三、土星5號、哥倫比亞與鷹
作為阿波羅計劃的核心，土星5號運載火箭和阿波羅11號飛船是各國郵票中最常用到的題材之一。那麼在中篇里我們就來介紹一下這兩個部分。
1、土星5號運載火箭（Saturn V）
土星5號是NASA為阿波羅登月計劃開發的超重型運載火箭，它共生產了18枚。1967-1973年從甘迺迪發射中心成功發射13枚，無一失敗，將12艘阿波羅飛船和美國第一座航天站天空實驗室送入太空。
早在二戰末期，美國通過秘密的回形針行動（Operation Paperclip），將1600餘名德國科學家、工程師和技術人員帶往美國工作，他們大部分與航空航天領域相關。在這其中就包括納粹德國發展火箭技術的領軍人物，也是日後美國火箭和太空技術的先驅——沃納·馬格努斯·馬克西米利安·馮·布勞恩（Wernher Magnus Maximilian Freiherr von Braun）。
美國人獲得的這批德國人才最早被派往陸軍研製彈道飛彈，由於以V-2為代表的早期彈道飛彈在當時通常被看做是一種超遠射程的火炮，所以由陸軍擔起了研發的任務。1947年，美國陸軍航空隊從陸軍中獨立，正式成為美國空軍。作為拆分的一部分，陸軍同意根據射程分配正在進行的開發項目，陸軍負責所有射程為 1,000 英里（1,600 公里）及以內的項目，空軍負責所有超過此范圍的項目（所以你會發現當時空軍搞的要麼是巡航飛彈要麼就是洲際級別的玩意兒）。這個分配成為了日後矛盾升級的導火索。
1952年，馮.布勞恩在陸軍的紅石兵工廠帶領他的小組完成了PGM-11「紅石（Redstone）」短程彈道飛彈的設計。此時空軍正在研製SM-64「納瓦霍（Navaho）」超音速洲際巡航飛彈和SM-65 「阿特拉斯（Atlas）」洲際彈道飛彈。由於一時看不到太大進展，空軍內部開始出現研製中程彈道飛彈的呼聲。與此同時，馮·布勞恩的陸軍團隊開始研究紅石的升級版本。基於陸海空三軍和英國對於中程彈道飛彈的需求，1955年國防部批准了相關的計劃，陸基和海基版的被稱為木星（Jupiter），空軍版的被稱為雷神（Thor）。隨後，海軍因為種種原因退出了這個計劃，自己研製了UGM-27「北極星（Polaris）」潛射彈道飛彈。
陸軍的「木星」研製的很順利，而空軍則對這個有著陸軍「血統」的型號提不起興趣。隨著「木星」研製即將成功，反觀自己的項目，SM-64巡航飛彈已經下馬，SM-65 洲際彈道飛彈的研發還渺無音訊，眼看「木星」對空軍渴望的戰略力量霸權構成了「威脅」，空軍對「木星」的反對和與陸軍的矛盾也日趨激烈，甚至到了跑去《紐約時報》登報對罵的程度。1957年，實在看不下去的時任美國國防部長威爾遜發表了一份備忘錄，將陸軍的武器射程限制在320公里（200英里）或更短的范圍內，「木星」由於遠遠超過要求，所以在完成研製之後交給了空軍。而馮·布勞恩領導的陸軍飛彈局（Army Ballistic Missile Agency，ABMA)認為威爾遜備忘錄所包括的軍事武器而不包括非軍用太空飛行器，決定繼續自己的大型火箭項目。
正在美國人來回扯皮的時候，蘇聯人在1957年10月4日發射了人類第一顆人造衛星。蘇聯的教做人讓美國人大受震動。
衛星發射後，美國的媒體瞬間炸了鍋。為了挽回顏面，美國人必須在最短的時間內送自家的人造衛星上天。而承擔衛星發射研發的海軍先鋒計劃卻是一拖再拖。在急於挽回顏面的一次趕鴨子上架式的發射失敗後，美國人決定將這項任務交給馮·布勞恩。馮·布勞恩帶領團隊不負眾望，利用已經成熟的紅石飛彈和「木星-C（Jupiter-C）」探空火箭開發出了朱諾一號（Juno I）運載火箭，1958年1月31日將探險者1號（Explorer 1）人造衛星送入了太空。
