上文書講到了美國和蘇聯(lián)的金星探測器，金星探測的窗口期大概是19個月遇到一次。這個時間窗口過去了，那就只能等下一個時間窗口了。所以金星這檔子事兒就先放一放再說。目前月球才是主要任務。下一步美國人要發(fā)射勘測者4號探測器了。

勘測者系列探測器的外觀都差不多?？睖y者4號跟勘測者3號長得幾乎一樣，也帶著一個挖掘機的鏟子。這一次的目標選在了月球中央海一個直徑60公里的區(qū)域，這個地方不太平整，因此著陸難度比勘測者3號大得多。因此發(fā)射窗口每天只有一次，而且這個窗口期只有6.5分鐘，過了時間就不行了。地面上新建的深空測控網(wǎng)絡也要密切配合才行。

勘測者4號

所以啊，發(fā)射的時候出了一點小波折，半人馬座上面級的推進劑閥出了點毛病，不得不把探測器先摘下來，然后才能檢修。發(fā)射窗口期只有6分半鐘。因為這一個很簡單的檢修，就導致這個窗口期就錯過了，只能再等一天。第二天因為要多加一點燃料，稍微多花了一點時間，在窗口期僅剩下29秒的時候，宇宙神火箭終于發(fā)射升空。

說實話，這個時候美國人的宇宙神火箭搭配半人馬座上面級已經(jīng)很成熟了。這枚火箭順利的把勘測者4號送入了飛向月球的軌道。在發(fā)射以后12分鐘以后?？睖y者4號和半人馬座上面級分離，展開了太陽能板。星光導航裝置也鎖定了老人星。一切都顯得很順利。發(fā)射6.5小時以后，地面測控人員確認了探測器狀態(tài)良好。戈德斯通地面測控站的大型拋物面天線一直在緊盯著這顆探測器的飛行軌跡。

美國在加州的莫哈韋沙漠之中建造了這個深空測控站，就是為了遠離大城市的無線電干擾。在澳大利亞的堪培拉郊外，一集西班牙的馬德里郊外，也都建有類似的深空測控站。地球是要自轉的，有了這個三個測控站，隨便探測器朝著地球哪一面，總有測控站的大天線可以盯著它。勘測者4號的軌跡比較精確，只要在途中稍微修正一下就行了。

戈德斯通地面測控站

1967年的7月16號，勘測者4號開始了著陸月球的準備，7月17號凌晨，勘測者4號開始改變姿態(tài)，雷達高度表顯示現(xiàn)在距離月球表面有96公里。開始進入點火倒計時。凌晨2點鐘，調整姿態(tài)的游機點火，在1秒之后，主發(fā)動機也點火了。開始反推著陸進程。看上去一切都很順利。但是在主發(fā)動機工作了42秒以后，地面測控站突然丟失了勘測者4號的信號。按照計算，這時候勘測者4號在月球上空14.9公里的高度，速度是每秒326米。按照這個趨勢，勘測者4號要是熄火的話，肯定會摔扁的。

這到底是通信系統(tǒng)故障了呢？還是出了什么別的麻煩？按照計算，在信號丟失以后得兩分半鐘之后，探測器就應該著陸了。NASA的工程師只能先假定探測器著陸了。只是通信出了毛病。于是，他們就開始向探測器發(fā)出各種指令，但是探測器根本沒反應。到了世界標準時間早上8點鐘，戈德斯通測控站的月亮落到了地平線之下，測控無法繼續(xù)進行。

馬德里測控站

在接下來的34個小時里，NASA通過三個測控站不斷對勘測者4號發(fā)出了4255條指令，勘測者4號始終沒反應。到此為止，所有努力全都白費?？睖y者4號看來已經(jīng)完蛋了。NASA組只了一個委員會來調查原因。到最后啥也沒查出來。因為信息太少了，畢竟此前所有數(shù)據(jù)都是正常的。然后通信突然就斷了。有些人猜測，可能是反推火箭爆炸了，不過也只是猜測而已。

所以，JPL的工程師也沒辦法獲取任何改進的線索，那就索性不改了?？睖y者5號和勘測者4號基本上還是一樣的。發(fā)射日期定在了9月8號。這一次要著陸的地點就是后來阿波羅11號登月的那個靜海地區(qū)。這一次的著陸難度更大，探測器的軌跡和月球表面的夾角達到了43度，幾乎就是斜著落下去。因此需要拐個彎，才能把這個角度掰過來。變成垂直下降。

這次發(fā)射的過程還是很順利的。宇宙神半人馬座火箭表現(xiàn)良好。順利的把探測器送進了登月軌道。探測器和火箭分離以后也很順利。第一步對準太陽，第二步找到老人星，就可以保證自己的姿態(tài)是穩(wěn)定的。半途中還修正了一次軌道，優(yōu)化了登月的條件。

