人类月球探险记
每当晴朗的夜晚，一轮明月高挂在天空，人们总会情不自禁地问：月亮上面是什么样子？那里有生命吗？人能飞到月宫去吗……千百年来，无人能亲自到月宫去旅行，只能充满憧憬和幻想，由此产生许多传说和神话。
多少科学家、探险家付出了大量的心血，不知疲倦地在寻找通往月球的现实途径。这个愿望终于在1969年7月20日变成现实，这一天，美国宇航员尼尔阿姆斯特朗和埃德温奥尔德林首创纪录，乘阿波罗宇宙飞船登上了月球。
奔向月球的道路
登月，首先想到直接着陆法。那是把宇宙飞船直接射上月球而直接着陆。这对单程旅行来说也许是个好办法，但宇航员要回到地球上来，这就要有巨大的机械装置使飞船从月球上往回发射。把这类装置送上月球行得通吗？它能在月球上把飞船发射回来吗？这样做的困难太大，科学家们放弃了这个想法。在众多的方案中，最后拟定了“阿波罗”计划。
该计划技术上复杂，但总的设想很简单：3名宇航员在一艘由3个可分离的部分组成的飞船中飞行。三部分是指令舱、服务舱和登月舱。宇航员们将在指令舱中飞行，服务舱用于装载燃料和火箭发动机；登月舱用于在月球上着陆，它包括一套单独的火箭系统，以使登月舱从月球上升空，取代发射机械装置。
着陆过程是这样的：当飞船接近月球时，它进入轨道——停泊轨道。这时，一名宇航员留在飞船中继续绕月飞行，另两人进入登月舱，把它与主体拆开，平稳地降落到月球上。当它准备离开月球时，就点燃一支火箭，于是登月舱靠反冲力升空，并在停泊轨道上指定的会合地点与飞船主体会合衔接，登月舱内的两人爬回指令舱，与那位孤独的伙伴相会。
为便于返回地球，减轻飞船重量，在太空中丢掉登月舱。在接近地球大气层时，点燃一支反推火箭，降低飞船速度，再丢掉服务舱，只乘坐指令舱回到地球上来。
这就是美国国家航天局拟定的“阿波罗”计划，美国总统于1961年5月25日正式批准，决定在1970年前把人送上月球并安全返回。
这是项十分困难的工作，因科学家无法直接在空间做实验。据计算，它要像火车头那么大，设计时必须思考：“它在空间将表现得怎么样？”这样一个严峻的问题。
科学家们将一些模型放在模拟器中进行试验，模拟装置叫“气枪”。让一个模型以每小时约3200千米的高速穿过气枪的管子，同时管子的另一端有一股高温的气流冲过模型，以模拟飞船重返地球大气层时所承受的压力等可能发生的危急情况，取得足够数据后开始制造飞船。成千上万个不同的零件，将由几百个不同的工厂制造，由有专长的工程技术人员组装。
据计算，发射“阿波罗”飞船，要造一枚有足球场那么长、推力十分大的火箭，称“土星”五号，同样是十分困难的。它最大直径10米，高约85米，总推力3400多吨，制造它，也要大量的试验。如科学家们设计好一支火箭后，要把它竖直在高大专用的支架上，用机械装置振动支架，产生强大的空气压，以模拟火箭升空时所受的压力。
此外，科学家还要研制千百种科学仪器，装置在飞船、火箭、指挥中心和跟踪站上。有些产品无法找到现成材料，科学家们要开始试验并制造新材料，等等。为此，美国航天局雇用了约420000人，来自两千多个企业和150余所大学，耗资250亿美元。
挑选和培训宇航员
在人登月之前，必须有更多的月面了解和相关的太空知识。如月面是否结实？能承受住登月舱的重量吗？人在太空能活多久？人能适应登月旅行并安全返回吗？失重条件下能走动和工作吗？能完成计划中的那些复杂项目吗？这些疑问只有在宇航员试飞中寻找答案。而太空试飞，必须先选拔和培训宇航员。
宇航员的身体健康状况是极其重要的。宇航局挑选了年龄在25～35岁之间的人，每个人都受到了医生的严格检查。
学几门学科知识，如研究星星和月亮；研究地质学——石头的科学，以寻找月球上的石头；帮科学家了解月球的年龄；还有野外实习，地质学家向他们展示可能存在于月球上的石头等。
他们学太空飞行的理论，如飞船的发射、实际飞行和着陆的理论；还学习有关的飞船和火箭的工艺知识，访问飞船、火箭的设计者和制造者，研究每个部件及复杂仪器的工作情况，和地面控制系统的各个细节。
