1【原创】关于阿波罗登月的各种质疑及相关讨论的专题 17 随园过客 2007-10-30 20:52:06
看来有必要做一个中文专题了。

网上关于登月的英文资料非常丰富，NASA关于登月各种试验的论文也都是公开的，其实如果自己花些功夫作些研究不难得出正面的结论。但是再丰富的资料也架不住有人看不了不去看或者看不懂，只抱着几篇中文网文不放。而中文的相关文章就那么一两篇源头文，不知道转过几次手的。

这其中有一个是“墨西哥《永久周刊》科技版刊载了俄罗斯研究人员亚历山大。戈尔多夫的文章《本世纪最大的伪造》”。另一个则是不知哪里来的“美学术界著名物理学教授哈姆雷特”的质疑。拿墨西哥杂志转载俄罗斯人来说事大概很有意义。而在这个是女的都是美女的时代，没人问问这位“美学术界著名物理学教授”到底是谁也实在很正常吧。

所以产生了做一个中文专题的想法。

建议这样吧，在此专题下面把各种质疑都列出来，然后用回文的形式发一些双方各自的论点。如果题目上带上“正方”“反方”字样也便于河友参考就更好了。我先写几个抛个砖，希望引出更多的玉来。

请尽量 荐,最后于2007-11-01 12:43:12改,共1次;

2不错，比我看到的要清楚些。 njyd 2007-11-01 22:07:53

2疑问：阿波罗的通讯系统不足以传输电视信号 随园过客 2007-11-01 12:15:54

3【原创】正方解释：对阿波罗无线通讯设备了解错误 13 随园过客 2007-11-01 12:17:08
修改注：又去读了一遍“哈姆雷特教授”的原文眉间尺:【原创】呼应“我不是马甲”对登月的看法，发现其主要问题倒不是对通讯原理理解方面的问题，而是对登月通讯设备参数想当然，所以在本文相应作了些修改。


既然有人提出了这个问题，那就说明还是值得放进这个专题里的。就借此机会详细解答一下吧。

反方这里的计算充满了很多对阿波罗通讯系统参数的臆测，不过和实际情况相差太远，这直接造成了其结论错误。前面已经有河友作过反驳代码ABC:【原创】关于通信知识的扫盲，所以原理方面我就不再多废话了。这里我再仔细介绍一下阿波罗的通讯系统，同时作些有针对性的计算。

阿波罗的通讯系统采用的是“统一Ｓ波段”系统，简称ＵＳＢ。对于这一系统，ＮＡＳＡ在其ＳＰ－８７文件中有详细介绍。

为了保持与阿波罗保持联系，ＮＡＳＡ总共在三个地点（美国加州，澳大利亚，西班牙，差不多等经度间隔）建了６套深度空间通讯系统。每地两套，一套主用一套备用。这些系统采用的是８５英尺（２６米）的定向通讯天线。除了这些保持和月球通讯的站，另外还有一些装备了３０英尺天线的通讯站和通讯船用来填补深度空间通讯站的覆盖空白，保持在发射和在地球轨道上和登月舱的联系。这些近距通讯设备包括了总共１１个地面站和３艘通讯船。

３０英尺天线的波束发散角在ＵＳＢ波段大约是一度。它对飞船的跟踪除了需要预知轨道数据外，还需要一个３英尺１０度波束发散角的小天线来辅助进行初步捕捉。

不过在月球轨道和月面的通讯，包括电视转播都是由深度空间通讯站来做的，所以我们的分析也集中在它的配置上面。因为这些通讯站发射功率是万瓦级的，所以上行链路不是问题关键，我们主要考虑的是下行，即月球到地球的通讯。下面的计算也针对下行链路。

前面说过这些地面的深度空间通讯站使用的是８５英尺天线，它们的接受增益为５２。５ｄＢ。在月球端指令舱的高增益天线是可调的，波束发散角越小，增益越大。分别可以调成７。４，２３，和２８。４ｄＢ。发射功率也有两档，５Ｗ和２０Ｗ。不过我们当然更关心的登月舱的情况，因为电视信号是直接从那里来的。登月舱有两个抛物面天线，一个是２英尺，发射增益为２０。３ｄＢ。另一个是在月面时与地球通讯的主天线，是一个１０英尺的抛物面天线，３ｄＢ波束发散角是３度，发射增益为３４ｄＢ，功率为２０瓦（经过各种设备衰减，我们假设离开天线的实际功率为１２瓦，也就是１１ｄＢＷ）。

