阿波罗飞船如何飞离月球表面？
登月是一项十分复杂的系统工程，但其基本原理也不难理解。登月时发往月球轨道的飞行器，有三部分组成：指令舱，飞行器的控制中心，也是宇航员的生活住处；服务舱，携带登月需要的引擎和燃料的部分；登月舱，登陆月球的部分。当飞行器被发射进入月球轨道后，登月宇航员进入登月舱，仍留一名宇航员在指令舱中绕月飞行，负责与地面控制中心的联络。
然后，登月舱与指令舱分离并打开起落架，开始下降，并调整姿态使起落架朝下，最终缓缓降落在月球表面。宇航员完成任务后，返回登月舱，上升火箭点火起飞，将起落架抛弃在月球上。因为月球的重力加速度只有地球的六分之一，也不存在空气阻力，所以，登月舱在月球上升空要容易得多。登月舱返回绕月轨道后，与指令舱对接，宇航员回到指令舱，并将需要带回的东西搬运到指令舱。
月球上没有空气，美国登月时是怎么飞回来的？
先简单的说一下阿波罗登月和返回的大体过程：登月飞船分两部分：指令舱和登月舱，二者分离后，指令舱继续绕月飞行，登月舱向月球降落。登月舱又分为上升级和下降级两部分，下降级降落时是着陆架，升空时是反射架。上升级即是登月乘员舱，其中还装载与指令舱联络的通讯设备，还携带一个小型火箭。宇航员完成月球探测任务后，就利用这个小型火箭将上升级从月球发射升空。
火箭全称是火箭喷气发动机，与空气喷气发动机一样，让燃料在燃烧室里燃烧，生成高温高压的燃气，燃气急剧膨胀，只有喷口处能喷射出来，其他方向受到燃烧室壁的阻挡，对燃烧室壁产生巨大的压力，在垂直燃气喷射方向上燃气对燃烧室壁的压力是平衡的，不改变火箭的运动状态。这样，燃气对燃烧室壁沿喷射方向的反向的压力，就推动火箭向前运动。
另外，与空气喷气发动机的最大不同就是火箭本身既带燃料又带氧化剂，所以，没有空气，火箭照样可以工作，并且，没有空气，火箭飞行时不受空气阻力，工作起来更轻松。登月飞船从地球反射时，由于受地球引力和空气阻力，需要使用多级火箭，是一个十分复杂的过程。但在月球上就简单多了，一方面月球的引力只有地球引力的六分之一，还没有空气阻力，并且，下降级及其所携带地探月设备都抛弃在月球上，只是另外携带一些采集的月球样品，一支小型火箭足以令上升级回到环月轨道，完成与指令舱的对接。
1969年美国阿波罗11号登月舱是如何返回地球的？
美国在上世纪60年代末70年代初实施的阿波罗登月工程是人类航天史上的一个“奇迹”，一个至今依然超出我们想象的奇迹，其中有许多不为人知的秘密。正因为如此，在半个世纪后的今天，依然有许许多多人坚定地认为美国的“阿波罗计划”是一个弥天大谎。在这篇文章里，我们将通过一批美国航空航天局（NASA）的内部资料和图片，介绍阿波罗11号是如何返回地球的。
（环月轨道，阿波罗11号登月舱与指令舱分离准备降落到月球）阿波罗计划中宇航员太空旅行的全程如下：阿波罗载人登月飞船都是由“土星5号”重型运载火箭发射升空，在地球轨道进行指令舱与登月舱的掉头重组后飞向38万公里之外的月球；到达月球轨道后，两名宇航员进入登月舱一名留在指令舱，指令舱与登月舱分离后留在环月轨道飞行待命，登月舱降落到月球表面；当宇航员在月球表面的科学任务完成后回到登月舱的上升段，上升段点火后抛弃下降段升空回到环月轨道；指令舱与登月舱上升段在环月轨道进行交汇对接后，宇航员携带从月球采集的样本和一些设备回到指令舱，由服务舱推动回到地球轨道；在到达地球轨道的指定位置后，抛弃服务舱，指令舱带着三名宇航员降落到太平洋的预定海域，回到地球。