就在完成了中途軌道修正之后，對面的工程師發(fā)現(xiàn)探測器不對勁，因為氦氣儲罐的壓力在不斷降低。這說明氦氣在不斷的泄漏。這些氦氣是用來干什么的呢？是用來把燃料壓進火箭發(fā)動機燃燒室用的。假如氦氣全都漏光了，那么火箭發(fā)動機就無法工作了。

勘測者5號

如果這些氦氣被泄露到了太空里，也就是說噴出去了那么探測器的姿態(tài)肯定會發(fā)生改變，他們目前沒有發(fā)現(xiàn)這種情況，這說明什么呢？說明這些氦氣并沒有漏到探測器之外，而是漏進了燃料箱，也就是說燃料箱里面的壓力變得越來越高。但是燃料箱有個自動放氣的閥門，如果壓力高到一定程度就會放氣，這就會導致氦氣真的泄漏到太空里。

那現(xiàn)在怎么辦呢？工程師們確定導致泄露的原因是因為調節(jié)閥故障。要想讓這些調節(jié)閥正常工作，就必須開啟游機燒一會兒。這一下就把后面所有的流程全部打斷了。因為這些姿態(tài)調整發(fā)動機一開機，軌道也不對了，探測器姿態(tài)也不對了，反正什么都亂了。那也沒辦法啊，現(xiàn)在只能死馬當活馬醫(yī)了。那也沒辦法，先開10秒鐘再說，發(fā)現(xiàn)不靈，氦氣依然還在往燃料罐里漏。再開23秒，發(fā)現(xiàn)還是不行。

現(xiàn)在探測器的姿態(tài)已經(jīng)亂了，所以還得想辦法把姿態(tài)調回來，游機又開了12秒，緊接著又是一個半秒的短脈沖。結果到現(xiàn)在為止，氦氣依然還在泄漏。那現(xiàn)在該怎么辦呢？眼看著月球越來越近了。這時候工程師們拿出一個方案，就是說繼續(xù)原有的著陸計劃，但是反推引擎比正常時間晚開12.33秒，剩下的那點氦氣將將夠能夠讓探測器著陸在月球表面。

因為是臨時改變了著陸程序，編寫完畢的程序保存在錄音磁帶里，然后由地面測控站把這些數(shù)據(jù)傳給勘測者5號。我小時候是真的見過計算機數(shù)據(jù)直接保存在家用錄音機磁帶上，一盤磁帶大概相當于600K容量。NASA使用的磁帶應該更高級。不過原理都是一樣的。

地面人員在中途又啟動了幾次游機，燒到了12.2公斤的燃料，這樣的話航天器就變得更輕了。最后一次航向修正，燃燒時間是5.45秒。大約過了15個小時以后，氦氣泄漏停止了，其實就是氦氣儲箱和燃料箱里面的壓力基本上保持了平衡。

最后游標發(fā)動機是在距離月球表面45.7公里的距離上啟動了。1.07秒之后固體反推主引擎點火。在1265米高的高空反推引擎燒光了。游機發(fā)動機加大推力，保持著探測器穩(wěn)穩(wěn)當當繼續(xù)減速，到距離月球表面僅僅4米的高度，游機關機。探測器順利落月。只可惜，登月地點偏差比較大。此地是個斜坡，探測器的姿態(tài)不太對。不過這也算是不幸之中的萬幸了。這時候燃料罐里的壓力也僅僅是勉強夠用。

勘測者5號落地姿態(tài)

著陸之后的78分鐘，勘測者5號就開始通過低增益天線發(fā)送回第1批照片。這批照片的分辨率不算高，橫向分辨率只有200線。之后呢，就開始傳輸分辨率更高的圖像，分辨率大概是600線。通過這些照片，地面上的測控人員才發(fā)現(xiàn)，這是一個9×12米的小坑，探測器的傾斜程度大概是20度，所以他的天線要想對準地球方向就顯得比較費力。

勘測者5號拍攝的照片拼接

現(xiàn)在拍照片已經(jīng)是常規(guī)任務了。這個探測器還有一個重要任務，就是用阿爾法散射儀探測一下月壤。在月球上的第1個月晝，這個傳感器一共積累了83個小時的數(shù)據(jù)?？茖W家們通過這些數(shù)據(jù)分析出月球土壤中存在氧、硅和鋁等等元素，這些成分和地球上的玄武巖是一樣的。玄武巖的成分主要是二氧化硅，三氧化二鋁氧化鐵和氧化鈣。因為含有氧化鐵的成分，玄武巖是可以被磁化的。