基於紅石/朱諾系列的成功，1958年8月15日，新成立的美國陸軍軍械飛彈司令部 (AOMC)和高級研究計劃局（Advanced Research Projects Agency，ARPA）要求陸軍飛彈局啟動一項新的開發計劃，研發新一代的超重型運載火箭。1959年2月3日，高級研究計劃局正式將項目命名為土星計劃。寓意為排在木星之後的行星，象徵著木星火箭後的下一代運載火箭。與此同時，為了防止類似官僚主義引起的扯皮事件再次發生，時任總統艾森豪開始思考成立一個民間機構來負責來指導非軍事太空活動。
1958年7月29日，總統簽署了《國家航空航天法》，組建了美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）。1959年10月21日，總統批准將所有陸軍太空相關活動，包括馮·布勞恩領導的整個陸軍飛彈局，都將移交給NASA新成立的以喬治 .C. 馬歇爾將軍命名的馬歇爾太空飛行中心（Marshall Space Flight Center，MSFC）。
新生的NASA對於土星計劃非常感興趣，1959年11月，在接手土星計劃後，由NASA牽頭成立了一個由NASA、國防研究與工程局、高級研究計劃局、前陸軍飛彈局和空軍組成的研究小組，由NASA的工程師阿貝·西爾弗斯坦( Abe Silverstein ) 擔任主席，被稱為土星計劃評價委員會，或者西爾弗斯坦委員會。這個委員會確定了土星計劃的發展方向，並提出了三種A、B、C三種大方案。
A方案一種低風險的方案，是由馮·布勞恩利用已有的成熟成果設計的。B方案是一種四級火箭方案，這個方案最大的弊端在於其中的一級需要全新設計。最後的C方案提供的是一種類似於搭積木的系列設計，按照技術難度多少和運載能力高低依次提供了C-1到C-5五種設計，通過每一種的研製、試驗和改進，時刻保證技術是相對成熟的。
說到火箭設計成什麼樣，最終取決於人們打算怎麼用。在阿波羅計劃開始後，人們關於登月的方案的討論就沒有停止過。最後人們確定了四個方案：第一種被稱為直接上升（Direct ascent），就是直接將飛船送去月球表面；第二種叫地球軌道交會（Earth orbit rendezvous，EOR），會使用很多小型運載火箭在地球軌道進行組裝；第三種叫月面交會(Lunar Surface Rendezvous)，在這個方案里會連續向月球發射兩個飛船，其中一個負責運載另一個的返回燃料；最後一種，也是到最後採用的一種方案，叫做月球軌道交會。
在羅馬尼亞發行的這套紀念郵票的畫面右側出現了兩位人物，靠前的這位就是月球軌道交會 (LOR) 概念最早的提出者之一赫爾曼·奧伯特（Hermann Julius Oberth）。赫爾曼·奧伯特，出生於奧匈帝國的特蘭西瓦尼亞（羅馬尼亞語：Transilvania或Ardeal，現屬於羅馬尼亞，這也是為什麼羅馬尼亞的紀念郵票會出現他的身影。）德國火箭專家、歐洲火箭之父、現代航天學奠基人之一，是與齊奧爾科夫斯基和戈達德齊名的航天先驅。他有關火箭推進的經典著作，被整整一代工程師視為航天領域的「聖經」。而圖片中出現的另外一位人物就是他的得意門生：馮·布勞恩。