每个宇航员都要进行有规律的飞行、降落等训练。有时，在一些假想的模拟器中进行“月面飞行”和“月面行走”训练等。失重的适应性训练是必要的，地球的引力，使物体产生了重量。在地面上，人的体重最大，而在太空，人的体重微乎其微，甚至完全消失。失重状态下，人的四肢似乎不是长在自己身上的，无法自由支配，只能漂移。在飞船里，物品必须固定住，否则四处漂动。人从杯子里喝不到水，必须用塑料管把水吸到嘴里。失重的训练是通过起重机把他们吊起来，使他们似乎有了失重的感觉，觉得腿不那么听使唤了，帮他们对月面的困难环境获得一些经验。在其他模拟器中，他们还学习怎样飞离月球，与指令舱定点会合衔接。
当飞船返回地球时可能落入错误的地点，这时人的生命可能受到威胁，那么在获救之前，宇航员必须要设法生存。专门的训练是将他们带到偏僻的沙漠、密林和大海等相当困难的环境生活几星期。在那里，他们学怎样做掩体，怎样用降落伞做衣服，怎样用蒸发法获饮水，怎样打猎、屠宰和烹调等。
每天还有必要的体能训练和体力检查，许多检查项目是令人不舒服的。如在一个狭窄的桌上快速地跳上跳下；要站在一盆接近冰点的水里量血压；要用一种不自然、不舒服的姿势躺在特别的桌子上来观测心脏的反应；要蒙上眼睛，坐在一张快速旋转的震动椅上，用操纵杆使椅子保持平稳；要在一个闷热的小房间里烤上两小时；要在一个黑暗的隔音室里独自呆上几个钟头；等等。
训练全面而艰苦，每人在首次飞行前必经这严格的18个月的磨练。
登月旅行的预备飞行
从1961～1969年间，美国宇航员为登月探险进行了22次试验性飞行。
小型的“水星”号飞船约3米长，只带一人。约翰格伦乘它绕地飞行3圈，在最后一层轨道飞行时，自动控制系统失灵，他用手操纵飞船，平安地返回地球。这表明了宇航员要有娴熟的技术控制水平和灵活机敏的反映能力，以应付意外的变化。戈登库柏在最后一次“水星”号飞行中，绕地22圈，完成了一些太空项目试验。在睡一觉后，又检查了人在太空的视力情况，他清楚地看到了地球上的闪光信号源，并在地图上精确地标出了它的位置。
“水星”号的试飞表明：人可在太空中生存很多小时，太空环境对人的健康和精神没有损害。若自动控制系统失灵，宇宙飞船可由人来操纵。这些成果是鼓舞人心的。
“双子星座”号是比“水星”号大两倍，可载二人，并试验和实践阿波罗计划中的各种技术的飞船。由于到达月球的“阿波罗”飞船要能改变轨道，所以，1965年，“双子星座”号第一次试飞，两名宇航员绕地一周后，爬上了更高的轨道。第二次试飞，宇航员爱德华怀特作了约20分钟的空间行走。那是用一根长绳把自己拴在飞船上在空间飘荡，他感到趣味无穷，同伴不得不唤他回去。这表明人不但可离开飞船，还能完全返回飞船。
下次试飞回答了另一重要问题：人在空间能生存多久？两名宇航员作了为期8天的飞行。4个月后，另两名宇航员干得更出色，在太空中生活了近两星期。而科学家们预计，月球之行大约需一星期。
此后，“双子星座”号实现了定点会合。继而阿姆斯特朗和斯科特试图完成飞船与火箭的太空衔接，遗憾的是没有完全成功，而能逃脱这场灾难就算够幸运的了。原来，飞船与火箭绕地球走6圈后，飞船的电子系统突然失灵，与火箭拴在一块儿，并猛烈地旋转着。他俩拼命地挣脱，总算分开了，否则就会丧生，于是他们赶紧返回地球。这项工作由约翰扬和迈克尔科林斯的飞行完成了，他俩不仅出色地完成了困难的衔接工作，还从容地离开飞船，对火箭进行了一番检查，并首次收集一些“太空灰尘”后返回飞船。最后，奥尔德林在试飞中离开飞船长达5个半小时，发现失重状态没有给他造成什么严重的问题，表明了人可在月球上工作。
“双子星座”号试飞的结果实践了所有登月航行的复杂技术，回答了科学家和医生们感到烦恼的许多问题。
“阿波罗”飞船试飞实验开始了。1967年1月27日下午，3名宇航员身着航天装，躺着绑在“阿波罗”一号飞船的靠椅上，格伦在左，怀特在中、查菲在右。飞船在“土星一号B”火箭顶端，加在一起高达68.32米，周围是94.55米的工作塔，这是最后一次逼真的排演。座舱里注满了纯氧，但由于火箭没装燃料，大家不认为是一次危险的试验，有点满不在乎。舱门关上了，密封了。“10分钟准备，5分钟准备……”，突然，最后倒数可怕地中断了。原来在注满纯氧的座舱里，一星电火花，使整个座舱里充满了火焰和浓烟。从里面和外面都没有办法迅速打开舱门，3名宇航员全部被烧死在里面。