自由空间（真空）信号衰减公式是这样：衰减＝２０ｘｌｏｇ（ｄ）＋２０ｘｌｏｇ（ｆ）－１４７．５６。其中ｄ是距离，单位为米（地月距离是３８４４０００００米）；ｆ是频率（ＵＳＢ中心频率大约是２３００兆周）。这样算出来对于ＵＳＢ来说从月球到地球的信号衰减为２１１。５ｄＢ。

地面接收天线和登月舱发射天线的增益分别为５２。５和３４ｄＢ，所以收到信号强度是发射信号强度再减去１２５ｄＢ（即５２。５＋２４－２１１。５）。也就是说１１ｄＢＷ的发射信号到接受时变成了－１１４ｄＢＷ。

接收设备噪声性能很好，加上主通讯站可以用制冷方法降低接受设备温度来减低设备电热噪声（设计温度指标是零下６３摄氏度）。整个USB站的频段对应噪声应该是-135dBW左右。专门收某个某几个子频段的设备噪声可以更低。比如登月实况转播的电视信号只占用500KHz，是一种特别的320行10祯每秒的黑白电视信号，这样对于专用接受电视信号的设备，垓段噪声仅为-148dBW。当然实际应用中还会有其他衰减，但是如此大的信号边际有足够的能力来满足绝大多数情况下的通讯要求。

一般来说，在有线电视同轴缆里面的电视信号如果达到４０－４５ｄＢ信噪比，那么收看质量就非常好了。普通电视天线接收需要12-16dB的信噪比。从另一种大家熟知的技术，ＷｉＦｉ１１ｇ的带宽是２０兆，比ＵＳＢ还小一些，如果有2０ｄＢ的信噪比，基本可以有18兆的数据物理层速率了。

“哈姆雷特”的计算中，前面热力学的计算有一定道理，但是到后来联系实际情况对登月舱设备的假设就和实际差的太远了。登月舱带了比他可惜想象得到的还要大得多的抛物面天线。

另外从他恐怕也不知道如何从热力学计算通讯容量（就是香农极限，其实那些热力学计算就是推香农极限公式的前半部分），所以他的后半部分就生搬了两个不知哪里来的数字1.6K和51.2K。我不知道他的两种通讯的数据是那里来的，反正是不正确的。举例来说，USB的指令信号是数字式的，采用BPSK调制，每一位的长度（对BPSK而言也就是symbol length）是3KHz。所以在USB频率，单是指令信道就是700多kbps。

另外USB之所以叫USB是因为它在总带宽（大约20兆赫宽度）内分了很多小的子频道，分别给跟踪，指令，声音，电视等等不同通讯。前面说的指令通讯只是其中一种罢了。当然对于有的通讯任务，需要带宽比较大，这就需要关掉一些任务，把它们的子频道让出来。比如在传高质量电视的时候就需要关掉了一些其他通讯来给电视讯号提供更多的带宽。在执行不同任务时宇航员可以自行选用最合适的组合。

其实ＵＳＢ在不少其他探月任务中都用过。最初喷气实验室研发这套系统就是为了让无人探月器勘探者号可以往地球发电视讯号。勘探者用的电视摄像机和登月的阿波罗用的差别不大。另外不少的探月器，包括一些苏联的探月器，都往回传电视图像的，只不过没有有ＵＳＢ系统，没有实况转播罢了。如果要从电视转播角度来否定阿波罗的登月实况，必须否定所有这些系列的月球图像才行。


最后于2007-11-01 14:46:30改,共3次;

4补充一点 6 韩亚梓 2007-11-01 16:52:26
登月舱的天线如你所说有两个，舱顶的天线较小但随时可用，大天线需要宇航员EVA中手工放置。阿波罗11号进行首次EVA的时候大天线还无法开启，所以用的是小天线。为了弥补信号不足的问题，NASA用澳大利亚的Parkes射电望远镜来进行接收。这个天线的直径是64米。原本的计划是在登月舱成功着月后先休息一阵，等到月亮在澳大利亚升到半空了才出舱，这样转播效果会很好。结果宇航员们觉得状态很好，要求立刻出舱。这时月亮还没在澳大利亚升起，为此澳方还担心了一阵。不过幸好穿宇航服耽误了时间，最后EVA开始时还是赶上了。

5谢谢，送花！ 随园过客 2007-11-02 08:20:22

4good, but one question 1 西潜1号 2007-11-01 13:55:18
why is the system noise -188dB?
If we consider the thermal noise only, it will be -131.6dB (if use 210K and 6MHz band width).

However, 17dB S/N ratio is still big enough to distinguish the signal from the noise.