郵票的原圖截自1963年在阿拉巴馬州赫爾曼·奧伯特和陸軍飛彈局的同仁們的合影。左側兩位是電氣和火箭科學家恩斯特·斯圖林格博士(Ernst Stuhlinger)和霍爾格·納爾遜·托夫托伊少將(Major General Holger Nelson Toftoy)。
恩斯特·斯圖林格博士寫下了著名給瑪麗· 尤肯達修女的回信，回答了修女提出的「為何在那麼多孩子在地球上挨餓的時候，你們還捨得在宇宙探索這個項目上花上數十億美元？」問題。他深思熟慮的回答也被NASA發表，名為「我們為何探索太空？」
最右側是飛機設計師羅伯特·盧瑟博士（Robert Lusser），他特技飛行員出身，曾是梅塞施密特公司的負責人，參與了Me109戰鬥機、Bf110戰鬥機、He219夜間戰鬥機、V1飛彈的研發工作。
1960年，約翰·霍博特博士（John Cornelius Houbolt）首先提出將月球軌道交會的概念實用化。方案中，由一個主太空飛行器攜帶一個較小的月球著陸器前往月球軌道。然後月球著陸器獨立下降到月球表面，而主要太空飛行器則保持在月球軌道上。任務完成後，月球著陸器返回月球軌道並重新與主太空飛行器對接，在機組人員和有效載荷轉移後將其拋棄。只有主太空飛行器返回地球軌道。
這種方案最大的優勢就是最大限度的節省了太空飛行器的有效載荷，不用像第一個方案那樣需要搞一個巨大無比的大炮仗才能把飛船直接運到月球表面；第二就是不需要第二種方案里那種太復雜和次數太多的對接技術（在地球軌道上組裝阿波羅登月任務所需的飛船需要10 次土星C-1火箭或4-5次土星C-3火箭發射。）；第三就是由於登月的其實只有登月艙，那麼術業有專攻，登月艙的設計只要針對登月部分就好，這樣例如氣動外形之類的設計難度會下降很多。
說回到火箭，經過研究，C方案被認為是最可行的，結合當時各執一詞的登月方案討論，C方案可以為各種方案提供相應的火箭設計。如地球軌道對接方案計劃使用4-5次C-3火箭，而月球軌道交會方案或者直接上升方案則需要更重型運載能力更強的C-5火箭。1960年1月艾森豪政府將土星項目評為國家最高優先級的計劃，用以保障其在使用各種資源時的優先地位。
1961年10月27日，土星家族的第一個型號，以C-1方案為原型的土星1號首次發射。土星1號和他的改進型土星1B主要被用於對阿波羅計劃的各個部分進行進入太空的驗證。
同時，隨著時間的推移和約翰·霍博爾特博士積極的游說，有關登月方案的討論中，勝利的天平開始向月球軌道交會方案傾斜。登月需要比土星1號運力更高的火箭更是成為共識。隨著太空任務組和馮.布勞恩分別轉向支持月球軌道交會方案，這場大討論終於走向完結。
1962年1月10日，NASA宣布為節約時間和資源，跳過C-2到C-4方案，直接建造 C-5 的計劃。土星5號正式開工。同年7月，月球軌道交會方案確定。幾乎同時NASA宣布被設計用於直接上升方案的新星（NOVA）火箭下馬。9月，甘迺迪總統正式宣布要在未來十年內實現登月。阿波羅登月正式進入了快車道。
土星5號由波音（S-IC）、北美航空（S-II ）、道格拉斯（S-IVB）和 IBM（儀表單元）這幾家承包商進行建造。亞瑟·魯道夫1963年8月成為土星5號計劃的項目主管。他制定了火箭系統的要求和阿波羅計劃的任務計劃。1967年11月9日，在魯道夫的生日當天，首枚土星5號從甘迺迪航天中心發射升空，發射取得了圓滿成功，自此，屬於土星5號的時代來臨了。