发射台惨案发生后，牺牲的勇士形象时常萦绕在飞船设计者们的脑际。他们记忆最深的是格伦的话：“要是我们死亡，我们要大家把它当作寻常事。我们做的是一种冒险事业，我们希望，万一我们发生意外，不要耽误计划的进行。征服太空是值得冒生命危险的。”
好事多磨。人们只把这“万一发生”的意外看作是登月付出的代价。他们用近一年的时间对飞船进行了全面的检查与改进，增加了迅速打开舱门等许多安全弹射设备。1968年10月，推迟近两年的试飞又开始了，3名宇航员在太空中度过了10天，绕地飞行163圈，没出现什么问题。两个月后，另3名宇航员乘“阿波罗”8号作了首次绕月飞行。他们成功地绕月飞行10圈，然后返回地球。“阿波罗”9号试飞，宇航员在环绕地球的轨道上练习了定点会合和衔接技术。而“阿波罗”10号的最后一次试飞，宇航员们又在月球轨道上练习了定点会合和衔接技术。当“阿波罗”绕月飞行时，宇航员们试验了着陆系统登月舱。他们把它从飞船上解下来，其中约翰扬留在指令舱中，塞尔南和斯塔福到登月舱内，降到离月面15千米的地方，然后又爬回来，与飞船重新会合对接。
在这段期间，无人探测器收集了大量的有关月面的资料，科学家们据此拟定了最安全的着陆点——靠近静海附近。人们已有充分的信心，开始登月探险。
与月球零距离接触
现在，谁都想知道哪3位宇航员成为这次伟大探险的英雄。虽然52名受训者中大多数渴望成为登月第一批人，但幸运的是，航天局选定了阿姆斯特朗、奥尔德林和科林斯，并任命阿姆斯特朗为指令长。这三个人的年龄都差不多，38或39岁，都是资历很深的飞机驾驶员，6、7年的宇航员，都乘“双子星座”号飞船做过太空试飞。另外，航天局还选定两名预备队员，以免3人中谁在航行前病倒了，就去替代他。
飞船长约25米，重45吨，指令舱在上部，服务舱在中间，登月舱在底部，装在“土星”号火箭上。这是个三极火箭，长约85米，重约2700吨，有200万个工作零件，一个火箭自动导航系统和11个功率强大的发动机。航员们坐在指令舱内，舱内有三把靠椅，控制飞船的各种仪器都在靠椅上方，以便他们躺下时也能操作飞船，是最安全的位置。大部分航程身着松软舒适的“飞行工作服”，只是在发射、会合、衔接、登月着陆和重返地球大气层时，或进行复杂和危险的工作时，才必须穿上太空服。
航程中的食物都是经干燥和凝固的，储在墙上的食橱里，吃的时候，把干粮放在塑料袋中，加水搅在一起。也许这些食物吃起来不可口，却能使宇航员身体健康。
服务舱为登月旅行提供一切必要的服务项目。登月舱分两节，上节为供两名宇航员用的航员舱，下节为着陆机械装置，从月球升空时，作发射台，然后丢弃在月球上。
登月航行的日期为1969年7月16日。那天早上9点半钟，3位宇航员躺在靠椅上待命起飞。从指挥中心传来了平板单调的声音：“10-9-8-7-6-5-4-3-2-1，升空！”
随着一声轰鸣，月球飞船开始上升，这声音比雷声还大，几乎震聋了人们的耳朵，连建筑物都跟着颤动起来。千百万个为了这一刻而等了一夜的人们高兴地喊到：“上去了，上去了，万事如意！一路平安！”
飞船在升空，喷射出黄烟和蒸气云。开始时他们感到很不舒服，两分钟后，舱内压力下降，他们感到轻松些了。随速度增加，火箭冲出地球大气层，把飞船带到绕地轨道。阿姆斯特朗用无线电话机向指挥中心汇报：“一切正常！”
这时，他们借助星星来确定奔月之路是否正确。这是一项非常复杂、要求精确的数学问题，稍有偏差，就可能永远到不了月球。由于月球是绕地球旋转的，所以飞船不能正对着月球飞行。他们离月球50万千米，需3天才能到达那里。因此，宇航员必须使飞船对准月球3天后将到达的位置飞行，不能有半点马虎。
宇航员们检查了所有仪器和电子系统，没发现任何漏洞。这时，指挥中心指示：“向月球前进！”最后一级火箭在绝对正确的时刻重新起动，飞船像箭一样从绕地轨道上“射”了出去，开始了奔向月球的3昼夜飞行。这段时间，宇航员们一直与指挥中心保持着联系。科林斯描述了从飞船上看到的景色：“地球看起来真是美极了，我们清楚地看到了很多国家，太美了！”一名指挥员回答说：“我们都有些嫉妒你们了。”他们之间也开些顽皮的玩笑，一次，科林斯喊道：“喂，指挥员，能不能把地球转一下，别让我们总看到水。”指挥员答道：“那可办不到，只能请你们受点委屈，看看水啦，哈哈哈……”奥尔德林还谈到了他在飞船上干的“家务活”：“我刚才很忙，整个早晨都在烧饭和打扫卫生，还没干完呢！”听上去他似乎不太快活。
