阿波罗计划深度解析：为什么深空探索是发展新质生产力的重要环节之一？

阿波罗计划深度解析：为什么深空探索是发展新质生产力的重要环节之一？

阿波罗计划是人类历史上最伟大的技术成就之一，它不仅实现了美国赶超苏联的政治目的，还带动了20世纪60、70年代美国和全世界计算机技术、通信技术、测控技术、火箭技术、激光技术、材料技术、医疗技术等高新技术的全面发展。

阿波罗计划：科技革命下美国的杀手锏

苏联领跑太空竞赛，美国追赶决心坚定

太空竞赛是二十世纪中后期新一轮科技革命背景下美国和苏联之间为实现卓越航天能力演进而进行的探索。随着和平成为时代主题，大国间科技文化方面竞争日趋白热化，科技水平是国家实力的重要体现。20世纪50年代后，探索太空成为科技革命的延伸。

苏联在太空竞赛中领跑半步，美国提出阿波罗计划决心奋力追赶。

（1）1957年10月4日，苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星——斯普尼克1号，标志着太空竞赛进入白热化。美国迅速作出反应，于1958年发射探索者1号，并成立了国家航空航天局（NASA）。NASA是美国联邦政府的独立机构，定位为美国民用航天的领导者，集中力量统筹美国的太空探索。

（2）1957~1961年，太空竞赛从机器延伸到生物。1957年11月，苏联将“太空狗”莱卡发射到太空，作为回应，1961年美国则将黑猩猩哈姆送入太空。

（3）1961年，苏联宇航员加加林成为世界上第一个进入太空的人，同年，为扭转在太空竞赛里程碑事件屡次落后的局面，肯尼迪在国会发表的《国家紧急需要》演讲中公开提出了在10年内将人类送上月球并安全返回地球的目标，即阿波罗计划。

图1：斯普尼克1号卫星

图2：首位进入太空的航天员加加林

阿波罗计划在政策、预算、机构等方面得到顶格支持。

政策及政府表态方面，1958年的《国家航空航天法案》创立了NASA，并设立了一个由总统担任主席的国家航空航天委员会，为太空探索提供了明确的法律基础。1962年，在肯尼迪访问莱斯大学时发表了一篇著名演讲：“我们选择登上月球，并不是因为它们容易，而是因为它很困难”，再次重申了美国政府致力于实现阿波罗计划、以和平方式赢得太空竞赛的坚定立场。

机构方面，负责阿波罗计划的NASA吸收合并了美军海军研究实验室的先锋计划、陆军的喷气推进实验室和由冯·布劳恩领导的陆军弹道导弹局，NASA在美国民用航天领域的领导地位得到确定。

预算方面，阿波罗计划提出后，NASA的预算水涨船高，占比从不足联邦总支出的1%增长到1965年的4.31%。同时，NASA一半以上的预算都集中在阿波罗计划上，阿波罗计划实质上成为美国20世纪60年代中期的首要任务。

图3：肯尼迪在莱斯大学的著名发言

美国“水星计划”和“双子座计划”的成功为载人登月的顺利进行奠定了基础。

水星计划是美国的第一个载人航天计划，其目标是将人类送入地球轨道，其成功是美国载人航天的先驱。为保障阿波罗计划的顺利进行，美国还于1961年~1966年开展了“双子座计划”，主要目标是开发并测试在太空中执行关键任务的技术，如舱外活动、轨道对接和长时间太空飞行等，为登月行动的顺利开展提供了必要的技术和经验基础。

表1：20世纪60年代前后美国的航天计划

阿波罗成本：超3000亿美元，运载火箭和航天器是主要投资对象

阿波罗计划的成功背后是巨大的资金支持。据Theplanetarysociety统计，1960年至1973年间，美国在阿波罗计划上的花费约为258亿美元，其中包括直接项目成本206亿美元和地面设施、管理费用52亿美元。加上双子座计划和机器人登月计划，美国为了实现载人登月总共花费了280亿美元。按通货膨胀调整至2022年后约为3065亿美元。

表2：1960~1973年美国登月计划成本情况

阿波罗计划一度成为美国最优先事项。NASA开支从1960年开始出现迅猛提升，占美国联邦支出比例从0.43%增加到1965年的4.31%。（目前稳定在0.5%左右）其中与载人登月相关开支在1964~1968年占比达到70%。

图4：NASA开支占联邦支出比重在1960S中后期达到峰值

图5：登月相关支出占NASA总支出比重（单位：亿美元，按2022年折价）

在阿波罗计划的项目成本中，占比最高的是土星系列运载火箭和航天器（包括指挥/服务舱、登月舱等）。从成本曲线上来看，阿波罗计划相关成本在登陆月球之前达到峰值，随着工作从研发转向生产和运营，项目的总成本下降。

图6：阿波罗计划各项目项目成本占比（单位：亿美元，按2022年折价）

美国在土星系列运载火箭上共花费了94亿美元（折价1060亿美元），其中主要包括土星Ⅰ号、土星IB和土星Ⅴ号。土星Ⅰ号（成本8.6亿美元，折价113亿美元）是美国第一个中型运载火箭，用于将阿波罗计划的测试航天器送入地球轨道，以验证在后续的土星运载火箭中将要使用的关键技术。土星IB号（10.7亿美元，折价122亿美元）主要负责半燃料的指挥/服务舱或全燃料登月舱的早期飞行验证，共进行了包括阿波罗五号在内的四次测试活动。土星Ⅴ号（66亿美元，折价721亿美元）运载能力最大，总推力达3408吨，月球轨道运载能力达45吨，执行了包括阿波罗11号在内的12次发射任务，是载人登月的主力箭。另外有8.8亿美元（折价103亿美元）用于发动机的开发。