著陸腿上的磁鐵位置

既然如此，月球的月壤是不是也能被磁化呢？你別說，美國人在勘測者5號的腳上裝了一對磁鐵。就是為了看看月壤是不是能夠被磁鐵吸引。用探測器上的攝像頭盯著著陸腿拍照，真的發(fā)現(xiàn)著陸腿上的磁鐵沾了不少的塵土，比沒有磁鐵的部位沾得更多，說明月壤是可以被磁化的。

著陸腿“蘑菇頭”外面釘了一條磁鐵

現(xiàn)在科學家們知道，月球上的玄武巖含鐵比地球還高。不僅僅是以氧化鐵的形式存在，還以鈦鐵礦的形式存在。也就是一個鈦一個鐵加三個氧原子所構成，這東西也有磁性。

勘測者5號對著腿拍攝的特寫，著陸的時候產生的滑動，在地面上犁出一道槽

勘測者5號在月球上工作了53個小時以后，在地面控制之下，游機發(fā)動機點火。讓探測器在月球上跳了一下，挪了個地方。其實也沒挪多遠，也就是10公分左右。這就是為了看看如果在月球表面開發(fā)動機，揚塵情況如何。月壤是如何被發(fā)動機氣流吹開的。這都是為了以后載人飛船從月面起飛做準備。那時候沒辦法拍視頻，只能拍靜態(tài)照片。數(shù)據(jù)傳回來之后，地面研究人員就對比開發(fā)動機前后的照片，發(fā)現(xiàn)月壤的確是被吹動了，但是不算太厲害。并不是那種飛沙走石的效果。

既然探測器挪了個地方，阿爾法散射儀也就跟著一起挪地方了，就這樣在新地點又采集了65小時的數(shù)據(jù)。隨著太陽角度的升高，探測器也跟著升溫。因為這個探測器是斜著的，所以原本曬不到太陽的地方現(xiàn)在曬到了。所以局部升溫很嚴重。不得已，只能關閉一些儀器降低內部熱量。同時調整太陽能板的位置，過來遮一下陰。哪個拋物面天線大的喇叭口也剛好可以當陽傘來用。這段時間是肯定無法繼續(xù)工作了，白白損失了28個小時。

Alpha散射儀換了個地方

等到酷熱過去，探測器的儀器也就開始繼續(xù)工作。結果發(fā)現(xiàn)調焦裝置壞了。只能盯著某個距離探測，其他地方都是糊的。濾鏡輪也壞了，想拍彩色照片也不可能了。不管怎么說吧，拍照一直就沒停過。前前后后拍了一萬多漲照片。只是到了后來攝像管放大器嚴重老化，圖像噪音很大，也很模糊，但是也還是有用的素材。同時，這個探測器還利用地球遮蔽太陽的過程，獲取了一下月球表面的散熱特性。太陽被擋住，月球表面溫度會下降，太陽出來又會升高，利用這一冷一熱這短時間內的溫度變化，就能計算出月球的熱特性。

前前后后，勘測者5號在月球表面工作了3個月。算是為日后的登月工作獲取了大量的數(shù)據(jù)，雖然降落過程比較嚇人，但是最后也算是圓滿完成任務。后續(xù)的勘測者6號和7號的任務也是大同小異。都是為后續(xù)的阿波羅任務尋找降落地點。那一陣子，美國的探月任務也算是比較順利的。同期，蘇聯(lián)也發(fā)射了月球14號，這個探測器也是一個環(huán)繞器，這個探測器帶了輻射計，帶了實驗用的齒輪機構。還是為以后的月球車做技術準備。同時做無線電通信測試。原本計劃是繞則月球轉悠1個月，最后工作了75天。

蘇聯(lián)聯(lián)盟-7К-Л1飛船

順帶一提，蘇聯(lián)的探測器系列無人飛船一直不順利。這東西其實就是單人版的聯(lián)盟7K飛船，是載人登月用的，在有人飛行之前先來幾次無人版，用質子號運載火箭發(fā)射，可惜總是失敗。由此可見，蘇聯(lián)在載人登月方面遠遠不如美國。同時期的阿波羅8號已經(jīng)成功的完成繞月飛行，而且還搞了電視直播。蘇聯(lián)只能在無人探測器方面爭取找回面子，但是即便在無人探測器方面，他們也是不如美國的。起碼月球系列就比勘測者系列探測器要簡單，儀器設備的性能也差著一大截呢。