第三天下午，7月19日，宇航员们又穿上太空服，准备进入绕月轨道。千百万守在电视机旁的人们，对宇航员们泰然自若的风度称赞不已。巨大的危险就在前头，可他们毫无惧色。“阿波罗”一进入月球背面，和指挥中心的联系立刻中断。因月球绕地球旋转时，永远都以同一半球（正面）对着地球，另一半球（背面）永远背着地球。在地球的“视线之外”是无法通讯联系的。
而“阿波罗”要在月球背面进入绕月轨道，这项艰巨的任务，指令中心爱莫能助，只能等待。高速航行的飞船必先减速才能进入月球轨道，因月球的引力只有地球引力的六分之一。为此，宇航员们要把飞船掉个头，并点燃服务舱中的一支火箭发动机，产生一个反向推力。若发动机点不起来，飞船就不能进入轨道，而会返回地球。若发动机烧的时间超过6分钟，速度降得太低，飞船就会坠毁在月球上。25分钟后，终于传来奥尔德林镇静的声音：“好，一切正常！”“阿波罗”安全进入绕月停泊轨道，指挥中心的人们才松了口气。飞船50万千米的航行，比预算时间仅晚3分钟。
宇航员们首次看到月面的近景，他们兴高采烈地向指挥中心描述：“那里的颜色是灰蒙蒙的一片；着陆点下面看起来很暗。”宇航员们打开电视摄像机，向全世界展示了月球的山脉和环形山的面貌。一小时后，指令中心停止了交谈，提醒他们该工作了。
科林斯留在指令舱中执行任务，阿姆斯特朗和奥尔德林爬进登月舱，检查了着陆系统的所有装置、动力及通讯系统后，又回到指令舱。3人疲惫不堪，吃完饭就睡了，这是首次登月前的最后一次睡眠。
7月20日，人类首次登月的尝试开始了。两名宇航员向科林斯说句笑话：“喂，我们要走了，马上就会回来的，等着我们，别离开。”他说：“我决不离开，祝你们好运！”说着爬进登月舱。为联系方便，登月系统称为“鹰”，指令舱和服务舱合称为“哥伦比亚。”一切准备工作结束后，指挥中心命令“鹰”从飞船主体上解下来。
3分钟后，“鹰”的分离这项危险工作又要在背面进行，讯号再次中断，人们在焦急中等待。终于太空中传来阿姆斯特朗的声音：“老鹰长上了翅膀。”“鹰”上的人向科林斯喊道：“再见，后会有期。”
“鹰”分两阶段降落到月球上。当它在“哥伦比亚”前方约300米时，点燃一部发动机，把它抛到低一层轨道，这阶段没大危险，只要它在轨道上，就不会坠落到月球上。假使发生什么故障，“哥伦比亚”会下来把人救走。“鹰”下降到离月面16.5千米高度，这阶段结束。
最后抉择的时刻到了，是否脱离轨道继续下降？如果不能安全地降落，他们就永远回不来了。如果现在改变主意，放弃着陆还可以返回去。前面的危险是非常大的，但两位宇航员并未犹豫，他们勇敢地按一下按钮，点燃了下降发动机。为了科学探险，他们已把生死置之度外了。
发动机降低了“鹰”的速度，打破了它与月球重力的平衡，顷刻间，它脱离了轨道，沿着弯曲的路线开始下降，角度越来越陡。这阶段的下降过程用了12分钟，这是危险最大的12分钟，指挥中心的人们几乎屏住了呼吸。
“鹰”离月球越来越近，在计算机的引导下沿航道下降，但宇航员还无法看清月球，直降到着陆点的正上方才看清它。但他们大吃一惊：下面是个巨大的环形山，周围是大块的岩石，“鹰”就要在这危险的环形山中央着陆。阿姆斯特朗迅速用手冷静地控制着“鹰”，以高超的技术，引导“鹰”掠过岩石，避免了一次可怕的失事。这表明科学探险家必须具备应付危险的良好心理素质。
他俩找到一块离环形山约7千米的平整地方，决定在那里着陆。速度降到每秒1米，“鹰”必须平稳着陆，着陆角稍有差错，一条腿折断向一边倾斜，宇航员就不能离开月球，也没有人能来搭救他们。
幸运的是，故障没有发生。“鹰”下面的一个仪器接触到了月面，舱中的绿灯亮了，奥尔德林说：“着月了！”阿姆斯特朗关闭了发动机，激动地向指挥中心报告：“鹰着陆了！”千百万正在倾听和等待的人们如释重负，放下心来。奥尔德林夫人竟高兴得流下了眼泪。
阿姆斯特朗要查看待在月球上是否安全？“鹰”有无损伤？它的各系统和仪器能否正常工作？“鹰”站的角度是否正确？如果有故障，必须马上升空。检毕一切正常。指挥中心才允许他们停留在那，并祝贺说：“指挥中心的人们都在微笑！”月面上的人回答说：“这上面的两个人也在微笑。”科林斯在“哥伦比亚”上也说：“不错，可别忘了指令舱里的人！”孤独的他高度称赞朋友们：“你们那里的事，听起来太伟大了。这可是惊人之举，棒极了！”
