月球上不能发射火箭，登月的宇航员是怎么返回地球的？

1969年，美国阿波罗11号成功实现人类首次载人登月，这一壮举至今仍被视为人类航天史上的里程碑。

然而，许多人对于登月舱如何从月球表面返航感到疑惑：月球上没有发射台和重型火箭，登月舱是如何克服月球引力并返回地球的？

月球返航的关键在于引力和轨道力学。地球的引力是月球的6倍，这意味着在月球上起飞所需的能量远低于地球。

此外，月球没有大气层，不存在空气阻力，这使得航天器在月球表面起飞更加高效。

地球的质量约为月球的81倍，表面重力加速度为9.8 m/s²，而月球表面重力加速度仅为1.62 m/s²。这意味着，在月球上起飞所需的推力和燃料远少于地球。

例如，阿波罗11号的登月舱上升段重量仅为4.7吨，其中2.4吨是燃料。由于月球引力小，这4.7吨的重量在月球上仅相当于地球上0.8吨的重量，相当于“两头猪”的重量。

从地球表面起飞，航天器需要达到11.2 km/s的第二宇宙速度（逃逸速度）才能脱离地球引力。而在月球上，逃逸速度仅为2.38 km/s，环月轨道速度更低，约为1.68 km/s。这意味着月球返航所需的能量远低于地球起飞。

阿波罗11号的返航过程可以分为以下几个关键步骤：

阿波罗11号由土星五号火箭发射升空。

土星五号是当时推力最大的火箭，总重量超过3000吨，能够将45吨的阿波罗飞船送入地月转移轨道。火箭在进入地球轨道后，推进器脱离，阿波罗飞船进入地月转移轨道，直奔月球。

阿波罗飞船进入环月轨道后，登月舱（LM）与指令舱（CM）分离。登月舱由上升段和下降段组成，下降段负责减速并实现软着陆，而上升段则用于从月球表面起飞。

登月舱的上升段重量仅为4.7吨，其中2.4吨是燃料。由于月球引力小，上升段只需达到1.68 km/s的速度即可进入环月轨道。

起飞后，上升段与下降段分离，上升段携带宇航员和月球样本进入环月轨道。

上升段进入环月轨道后，与指令舱对接。

宇航员和月球样本从上升段转移到指令舱，随后上升段被抛弃。指令舱点火变轨，进入地月转移轨道，最终返回地球。在进入地球大气层前，服务舱与指令舱分离，指令舱通过降落伞减速，安全着陆。

嫦娥五号的返航过程与阿波罗11号类似，但采用了全自动化设计，任务复杂度更高。以下是嫦娥五号的关键步骤：

嫦娥五号由长征五号火箭发射升空，进入地月转移轨道。

嫦娥五号进入环月轨道后，着陆器与轨道器分离。着陆器由上升器和下降器组成，下降器负责减速并实现软着陆，而上升器则用于从月球表面起飞。

着陆器在月球表面完成采样后，上升器携带月球样本从月球表面起飞。由于月球引力小，上升器只需达到1.68 km/s的速度即可进入环月轨道。

上升器进入环月轨道后，与轨道器对接。月球样本从上升器转移到返回器，随后上升器被抛弃。轨道器点火变轨，进入地月转移轨道，最终返回地球。在进入地球大气层前，返回器与轨道器分离，返回器通过降落伞减速，安全着陆。

尽管月球返航的原理相对简单，但实际操作中仍面临许多技术挑战：

月球返航需要精确计算轨道参数，确保航天器能够进入正确的环月轨道并与轨道器对接。这需要高度精确的导航和控制技术。

嫦娥五号采用了全自动化设计，无需人工干预即可完成轨道对接。这需要先进的传感器、控制系统和算法支持。

由于月球返航所需的燃料较少，航天器的设计可以更加轻量化。然而，如何在有限的燃料和推力下实现精确控制，仍是一个技术难点。

从阿波罗11号到嫦娥五号，月球返航的实现依赖于对引力和轨道力学的深刻理解。月球引力小、无大气阻力的特点，使得月球返航成为可能。尽管任务复杂度高，但通过精确的轨道计算、自动化的对接技术和燃料优化，人类已经成功实现了多次月球采样返回任务。