Today, GSM cell phone can even work at lower S/N. The noise power is around -115dBm. If the signal power is -100dBm, we still can hear the speech, but the quality might be bad, e.g., broken speech. Here, the S/N is only 15dBm.Normally the GSM cell phone can work pretty good with -90dBm signal strength, or, S/N = 25 dBm. The GSM cell phone will show full antenna bar when the signal power is around -70dBm (S/N=45dBm). Remember, 17dB is 47dBm. hoho

最后于2007-11-01 14:13:18改,共2次;

5thank you for your correction 随园过客 2007-11-01 14:47:53
i must have used a wrong bandwidth.  only like 50hz would produce such noise level. thanks for your sharp eyes.  i have made corrections to the post.

4解释得好啊,还有宝就更好咧 1 小木 2007-11-01 12:27:20

5花谢！ 随园过客 2007-11-01 12:36:35

2一并送花谢了 1 牛铃 2007-11-01 11:05:55

3这个代码ABC前辈已经说得非常清楚了吧 1 小木 2007-11-01 07:38:04
代码ABC:【原创】关于通信知识的扫盲

俺非常外行,不过大概看了一下,楼上这篇文章从头到尾恐怕都是忽悠...至少
头上用热力学定律算,好像热力学定律对传播能力的计算只适用于机械波吧...电磁波是另外一码事?
尾巴上勇气和机遇上都有n个天线,最高速的一个(通过火星轨道器)似乎到地球可以达到128Kbit...哪里是几百比特...

最后于2007-11-01 07:49:59改,共1次;

2疑问:不做无人登月试验就放宇航员太危险 随园过客 2007-10-30 21:07:57

3【原创】正方解释：提问者了解情况不够全面 6 随园过客 2007-10-30 21:10:49
首先要认清一点，美国月球计划的目的很清楚，就是肯尼迪61年说的在本年代（60年代）结束前把人送上月球。对这个计划的各环节，即使金钱不是问题，时间也是。NASA肯定无法试验各种大小可能的情况，所以只能有选择的去做最重要的实验。

相对于其他环节，从月面起飞不是什么困难的环节。美国的登月设计采用的是分体登月方案，指令舱和登月舱分开。登月舱登月时指令舱在100公里左右高的轨道绕月飞行。要知道200公里以上才算地球的近地轨道。100公里高，再考虑到月球引力小，无空气阻力等等因素，从月面起飞到达这高度真的不算什么。更何况整个登月舱也是分成两部分，下降部分（占总重2/3）和上升部分（占总重1/3）。离开月面时把下降部分留在月面作为上升部分的发射平台。格鲁门（上升部分的承包商）对这问题早就说得很清楚，对上升段而言，可靠性是主要的难点，其他问题都很简单。所以他们选了一台很小很简单的火箭发动机。

登月舱在地面就做过多次各种试验来论证，还有专门的模拟器让宇航员练习着陆。

然后是近地轨道试验。登月舱的第一次飞行（无人）是68年一月阿波罗5号把它带到近地轨道上做变轨试验以验证它的推进系统可以胜任月面起飞和各种变轨操作。再下一次阿波罗9号的飞行就是带着登月舱（这次有载人）和指令舱在近地轨道试验有人操作的变轨和与指令舱对接。再下一步阿波罗10号带着全套装备到月球轨道重复上一次的实验。这次试验中登月舱先测试了下降火箭，甚至降到了离月面只有15公里的高度，然后丢掉下降部分，用上升部分回来和指令舱对接，再返回地球。

我个人认为这样的准备是相当的充分了。

那种试验100%登月舱无人登月再返回的实验其实是不可能而且也没意义的。在当时的计算机技术水平下，是不可能让计算机自动控制这个登月舱做全套设计操作的，很多操作必须依赖驾驶员。而且为了试验点火离开月面这么简单一件事，要克服让登月舱自动离开指令舱，自动下降高度软着陆等等复杂得多的步骤，是不是有些本末倒置了。

另外关于无人试验，阿波罗计划中自己虽然没有专门发射过从月球返回的探月器，但是曾要求喷气实验室的勘探者计划代为做过一些实验，其中就有在勘探者着陆后再次点火来考察飞尘等情况的实验。

美国并非没有进行过无人探月试验，不过那些试验不在阿波罗计划中，不是NASA本部负责，由NASA的喷气实验室专门负责。这些无人探月行动为阿波罗载人登月作了很多前期测量等铺路工作。只不过在载人登月的光环对应之下，这些无人试验往往被人忘掉，以至于会有这类问题。说阿波罗没有进行无人试验就上宇航员其实只是质疑者自己不了解这些情况罢了。