图7：土星家族火箭构成对比

图8：土星Ⅴ号S-IC级和五台 F- 1发动机

图9：土星Ⅴ号执行了阿波罗11号的发射

航天器方面，NASA在登月舱（LM）上花费的成本为24亿美元（折价251亿美元），指挥与服务舱（CSM）上花费了38亿美元（折价419亿美元）。

表3：1960~1973年直接用于阿波罗计划的支出明细

三阶段循序推进，共实现6次载人登月

阿波罗计划的登月任务采用月球轨道交会对接方案。首先，将已对接好的指令舱、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，指令舱和服务舱绕月飞行；在月面任务完成后，指令舱和服务舱及登月舱在月球轨道上进行交会对接，随后指令舱和服务舱返回地球，并由指令舱将航天员安全送至地球表面。

图10：阿波罗计划采用的月球轨道交会对接方案

阿波罗计划的具体推进是在不断地试验与调整中进行的，共可分为三个阶段：无人飞行测试阶段、载人任务测试阶段及载人登月阶段。

无人飞行测试阶段：1961~1968年。从火箭型号来看，土星Ⅰ号共经历了10次无人试飞，主要目的包括验证测试版指挥/服务舱的密封性及坚固程度以及通过发射“飞马座”卫星来研究微流星体撞击航天器的概率。土星IB号进行了四次无人试飞，首次装配真实指挥舱，对航天器在轨道中、返回大气层时的基本性能和火箭的对接、分离操作进行了测试。小乔二号模拟火箭进行了五次发射，验证了发射逃生系统的可用性。土星Ⅴ号进行了两次试飞，较为全面地验证了三级运载火箭及阿波罗航天器均能在载人航天任务中正常运转。

载人飞行测试阶段：1968~1969年。NASA共进行了5次载人飞行测试，其中阿波罗1号与阿波罗7号计划采用土星IB号运载火箭，其余三次任务都采用了土星Ⅴ号火箭。阿波罗1号机舱不幸发生火灾，其余四次飞行测试先后实现了绕月飞行、登月舱对接指挥/服务舱实验与登月“彩排”，为登陆月球的顺利进行奠定了基础。

图11：阿波罗飞行器：登月舱与指挥/服务舱对接

登陆月球阶段：1969年~1972底，美国共进行了七次载人登月探索，其中阿波罗13号由于服务舱中的氧气罐破裂，导致登月计划中止。其余六次均获得成功，累计带回382公斤月壤，并进行了一系列天文观测、地质探索等科学试验。

表4：1960~1973年美国登月计划载人任务梳理

科技+产业：阿波罗计划的双重催化

阿波罗计划不仅实现了美国赶超苏联的政治目的，其科研成果还带动了20世纪60、70年代美国和全世界计算机技术、通信技术、测控技术、火箭技术、激光技术、材料技术、医疗技术等高新技术的全面发展，把科技整体水平提高到了一个全新的高度。同时，阿波罗计划创造了数量巨大的就业岗位，在工程高峰时期，共有2万余家企业、30余万人参与了阿波罗计划。在阿波罗计划上投入的每1美元平均带来了5美元左右的效益。

引领科技变革，催化产业发展

阿波罗计划被称为人类历史上最伟大的技术成就，引领了一系列科技变革。据NASA统计，整个阿波罗计划共获得了3000多项专利，催生了1800多种衍生产品。

阿波罗制导计算机（AGC）由麻省理工大学主持设计，安装在每个阿波罗指挥舱和阿波罗登月舱上，负责航天器的制导、导航和控制功能。AGC开创了计算机小型化的转折，为后续手机电脑登移动终端的产生奠定了基础。由于载荷等因素的限制，阿波罗计算机只有一个手提箱大小（1立方英尺），重32公斤，在那个计算机经常占据整个房间的时代，是工程上的奇迹。DavidMindell表示：“从阿波罗开始，人们不再谈论他们的计算机有多大，而是开始吹嘘他们有多小。”同时AGC是第一台基于硅集成电路的计算机，是早期集成电路研究的驱动力。到1963年，阿波罗项目使用的集成电路数量占美国产量的60%，极大程度上推动了集成电路技术的发展与成熟。

图12：阿波罗制导计算机

电传操纵技术：在早期飞行中，飞行员依靠移动物理部件（如操纵杆、踏板等）来实现对飞机的操纵。美国宇航局用于训练阿波罗飞船指挥官的登月研究飞行器采用了完全脱离机械操作的模拟电传操纵系统，使其成为第一架真正的纯电传飞行器。此后，数字电传操纵系统被纳入大型客机、军用喷气式飞机，甚至汽车和潜艇中。

图13：阿波罗登月研究飞行器

除此之外，阿波罗计划还有多项成果催化了商业衍生品的诞生。比如为在月球采集地表下岩石样本，Black＆Decker研发出小型钻头和一套减小电机功耗的程