土星5號時至今日仍是人類歷史上使用過的最高、最重、總沖量最大的運載火箭，令所有成功飛行的火箭相形見絀。它高 363 英尺（111m），直徑為 33 英尺（10 m）。比自由女神像還要高 58 英尺 (18 m) 。滿載燃料後，土星5號重達 650 萬磅（2,900,000 千克），至今保持著發射最重有效載荷和低地球軌道（LEO）有效載荷310,000 磅（140,000千克）的記錄。甚至如果你想直接將他向月球發射過去，他也能將107,100 磅（48,600 公斤）的有效載荷運往月球。
土星5號由三個級組成——S-IC第一級、S-II第二級和S-IVB第三級。
土星5號火箭一級（S-IC級） 。1961年12月，波音公司拿到了S-IC級的生產合同。S-IC級推進器的高度達42米，直徑10米（不包含尾翼），淨重131噸，裝滿燃料後重量將近2300噸。五個F-1發動機排成十字型，中心的發動機位置固定，周圍的四個發動機可以通過液壓轉向以控制火箭。在發射時，5台F-1火箭發動機產生3405噸的推力，這麼大的推力需要堅固的承力結構，所以S-IC級有著整個火箭上最大的零件：5台主發動機的承力支架主梁，重21噸。
土星5號火箭二級（S-II級） ，由北美航空公司製造。S-II級使用液氫和液氧作為燃料，共有5個J-2火箭發動機。S-II級發動機的排列也呈十字形，外部的發動機可以提供控制能力。S-II級有24.8米高，直徑與S-IC級相同，都是10米。S-II的淨重大約36噸，加滿燃料後重達490噸。S-II級可以在大氣層外為土星5號提供大約36噸的推力。他的一個推進劑罐被一個共同的艙壁分成兩個隔間。上隔間將裝有液氫，而下隔間則用於裝液氧。
土星5號火箭三級（S-IVB級），由道格拉斯飛機公司製造。除了級間的調整結構和重啟動的能力，這一級幾乎和土星1B號第二級完全一致。S-IVB級高18米，直徑6.6米，淨重11噸，加滿燃料後重114噸。S-IVB 以液氫和液氧為燃料，由一台可重啟的J-2 發動機提供動力，在兩個燃料櫃間也使用了共享箱壁。 S-IVB級的發動機在任務過程中會使用兩次，在S-II級關閉後點火工作2.5分鍾，在月球轉移軌道射入階段點火大約6分鍾。兩個加滿液體燃料的輔助推進設備裝在S-IVB級尾部，用來在待機軌道和月球轉移階段控制火箭的高度。
土星5號儀器艙，由 NASA 設計，IBM 建造。儀器艙（IU）位於S-IVB級和太空飛行器/登月艙接合器（SLA）之間， 儀器艙內的電子和電氣設備為火箭提供制導、跟蹤和通信服務，是整枚火箭的大腦。環境控制系統 （ECS）使用液體冷卻劑循環對關鍵部件進行冷卻。在地面上，儀器艙的電源由外部電源通過臍帶連接提供。在即將發射時，電源將切換到內置電池。儀器艙的結構支撐著上方阿波羅飛船的重量。
太空飛行器/登月艙接合器 (Spacecraft Lunar Module Adaptor，SLA)、升壓保護罩（Boost Protective Cover，BPC）以及發射逃逸系統（Launch Escape System，LES)
太空飛行器/登月艙接合器是由北美航空製造的一個圓錐型鋁制結構，在火箭S-IVB級的上方支撐著服務艙。在發射期間，阿波羅登月艙被存儲在太空飛行器登月艙接合器內的。升壓保護罩在發射期間用於保護阿波羅飛船的指令艙。
飛船在離開近地軌道之後，太空人就會按下在控制儀錶板上的「CSM/LV Sep」按鈕，將指令/服務艙與運載火箭分離。按鈕按下之後，引信會被點燃，安裝在服務艙與接合器之間的定向炸藥就會依次爆炸，爆炸後服務艙會自行松脫，隨後驅動器便會發動，以每秒30～60度的速率將四個面板向外翻動。