确实棒极了。他们以高超的技术和勇气，避免了一次把“鹰”毁掉的事故，并成功地结束了这次探险，轰动了世界，人类登月梦想成真了。
宇航员们在月图上找到了他们的位置，感到头脑十分清醒，便申请早点在月球上漫步，指挥中心同意了他们的请求。他们赶紧吃些东西，然后穿上特制的衣服，这是用来防止他们可能受到的高温或放射性物质以及病菌的侵害。背上供氧设备和其他装置，在着陆6小时零15分时，他们打开了“鹰”的舱门，向外望去。
他们看到了一番奇异的景色，头上的天空是黑的，但月球却沐浴在明亮的阳光之中。月球是一片灰尘、岩石和环形山的荒凉世界。它寂静无声，没有任何生命。他俩是月球上仅有的生物。
阿姆斯特朗身着庞大的宇宙服挤出舱门，准备走下扶梯。他打开电视摄像机，千百万观众看到了这一激动人心的场面。走下扶梯是困难的，由于没有空气，他感到手和脚没有多大知觉，也感觉不到扶梯有台阶。奥尔德林站在打开的舱门口，观察并指点着。大约20分钟，阿姆斯特朗小心翼翼地才走到底。在最后的一个台阶上他停了一会，伸出左脚，在月球上印下人类的第一个脚印，说出了等待已久的话：“对一个人来说是一小步，而对人类来说却是一大步。”他检查了月面，发现它既结实又安全，抬起脚，靴子的脚印却只有几分之一厘米。不要忘记，他的体重只有地球上体重的六分之一。
19分钟后，奥尔德林也走下来，他高兴得在月球和扶梯上跳上跳下，喊道：“啊，太美了！”他们在月球上行走的尝试是很有意思的。由于几乎是处于失重状态，失去平衡的感觉，因此，摇摇晃晃像醉了酒似的，模拟训练帮助了他们克服了这个困难，信心十足地浮游起来。他俩拣了些小石块，扔出去观察它会怎样，没想到石块竟像球一样跳到空中，两人大笑说：“真有意思。”
他俩在月球上架起一部电视摄像机，在“鹰”旁举行了一个小小仪式。他们揭示安装在登月舱腿上的钢质纪念板上的罩子，把它安放在月球上，上面写着：“公元1969年7月，人从行星地球来到这里，第一次踏上了月球。”旁边插上美国国旗。由于月球上没有风，旗子是用特质坚硬的材料做成的展开状。这时，美国总统尼克松和月球上的人通了电话。阿姆斯特朗感谢总统说：“我们能来这里，是我们的莫大荣幸。”
接下来，两人在月面上开展了实验工作。安放了3种科学仪器，采集了石块和土壤标本。这时，他们环顾四周，心想：“我们永远不会再到这里来了。”随后就爬进了“鹰”，关上舱门，准备返回。现在他们感到很疲劳，吃饭后，可静心睡上一觉。
告别月球
现在，两位在月球上生活了21小时36分的宇航员，就要离开月球，与离月球110千米高空的“哥伦比亚”号会面了。但他们能不能顺利升空还是令人担心的，因为从月球上升可能比着陆还危险，没有完备的发射台，只有靠那小小的火箭发动机，还从未实验过。它若失灵了，两位宇航员只有在月球上等死，营救是不可能的，只要氧气用完，人也就完了。
指挥中心下令升空，奥尔德林倒数着数字：5-4-3-2-1.阿姆斯特朗按下电钮，发动机点燃了。倾刻间，“鹰”升入空中，并安全进入轨道。指挥员们擦去了脸上的汗，兴奋地说：“鹰，全世界为你感到骄傲！”
“鹰”与“哥伦比亚”又顺利地实现了衔接，变为“阿波罗”飞船11号。3人相聚指令舱，太高兴了。7月22日，飞船开始了返回地球绿洲的长途旅行。登月舱完成使命被丢在太空，阿姆斯特朗和奥尔德林在抛弃他们的小舱室时感到有些悲伤，多想带回家，可那是做不到的。
他们告别登月舱，准备脱离月球轨道。这又是一个令人焦急的时刻，若飞船发动机失灵，“阿波罗”就会继续在月球轨道上飞行，永远不能回家了。结果它顺利地实现了进入绕地轨道飞行。大约60个小时的常规航行后，7月24日午12时22分，他们抛掉服务舱，开始进入大气层的降落，几分钟后，落在太平洋海面上。
结束了登月旅行的3位宇航员，还不能立刻回家，他们要到免疫中心呆两周，直到病菌危险期结束，才能同家人团聚。
他们带回的岩石和浮土被送到许多国家的科学家手里，帮助人类回答了许多谜一样的问题。人们从月岩分析中知道了月球大约有45亿年的历史，与地球相同；月球平均温度约摄氏700度；可以说它有壳，但对其厚度还一无所知等。在月球上首次着陆，是人类征服太空的一次伟大胜利。