探路者（Ranger）系列是59年到65年，分三个阶段。其中第二阶段计划送三个探月器上月球硬着陆，这些探月器带电视摄像机，放射探测器，震动探测器等仪器。不过这三次都失败了，没有一个上了月球。第三阶段发射了四次，都成功了，但是其中第一次电视摄像机坏了，没有发回任何图像。其余三次的探月器在绕月过程中直到在月面坠毁每次都发回了5000张左右的月面照片。

勘探者（Surveyor）是一吨左右重的无人单程探月器，共在66年9月到68年一月期间发射过7次，一次失败。其中勘探者3号的部分残骸被阿波罗12带回。专家在带回的残骸中电视摄像机内衬海绵内部发现微生物，判断是当初制造过程中的，由此判断地球微生物可以在太空生存。



最后于2007-11-02 08:20:49改,共1次;

2疑问：着陆地点没有明显火箭发动机烧过的痕迹 随园过客 2007-10-30 21:03:28
火箭下降过程中吹掉灰尘，为什么还会有脚印，
火箭着陆时为什么不融化岩石，月球岩石基本就是火成岩，熔点2000度而火箭发动机气体温度高达7000度。

3【原创】正方解释：不要被“常识”迷惑 4 随园过客 2007-10-30 21:07:24
这里说的都是关于下降到着陆过程中火箭发动机的问题，所以一起来回答。有几个因素要明确。

第一，登月舱是以横着的姿态下降飞行的，只在最后阶段才转过来竖直向下，而且在转成垂直后登陆舱仍然横着飞了一段才开始垂直向下。这就是说火箭发动机正吹着陆地点的时间很短。

第二，在竖直下降过程中发动机喷力是在不断调小的。下降发动机的推力最小可以到1000磅左右，就是着陆录像里宇航员不断重复的10%。另外还有一种算法，就是算出着陆时登月舱有多重（月球重量），这就是需要多大推力可以抵消登月舱在月球上的重力。这样算的结果是大约2500磅（登月舱下降过程中烧掉了大约17500磅燃料，这样着陆质量为15000磅，换成月球重量就是大约2500磅）。这样的推力大约只是波音737发动机的1/10。

第三，在登月舱的支脚下面有1.6米长的探杆，探杆一碰到地面就关闭火箭发动机，所以在工作的火箭发动机离地面最近时候喷口离地面也还有一段两米多的距离。

第四，月球没有空气，所以没有空气来帮着推灰尘，扩大喷射物的作用，只有喷射物直接打倒的尘土才会受影响。再考虑前面说的推力和影响时间都不大，受影响（尘土被吹走）的月面范围不会很大，集中在着陆点下降火箭喷口附近很小范围内。

总体来说，登月舱的下降火箭并不是那么巨大，对下面月面会吹起不少尘土（比如阿波罗11下降的录像中可以很清楚看到），但是其实力量不是那么的大，时间也很短，又没有空气来“扩大战果”，能否把附近大范围内厚厚的土吹光让人无法留出脚印实在很难说。而且这跟着陆地点地质很有关系。比如这张阿波罗11的照片链接出处被很多人引用，它上面显示喷口正下方有比较清晰的火箭发动机吹过的痕迹。很显然，宇航员对着陆没有太多痕迹也觉得有些意外，所以特意找了一下，拍下这张照片。

另外还有一点要注意的就是从着陆到宇航员打开舱门到月面，其间有10个小时的时间间隔，登月舱着陆过程中吹起的尘土有足够时间又落回到月面，这对留下足迹也有帮助。

关于温度，那个7000华氏度的数据是大型火箭发动机燃烧室内部温度。登月舱下降火箭燃烧室温度大约4000华氏度，等到在喷口时就低得多了，大约是2800度，一出喷口因为是真空，更会急速减为1000度左右。着陆地点是月球土质不是火成岩，烧熔特性不一样。与之对比，烧最原始的陶土器至少要900华氏度的温度，还得烧很长时间。至于烧化沙子做玻璃，那得要2500-3000华氏度的高温。另外如前面说到的，受喷口烧灼时间很短，所以看不到烧熔情况并不稀奇。



最后于2007-11-02 08:21:04改,共2次;

2疑问：百分之20的美国人都相信登月是假的 随园过客 2007-10-30 21:00:50

3正方解释：提问者没搞清基本事实 随园过客 2007-10-30 21:01:38
Gallup在99年专门做过一次民意调查，结果是6%的人认为是假的，89%的人认为是真的，5%不置可否。以前95年时代杂志和CNN也做过同样调查，结果是6%认为是假的，83%认为是真的，11%不置可否。这里是原联结：链接出处

最后于2007-10-30 21:13:01改,共1次;