指令/服務艙轉移位置，掉轉180度與登月艙對接，在接合器有四個點將登月艙與其相連。在太空人將指令/服務艙與登月艙對接之後，就會引爆四個點的炸藥，將接合器與登月艙分離，並切斷連接的電纜。在炸藥點燃之後，彈簧就會幫助登月艙彈出，然後太空人就可以繼續向月球航行了 。
阿波羅發射逃逸系統是由洛克希德公司建造。其目的是當緊急事故，比如發射前發射台失火、發射制導系統失靈、或運載火箭失控很可能即將導致爆炸等情況發生時，以最快速度將指令艙帶離運載火箭並即刻中止任務。
發射逃逸系統有三套彼此獨立的外部的線路。如果其中失去任意兩條線路的訊號，便會自動啟動系統。另外，飛船的指令長也可以通過手動切換到一個特殊的發射中止模式來激活系統。當啟動時，系統會點燃固態燃料逃逸火箭，並開啟前翼系統以引導指令艙飛離故障運載火箭的飛行路線。若是在發射台上發生緊急事故，發射逃逸系統會將指令艙帶到足夠的高度，以使指令艙在觸地前能安全地展開降落傘回收系統。之後發射逃逸系統會被丟棄，而指令艙便靠其降落傘回收系統著陸。
若沒有緊急事故發生，在運載火箭第二級點火後約20至30秒，會利用一個分離式固態燃料火箭發動機來將發射逃逸系統丟棄。在4次無人的阿波羅計劃、15次載人的阿波羅計劃、天空實驗室計劃以及阿波羅-聯盟測試計劃的飛行任務中，都有攜帶發射逃逸系統，但卻都未曾使用過。
在這張幾內亞比索發行的小全張中我們可以看到，右上方這枚郵票表現的就是正在進行吊裝的火箭的頂部。
在這張郵票的其他部分我們可以看到，左上繪制的是正在建設中的約翰甘迺迪航天中心（John F. Kennedy Space Center，KSC）的裝配大樓（Vehicle Assembly Building，VAB）。由於原有的卡納維拉爾角發射場的面積不足以進行土星五號火箭的組裝運輸工作，因此NASA決定另選新址建造一處的的發射中心。1962年11月開始在佛羅里達州的梅里特島興建甘迺迪航天中心，這座裝配大樓就是主要建築之一。
2、阿波羅飛船（Apollo spacecraft）
阿波羅飛船（Apollo spacecraft），美國的第三代載人宇宙飛船系列，是阿波羅計劃的核心之一。自阿波羅7號起，到阿波羅18號為止，美國發射了12艘載人阿波羅飛船。其中載人登月6次成功，將12名太空人送上了月球並安全帶回地球。
飛船的設計是基於所選定的月球軌道交會方案：將已對接好的指令/服務艙及登月艙一同送往月球並進入月球軌道。之後登月艙分離並登上月球，而指令/服務艙則仍留在軌道上。在登月任務完成後，月面上的2名航天員啟動登月艙的上升段發動機，與指令/服務艙在月球軌道上交會並對接。2名航天員進入指令艙後，拋棄登月艙的上升段，然後指令/服務艙載著太空人脫離月球軌道返回地球，在再入大氣層前，拋棄服務艙，由指令艙載著太空人降落到地球表面。
飛船由指令艙（Command Module, CM）、服務艙（Service Module, SM）及登月艙（Lunar Module，LM）所組成。其中指令艙和服務艙這兩部分在任務進入最後階段之前始終連接在一起，也被稱為指令/服務艙（CSM）。在組裝運載火箭時，還加裝了前面提到的發射逃逸系統（LES）以及飛船/登月艙接合器（SLA），用來裝載登月艙並將指令/服務艙與運載火箭相連。
阿波羅指令/服務艙（CSM）