人类进入太空时代
继“阿波罗”11号登月成功后，美国又相继发射了“阿波罗”12～17号载人飞船成功地进行了月球探险，至此，“阿波罗”飞行结束了。它给我们的启示在于：成功来自无数次的失败，失败中也蕴含着成功；征服太空，进行人类前所未有的探索，冒生命危险是值得的；任何成功来自于精心设计，精心施工、精心操作、精心指挥；任何失败往往来自粗心大意，对细小问题的忽略和管理上的混乱。
通过登月探险所带来的科学成果是巨大的。在开辟通往月球的道路中，空前地发展了空间技术，扩大了人类的空间视野。它使人类得到了许多有关太空的知识。但广袤无垠的宇宙太空奥妙无穷，为了征服宇宙，进一步探索太空的秘密，仍需未来的有志于献身科学事业的科学探险家们的继续努力工作。人造卫星、天空实验室、航天飞机、各种无人探测器等空间技术的进步，必将促进太空时代的到来。
现在，科学探险家们还想把人送上火星，那的确是一次大胆的冒险。从地球到月球的航程还不到50万千米，但飞往火星就要有上亿千米的行程。人在几天之内就可到达月球，但要到火星，就将持续约一年左右的时间。这种行星际旅行探险也许将需一种新型的、带有核动力的飞船和火箭。
“地球是人类的摇篮，但人不能永远生存在摇篮里。”随着科技的发展，人类登上其他行星的理想，也一定会变成现实。
阿波罗13号历险记
20世纪60年代末期，美国的“阿波罗11号”和“阿波罗12号”飞船两次载人登上了月球，实现了人类登月的伟大愿望。可是，人类在飞向月球的历程中，并不总是一帆风顺，也经历过痛苦的牺牲，遇到了巨大的挫折。
1970年4月13日，美国休斯敦时间13点13分，登月飞船“阿波罗13号”点火升空，开始执行第三次载人登月飞行。“阿波罗13号”的任务是一次例行飞行，其目的是对月球的山脉进行一次地质调查。
13这个数学好像是不吉利的，这在西方传统文化中十分明显。那么，“阿波罗13号”是否将应验这个“劫数”呢？
登月飞船上共有三人：指令长詹姆斯A。洛弗尔海军上校，登月舱驾驶员弗雷德W。海斯和指令舱加强员约翰L。斯维格特。16日凌晨，“阿波罗13号”顺利地飞行在通向月球的轨道上，离地球33万公里，飞船已达到无还点。也就是说，此时飞船如果失控，将会一直向茫茫太空纵深飞去，永无返回的可能了。整个飞行过程平淡无奇，所以播放的宇航员工作情况的电视节目并没有引起美国电视观众的注意。
然而，就在洛弗尔上校在电视节目中说完“祝地球上诸位晚间愉快”之后，没过几分钟，突然一声爆炸震动了整个飞船。地面指挥中心顿时陷入了极度恐慌之中。
起初，洛弗尔上校和斯维格特还以为这是海斯闹着玩的，因为当海斯在登月舱操纵阀门时，他们曾听见过那种响声。但从监视屏幕上发现，海斯也是满脸惊愕的表情，显然，这次爆炸是一次事故。他们遇到了大麻烦。
斯维格特检查了控制舱内的各种仪表，一切工作似乎都正常。但当海斯从登月舱检查完毕回来，斯维格特再次查看他面前的仪表时，发现出了问题。两个氧压计的指针正以惊人的速度下跌，一只燃料箱完全停止了工作，另一只的燃料也即将耗尽。三位宇航员心里都明白，指令舱马上就完蛋了。刚才的爆炸既毁坏了两个氧气箱，又造成了三个主燃料箱失去功能。
地面控制中心听到了飞船的报告后，决定立即放弃这次登月计划。但每个人都知道，要使三位宇航员返回地球并非易事。这次爆炸造成氧气供应量锐减，而且使供电系统出现故障，严重影响指令舱供电。这也意味着无水供应燃料箱了。
一个半小时后，地面控制中心通知他们说：“我们计算了一下，指令舱剩下的电量大约只能维持15分钟了，因此希望你们马上进入登月舱，开始充电。”这几乎是一个噩耗，海斯和洛弗尔上校立即进入登月舱。指令舱暂时被废弃了。
宇航员们和地面控制中心都意识到，防止飞船无限制地飞入太空的惟一希望便是把登月舱作为救生艇。登月舱的动力系统和供给能使这个发生故障的宇宙飞船绕月球轨道飞行，飞向狭窄的“空间走廊”，从而引导他们安全返回地球。
然而，他们仍面临着一个严重的问题：飞船还要飞行差不多4天，如果不尽一切努力节省电力、氧气和水，登月舱的供给要不了2天就要完了。地面控制中心的飞行模拟器里的数百名技术专家和宇航员都在竭尽全力地设法解决飞船这几天内面临的严峻挑战。