我们先来看看阿波罗飞船的主要组成：（土星5号火箭和它上面搭载的阿波罗飞船）上图中自右上到左下分别为：逃逸塔、指令舱（返回舱）、服务舱、登月舱、对接环和土星5号的第3级火箭。（阿波罗任务飞行简图）上面这张图片直观显示了飞船从升空到返回的整个过程。本文重点介绍返回过程。如果你有兴趣了解更多的月球知识以及阿波罗登月情况，请关注我，以后将一一为你奉上。
飞船返回地球过程。下面是一张由NASA绘制的阿波罗飞船离开月球时的示意图，图中展示了返回舱从与它的下降段分离后上升、点火回到环月轨道的整个过程。（登月舱离开月球表面示意图）因受技术所限，没办法拍到阿波罗11号返回时从月球角度拍摄的影像资料，下面向你展示的是阿波罗17号宇航员乘坐的登月舱从月球升空时的视频片段。
月球没有发射场，当初阿波罗计划宇航员，是如何返航的？
上个世纪美国登月，质疑声却延续到了这个世纪。到目前为止，人类一共成功登月6次，全都是来美国人，为什么就美国能登月，其他国家怎么就没人上去？火箭在地球上升空，这个大家都能接受，但月球上没有发射台，没有那么多设施、后勤、准备，宇航员如何在月球上升空返回地球？这种看似显而易见又难以解决的问题，美国人在上个世纪是如何办到的？土星五号1967年7月16日，土星五号运载火箭带着阿波罗11号在肯尼迪航天中心缓缓升空。
土星五号就是在现在也是“最胖”的火箭（自重最大，3000吨），运载能力达到几十吨（月球轨道45吨，近地轨道118吨），可以说是专门为登月定制的。目前，它的推力也仅次于苏联能源号运载火箭。可见美国当时的航天水平就已经达到了一定高度，这是必须要承认的。把人和飞船带过去是没问题，但这么个大家伙，在地球上把它组装起来都费劲，月球上它是如何稳稳降落，又再次升空返回，燃料够吗？过程我们基于美国50年内不断爆出的登月细节，重新演示一遍过程，看看美国是如何完成的。
首先大背景是地月系统，这个很关键。1.火箭不断加速起飞，在这个过程中不断克服地球的引力，部分推进器脱落，到达近地轨道，环绕地球。2.到达既定近地轨道，再次加速克服地球引力，冲向最省力的地月转移轨道。3.接近月球进入环月球轨道，绕月球并逐渐减速，让月球引力慢慢把它“拽下去”。4.克服月球引力升空，环月，进入地月轨道，进入地球轨道，落入大气层。
出发时，进入月球轨道，一切都没有问题，很多国家可以办到，落到月球上，只要在环月轨道上减速，就是摔下去，那也算是下去了，关键点是怎么上来，这就要提到登月的一些细节了。大部分人知道阿姆斯特朗与奥尔德林在月球上插小旗，蹦蹦跳跳，晃荡了一圈，地上弄了点土“特产”，就回阿波罗号了。但实际上背后还有一个功臣，迈克尔•柯斯林，他也上了火箭，登月时这人哪去了？为何他没有走两步，千古留名一下？如何回来？实际上，他肯定是想的，不过为了大局，他有更重要的任务就是开好返程班车，把所有人回家。
阿波罗号飞船分为指令舱、服务舱、登月舱，在去时的路上，进入地月轨道之时，指令舱与服务舱脱离了阿波罗号，来了一个“原地空翻180度”，进行反向对接。登陆之时，指令舱与服务舱并没有下去，而是与登月舱分离，留在环月轨道转圈圈，而柯斯林就是留在了指令舱中，所以他无法出现在月球表面。回家的班车是指令舱，因此回家的路程是从环月轨道发车的，而非月球表面，只要在月球轨道上进行加速就可以进入地月轨道。
整个登月过程，降落到月球表面与从月球表面升空是最难的。登月舱分为上升段与下降段，整个飞船下去再起飞是难以完成的，因此只让登月舱自己落地，相对于放了一个小型火箭下去。登月部分质量的减小意味着升空时所需燃料更少。由于登月舱质量较小，因此不需要太大、太复杂的基地作为支撑，只需要一个相对简易的发射架。下降段在降落时通过燃料推进减速，缓落，升空时又充当小型发射架留在月球表面。