阿波羅指令/服務艙（CSM）由北美航空公司於 1961 年 11 月開始為NASA開發和建造，是阿波羅宇宙飛船的主要組成部分之一，主要作用就是充當一個母船，搭載三名太空人和阿波羅登月艙到達月球軌道，並在太空人從月球離開以後帶著太空人返回地球。早期的指令/服務艙設計在阿波羅1號事故中暴露了嚴重的設計、建造和維護缺陷，針對這些問題北美航空公司進行了大幅度的改進，減輕了重量，採用了隔熱罩的設計，可以有效保護指令艙免受再入時高溫的損傷。
阿波羅指令/服務艙由兩部分組成：一個可以容納機組人員並攜帶大氣再入和飛濺所需設備的錐形指令艙，以及在任務期間提供動力、電力和其他消耗品的圓柱形服務艙。中間由一個臍帶連接並傳送電力和消耗品。指令艙重新進入地球大氣層之前，臍帶連接被切斷，服務艙將被被丟棄並在大氣中燃燒殆盡。
指令艙是阿波羅飛船的主要控制中心以及三名太空人的生活住處。其中包含加壓的主船員艙、控制儀錶板、光學電子導航系統、通訊系統、環境控制系統、電池、防熱盾、反推力系統、前端對接艙口、側艙門、五個窗口、以及降落傘回收系統。指令艙是整體阿波羅飛船及土星運載火箭中唯一完好返回地球的部分。阿波羅11號中的指令艙被命名為哥倫比亞（Columbia）。
服務艙包含一個主推進引擎以及進出月球軌道所需的推進器、一個能進行姿態控制及平移能力的反推力系統、含有氫氧反應物的燃料槽、一個高增益天線。燃料槽除了含有供人呼吸的氧氣外，也產生水供飲用及環境控制。阿波羅15號-17號的服務艙，還帶有科學儀器模組，當中有繪圖相機以及一個小型的子衛星以作研究月球之用。占整個服務艙絕大部分的火箭引擎有多次重新啟動的功能，使阿波羅飛船能夠進出月球軌道，並在往返地球及月球之間進行航線修正。在整個任務過程中，服務艙一直都與指令艙相連，直到返回過程中在進入大氣層之前才被丟棄。
登月艙（LM）
登月艙是為登陸月球及返回月球軌道所設計的一個獨立的載具，由格魯門公司所負責設計並製造。登月艙包含兩部分：下降級和上升級。這兩部分連為一個單元。登月艙有四條承重腿，用於在月球時支撐自身，它們在被運載的過程中會折疊起來節省空間，只有到了月球軌道才會展開。登月艙只能在真空中操作，它的空氣動力學設計不適合在大氣層內飛行。
15 個阿波羅登月艙都有自己唯一的名字。阿波羅11號的登月艙被命名為鷹（Eagle），尼爾·阿姆斯特朗在著陸後所說的第一句話就是「休斯頓，這里是靜海基地，鷹已著陸」（”Houston, Tranquility Base here. The Eagle has landed.” ）。
登月艙的下降級包含有起落架、登陸雷達天線、以及登月所需燃料。在下降級上還安裝有下降級推進系統（Descent Propulsion System, DPS），這個系統在飛船著陸時用於減速，也給太空人足夠的時間懸空挑選適合的著陸地點。此外，下降級還有幾個載貨的隔艙，能裝載阿波羅月面實驗包（ALSEP）、模組化設備運輸車（MET，阿波羅14號使用）、月球車（用於阿波羅15號-17號）、月表電視攝相機、月表工具、以及月球標本採集箱等。當任務成員准備好離開月球後，下降級會成為一個發射平台，和上升級分離並留在月球。阿波羅任務最終在月球表面留下了6台登月艙下降級。
上升級包含船員艙、光學電子導航系統、雷達及通訊天線以及用於返回月球軌道與阿波羅指令/服務艙交會時所需的燃料。內部有吊床，以便航天員休息。外部安裝上升級推進系統（Ascent Propulsion System, APS），當月球表面任務結束需要起飛時啟用。4組四向反應控制系統推力器用於操作。一旦進入軌道，在任務成員返回指令艙之後，登月艙上升級就會被分離拋棄。
（中篇完）
來源：機核