上午9点30分，洛弗尔上校接到地面控制中心的指示：“第一支火箭点火，改变飞船的航线。”“阿波罗13号”照办了。17日凌晨3点30分，飞船又成功地进行了一次关键性的点火。此时飞船消失在月球的北面，无线电联系中断了，地面控制中心焦急万分地等待着无线电联系的恢复。
当飞船从月球背面又出现时，已准确地定位在飞向地球的轨道上了。大家松了口气。然而在一个半小时后，飞船又碰到了一个更为严重的问题：空调系统工作不正常，有毒的二氧化碳气体含量正接近危险的程度。
地面控制中心的技术专家和宇航员们又立即着手解决这个危机。办法终于找到了，宇航员们可以用飞船上现成的器械装配成一个空气净化装置。然而，在这寒冷、光线微弱的太空环境中工作，真是太艰难了，进程相当缓慢。他们用登月服上备用的软管把氢氧化锂滤毒罐连接到空气供给装置上，终于装好了一个净化装置。
这个问题刚刚解决，地面控制中心又发现了更大的险情——飞船正在更远地偏离轨道！按目前的轨道继续飞行，“阿波罗13号”就会脱离地球，再度陷入失落太空的危险。
飞船需要再进行一次关键性的火箭点火。洛弗尔上校镇定自若，甚至在回到控制舱前他还设法睡了两个小时。18日早晨5点31分，在火箭点火改变航线之前，他向休斯敦幽默地说：“我希望你们在后方督战的家伙走对这步棋。”其实，洛弗尔上校的担心是多余了。在第三次火箭点火时，国家航空航天局的技术专家已经搞出了一套复杂的操纵方法，以帮助“阿波罗13号”19日返回地球大气层。飞行模拟器里的“阿波罗14号”宇航员们已对这套方法进行了一次又一次的检查。
洛弗尔上校进行最后一枚23秒火箭点火后，出了故障的飞船终于被推入了重返大气层的正确位置。这时已是19日下午1点53分，遇到破坏的服务舱载有氧气箱和其他供应装置，现在它被弹弃了，露出了防热罩，这是用来保护飞船在大气层中飞行时免遭烧毁的。宇航员们这时才首次看到破坏的程度。洛弗尔上校向休斯敦控制中心报告说：“整个一侧都没有了，从底部到发动机差不多全没有了。”地球上的观众从电视里看到“阿波罗13号”被炸致残的情景，都不由得倒吸了一口气。
下午5点44分，救生登月舱也被弹弃了。洛弗尔上校最后一个离开登月舱进入指令舱。又过了一个多小时后，指令舱闯入地球的大气层。突然，控制中心又有几分钟与它失去了联系。不过不要紧，“阿波罗13号”正平平安安地朝地球方向飞来。下午7点07分，指令舱顺利地溅落在太平洋温暖的水域里，距离等待它的救援船“硫磺”号还不到6公里。
尽管经历了四天的磨难，遭受了将被弃于太空的威胁，洛弗尔上校最后在向控制中心报告时仍说：“我们情况良好。”
“阿波罗13号”虽然失败了，但它的返航成功说明人在太空中并不是无能为力的，靠着勇敢和智慧，人类将战胜一切艰难险阻。这也使人们明白，13这个预示不吉利的数字，在人类的勇气和智慧面前，也是无能为力的。
通往火星的艰难历程
在“阿波罗”飞船载人登月20周年纪念大会上，美国总统乔治布什曾信心十足地宣布了美国远征火星的“三部曲”：第一步，在20世纪90年代建成“自由”号永久性载人空间站；第二步，在21世纪的头10年里，建成可供人居留的月球基地；第三步，于2011年开始，从月球基地出发对火星进行载人飞行，并在2016年～2020年期间登上这颗红色的星球。
九大行星之中，人们选择火星作为第一个访问对象是很自然的。因为火星是地球的近邻，而且与地球最为相似，虽然我们至今还没有发现火星上有生命的迹象，但它具有足够的阳光，有冰水，有大气，显然是太阳系中环境最适合人类居住的天体。
科学家们花了整整一代人的时间在调查这颗红色星球的秘密，而且投入的人力和物力仍在不断升级。在近20年时间里，美国、俄罗斯、日本以及欧洲的所有空间机构都在不懈地努力着，竞争着，希望自己成为第一个登上火星的国家。
近20多年来，各国科学家在对火星的探测研究方面还加快了节奏。
1976年，美国“海盗号”探测器在火星一面软着陆成功，深入探测行星的时代从此开始了。
7月20日，“海盗1号”降落在地势起伏、散缀有各种大小岩石的克星里舍盆地的西坡。“海盗2号”着陆地点靠近北极极冠的边缘，距离1号约4000英里。