最主要这是在月球升空，月球的引力只有地球的六分之一，而且月球体积更小，意味着环月轨道离地表距离更短，升空距离也就更短。当上升段点火升空到达环月轨道时再次与指令舱对接，阿姆斯特朗与奥尔德林带着土特产从上升段转移到指令舱中，指令舱与上升段脱离，服务舱点火加速进入地月轨道，抛掉服务舱，只剩下指令舱独自落入大气层中，至此土星五号最终只剩下指令舱返回。
地月背景的支撑整个过程是在地月系统的背景下，地球引力大，逃逸速度大，月球引力小，逃逸速度小，在系统中地球主导了引力。月球就像是在斜坡坡顶，一栋建筑的地下一楼，而地球是在坡底，一栋建筑的地下负十楼。你想带大量物质从地球到月球，你需要非常大的能量，首先负重（燃料与物质）爬十层楼梯到一楼，然后爬坡到月球一楼，你嫌背燃料太累了就把回家的燃料留在了一楼，然后你下楼了，扔下一部分物资，再爬一层楼到一楼，背上回程燃料燃料加速冲向出建筑，扔掉所有东西，一路下坡奔向坡底，用指令舱仅剩的燃料，减速掉回地下十楼的地球。
美国当时登月后航天员是如何从月球返航的？在月球表面有可以发射的条件吗？
月球是距离地球最近的星球，也是地球唯一的自然卫星，自古以来就被人类作为一个重要的探索目标。从1959年至今，主要出现过两次月球探测的高潮，第一次是1959年-1976年，在此期间，美国和前苏联为了在太空竞赛中处于领先地位，陆续发射了很多月球探测器，并且都进行了各自的载人登月计划，其中以美国的“阿波罗”计划最具代表性；第二次是1994年至今，以美国、欧空局、中国、日本、印度等为代表的世界主要航天大国都发射了无人月球探测器，并且制定了各自的载人登月计划，其中以美国的“重返月球”计划为代表。
从人类探索月球的历程可以看出，月球探测是人类航天事业发展的一个重要标志和里程碑，而载人登月作为航天强国地位和综合国力的彰显手段， 更是载人航天在未来发展中不克回避的任务之一。对于载人登月工程来说，其登月飞行器组合体的飞行轨道设计是一个非常重要的环节，与无人登月探测器的飞行轨道相比，载人登月轨道所受约束更为严格，除需满足任务实施的基本要求外，还要对可能发生故障后任务中止的应急返回能力做出考虑，因此，合理的飞行轨道设计是整个载人登月任务得以成功的重要前提。
在整个载人登月工程中，月面上升段任务是其中最为关键的一个阶段，从飞行轨道的设计来看，其任务是将登月舱从月面发射到指定的环月轨道，并与环月轨道上的返回舱完成交会对接。环月轨道交会对接与近地轨道交会对接的主要不同之处有两点：一是月球上没有大气，登月舱上升过程不存在阻力，只需要较小的推力即可进入环月轨道；一是月球具有慢自转特性，其自转周期为27天，倘若通过月球来等待共面交会条件，往往需要较长的月面停留时间，为了避免这一问题，登月舱的月面上升需要解决登月舱与返回舱的异面交会问题。
从载人登月工程的飞行轨道的实施来看，月面上升轨道可以分为：动力上升段和交会对接段两个部分。动力上升段，登月舱的推力发动机持续点火工作，不断提升登月舱的速度和高度，同时消除与在环月轨道上飞行的返回舱的异面差，最终将其送入与返回舱共面的预定环月轨道。交会对接段，登月舱的推力发动机将采用脉冲推力模式，通过若干次的轨道机动，使登月舱与返回舱进行准确的交会对接，形成环月飞行组合体。
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