鰜淼摹?/p>

月球軌道器1號拍攝覆蓋范圍

到最后，月球軌道器1號被地面人員操控直接撞向了月球。名義上是為未來的月球軌道器2號空出通信頻率。其實(shí)是因?yàn)檐壍榔?號的用于調(diào)整姿態(tài)的氮?dú)庖呀?jīng)沒多少了，干脆最后撞一下月球算了，好歹聽個響嘛。人家美國人樂意。

美國人一方面在探月方面緊鑼密鼓，但也不妨礙他們捎帶腳高一點(diǎn)短平快項(xiàng)目。從先驅(qū)者6號開始，一直到先驅(qū)者9號，這就是當(dāng)時(shí)JPL忙里偷閑搞的太陽系探測任務(wù)。先驅(qū)者計(jì)劃分了好幾段，看名字似乎有延續(xù)性，其實(shí)不是一碼事。

6、7、8、9這四顆探測器都是一批造的，功能都差不多。就是為了探測太陽系里的太陽風(fēng)、宇宙射線、太陽磁場。我們會發(fā)現(xiàn)，這些信息的數(shù)據(jù)量很小。比拍照片少多了。而且拍照片需要非常精確的指向能力。但是探測這些數(shù)據(jù)并不需要。所以，這種探測器就可以做的非常便宜。

先驅(qū)者6、7、8、9號

所以這個系列的探測器采用了自旋穩(wěn)定，啥意思？就是說，讓這個探測器轉(zhuǎn)起來，這東西就會像個陀螺一樣，保持一個軸向是穩(wěn)定的，那就夠用了。如果你要保持三軸穩(wěn)定，那就必須在探測器里面安裝精確的陀螺儀，安裝調(diào)整姿態(tài)的噴口或者是小發(fā)動機(jī)。自旋穩(wěn)定全都用不著，便宜啊。

既然如此，這個探測器也不能用太陽能電池板了。自旋穩(wěn)定哦，探測器一秒鐘轉(zhuǎn)一圈哦。還太陽能電池板呢？掄起來不成了大風(fēng)車?yán)?。不行，只能在圓柱體的探測器表面貼一圈電池板，誰曬太陽誰發(fā)電，背陰處就不工作唄。反正這個探測器耗電量不大，大家輪流發(fā)電足夠用了。

探測器上裝了不少儀器，能探測各種帶電粒子，能夠探測磁場的分布。探測器發(fā)射以后是繞著太陽轉(zhuǎn)的，所以它們都是人造行星。地面可以用無線電和探測器進(jìn)行通信。而且還可以在遠(yuǎn)距離宏觀上對太陽系帶電粒子密度進(jìn)行測量。

這事兒是怎么干的呢？其實(shí)很簡單，我們都知道電離層是會對無線電通信有影響，對于不同的無線電頻率，不同的電離層會有不同的反應(yīng)，有的吸收，有的反射。電離層是啥?。烤褪歉邔哟髿獗徊鸪闪藛为?dú)的帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核。行星際的那些帶電粒子，其實(shí)也就是一碼事，只是更加稀薄而已。這些帶電粒子也會對無線電通信造成影響。

歷史上，人類玩兒無線電能玩兒出好多花頭。甚至可以利用無線電掩星現(xiàn)象來探測行星大氣層。啥叫“無線電掩星”啊？就是某顆探測器飛到行星背后去了。在飛到行星背后的那一刻，無線電有可能被行星大氣所折射，也可能被行星大氣高層的電離層所發(fā)射，我們可以通過地面和探測器之間的無線電通訊信號的變化來檢測到這些現(xiàn)象。新視野號也用這種招數(shù)探測過冥王星大氣層。

1965年，美國人發(fā)射了先驅(qū)者6號。1966年，就在月球軌道器升空1個禮拜之后，NASA就發(fā)射了先驅(qū)者7號。先驅(qū)者6號工作了足足34年，先驅(qū)者7號和后來的8號9號探測器工作了28年，難怪JPL的人聲稱這是性價(jià)比最高的深空探測器呢。

月球11號的紀(jì)念郵票

先驅(qū)者7號發(fā)射以后1個禮拜，蘇聯(lián)發(fā)射了月球11號探測器。這顆探測器據(jù)說是成功的，但是沒有拍攝的照片流傳出來，可能入軌是順利的，也的確是繞著月球轉(zhuǎn)圈圈了，但是姿態(tài)控制被卡住了，相機(jī)沒辦法對準(zhǔn)月球，所以白跑一趟，啥也沒拍到。但是其他的數(shù)據(jù)獲取不受影響。

好了，到此為止，美國和蘇聯(lián)都成功的進(jìn)行了月球表面軟著陸和進(jìn)入環(huán)月軌道拍照。大家基本上達(dá)到了旗鼓相當(dāng)?shù)乃?。下一輪的競爭就要開始了。我們下次再說。