就這樣，1968年就過去了。1969年一開年，蘇聯(lián)人又發(fā)射了金星5號和6號兩顆金星探測器。這個窗口期，一次發(fā)兩顆，算是雙保險。這一次美國人倒是沒跟著湊熱鬧?，F(xiàn)在美國人對金星完全不感冒。倒是對火星充滿了興趣。因為金星的環(huán)境太單調，不可能取得什么有價值的科研成果。這一點上美國人比蘇聯(lián)人更加務實。

金星5號發(fā)射前的準備工作

當時蘇聯(lián)科學家還是相信金星4號落在一座山的山頂。但是這個說法遭到美國人的反對，特別是卡爾·薩根。這個爭論影響到了金星5號和6號的設計。金星5號去掉了磁場計，反正金星的磁場太微弱，測不測無所謂。原計劃搭載法國人制造的溫度表和壓力表?？上О?，法國不虧是革命老區(qū)啊。5月份爆發(fā)了全國性大罷工。溫度表和氣壓表都完不成了。蘇聯(lián)人只能用自己造的儀器代替。對了，那個雷達高度表也做了改進，這次不會出現(xiàn)誤差了。

這兩顆探測器的發(fā)射時間相差了5天，一顆是1969年的1月5號，一顆是1月10號。這兩顆探測器倒是一路順利，5月份，它倆到達了金星附近，金星5號是在3.7萬公里的距離上釋放了著陸器，金星6號是在2.5萬公里的距離上釋放著陸器的。這兩個著陸器打開降落傘之后，一個在飄了53分鐘，一個飄了51分鐘。反正時間差不多長。有人可能會問，為啥上次金星4號飄了93分鐘，這次金星5號和6號連一個小時都沒到呢？這是因為蘇聯(lián)人縮小了降落傘的面積，留空時間當然就變短了。

蘇聯(lián)在克里米亞半島上的測控天線

大家已近知道了，金星大氣異常濃密，既然如此，減速傘的面積就不需要太大了。再說了探測器耐熱和耐壓的時間有限，你得趁著探測器壞掉之前，到達金星表面。所以，降落速度就不能太慢。所以這次時間比上次短多了。即便如此，這兩個探測器還是在18公里的高度上被壓扁了?？磥磉€是低估了金星大氣的惡劣程度。

通過金星5號和6號發(fā)回的數(shù)字，科學家們建立了比較完善的金星大氣模型。比如金星表面溫度確定是在497±60攝氏度。大氣壓確定是在67~135巴，最可能的數(shù)字是90巴。也就是大約90個地球表面大氣壓，壓力相當于90米的水下。

2月份蘇聯(lián)發(fā)射了一個月球探測器，可惜當場就炸了。4月份又發(fā)了一顆，還是沒成功，完全沒有進入預定軌道。所以這兩顆探測器無法獲得正式編號。蘇聯(lián)這一年流年不利，發(fā)射的探測器屢屢出問題。2月份恰好是探測火星的窗口期，蘇聯(lián)人的火星2B和火星2C探測器也是接連失敗，發(fā)射沒多久就爆炸了。

水手6/7號

美國人當然也沒閑著，他們發(fā)射了水手6號和7號兩顆火星探測器，這兩顆探測器倒是成功了。只不過飛到火星還要等上起碼半年。就在這半年，美國航天可以說是快馬加鞭爭分奪秒。先是發(fā)射阿波羅10號，為登月進行了最后的彩排。

蘇聯(lián)人在載人登月上已經(jīng)無望了，所以希望在無人月球自動取樣返回，還有月球車上能超過美國人。趕在阿波羅11號發(fā)射之前3天，蘇聯(lián)人發(fā)射了月球15探測器。蘇聯(lián)官方宣稱的用途是研究月球引力場和月球表面的化學成分。但是有些消息靈通人士透露，蘇聯(lián)人其實想搞月球采樣返回。

蘇聯(lián)人用的火箭力氣小，因此月球15號只能走一條速度慢的軌道。美國的土星五號運載能力強大，所以阿波羅飛船飛得快，反而是后發(fā)先至。7月21號，尼爾·阿姆斯特朗開始了月球漫步。月球15號還在開雷達探測地形，要找個平坦的地方降落，可惜雷達掃到的地方到處都是大石頭，根本無法降落。從進度上來講，月球采樣返回是肯定落在美國人后邊了。美國人是派人上去搬啊。

月球15號效果圖

到最后，月球15號和地面失去了聯(lián)系，撞向了月球表面。墜毀地點距離阿波羅11號大約800公里。美國人贏了。美國和蘇聯(lián)之間的第一輪較量是以美國人的獲勝而告終。因為登月成功而引起的巨大轟動，讓大家完全忽略了遠在億萬公里之外的那兩顆火星探測器水手6號和7號。它們又會帶來什么樣的消息呢？我們下回再說。