计划中的“海盗号”探测器，主要目的在于探索火星表面是否存在生命，因此在着陆器内装有一系列探索生命的仪器。首先是两台电视摄像机能以立体、彩色、黑色、红外方式高、低分辨率成像，用来观察宏观的生命形式或生物的运动现象。
着陆器内装有质谱仪，直接从空气中取样，可以进行灵敏的分析。分析结果表明火星大气主要由二氧化碳组成，氧气只占0.3%～0.4%。着陆器内还有三个生物实验室，能用三种不同的方式分析土壤。7月28日，着陆器采样臂从火星表面采集了第一批土壤样品，随即送入生物学仪器，进行3个实验，观察火星土壤里有无微生物或者有机物质的原始生命形式。
结果是令人失望的，第一次样品中没有任何有机分子的迹象。当然，这种不存在，并不排斥火星有生命的可能性，但却增加了分析的困难。这至少使得那些鼓噪目睹过“火星人”的机构有成为江湖术士的可能，陷入了颇为尴尬的处境。
为了扩大探测地域，美国宇航局最近制定了一个名为“紫鸟”的火星探测计划。所谓“紫鸟计划”，就是把4辆无人驾驶的宇宙车送上火星表面。这种宇宙车和“海盗”号登陆器所不同的只是安装了履带式车轮，外形像个活动的大型办公室，内部装有核动力电池，车速为每天3～4公里。在一个火星年（约相当两个地球年）内，驱车数千里，它所能涉及的范围要比“海盗”号增加几万倍。
执行这一计划的科学家们满怀信心地说：通过“紫鸟”计划，火星将像月球那样，赤裸裸地向地球人暴露自己的秘密。他们相信，在火星上，很可能找到地球型或与之相仿的低等生物，或者与地球上完全不同的“火星型”的低等生物。如果幸运的话，说不定还能找到高等生物的遗物或遗迹。
美国的“火星观察者”是这一计划的先锋。这颗价值9.8亿美元的宇宙飞船以每圈118分钟的速度开始对这一星球进行比以往任何时候都更为详细的、时间长达2～6年的测绘工作。
水对于了解火星的发展具有极其重要的意义，因为只要有水就意味着可能存在过生命形式。美国“火星观察者”号小组的宇宙地质学家迈克尔卡尔说：“我们发现了许多水蚀的现象。”在火星具有30亿年历史的南半球曾拍下一些分岔河的照片，它们与地球上干涸的河床十分相似。卡尔说：“几乎可以肯定当这些河道形成时，火星上的气候要更为温暖，大气层也稠密得多。”一些科学家推测，在火星上甚至可能曾经有过海洋。
除了那些较小的分岔河道外，还有一些迹象表明，在火星的许多地区曾发生过洪水肆虐的情况。卡尔说，这些猛兽般的洪水似乎是在两三个星期的时间里就冲出了宽达90英里的巨大河谷。
这些大洪水在火星的历史上似乎时有发生，其原因不明。但卡尔推测，这些水可能一直由于巨大的压力而被禁锢在冰冻的地壳下面，一旦出现裂纹或遭受巨大陨石的撞击，这些水就会在高压下喷涌而出。
如果火星上曾经有过流水，那么它们现在在哪儿呢？一些科学家估计，水很可能被刮离了星球，但多数科学家却和卡尔一样认为它们还在星球上，被禁锢在地表的冰层下或粘土层中。“观察者”号及其后继飞行的一项任务就是找到水，以重现火星的历史真面目。
尽管人们可能梦想过有朝一日去访问火星甚至在火星上居住，但就地球的标准来看，那里却是一个人类的禁区。在夏季，赤道地区中午的温度倒是可以达到令人满意的华氏68度，可是由于火星二氧化碳大气层非常稀薄，一到夜间，温度就会急骤下降200多度。在火星的两极，冬季的平均温度为华氏零下220度左右。研究人员们希望，通过“火星观察者”号及以后的飞行计划，他们能够对火星的恶劣气候有进一步的了解，甚至或许还可掌握预测其天气的方法。
登上火星比登上月球还难吗？当然，而且不是难一点儿，是困难得多。月球离我们平均不过38万公里，火星同我们的平均距离却有228亿公里之遥，离我们最近时也有5500万到1亿多公里。火星上的重力几乎是月球上重力的3倍，从火星上起飞的航天器必须要比月球上起飞的航天器的功率大得多。飞往火星的载人飞船得有几百、上千吨重，飞行一次将持续1.5～3年，为此必须给飞船机组人员储备比考察月球多得多的食品、空气、水等。为了把这样一个庞然大物送往太空，需要利用航天飞机先把在地面上预制好的零部件分成好多批送到空间站上，在那里组装成飞船后再启动火箭把它送往火星或月球。
这还仅仅是诸多困难中的一小部分。至于要在火星建立基地，建造人工“生物圈”，开展火星旅行业务，改造火星的大气、土壤和气候，直到实现火星移民，使人类可以自由自在地生活在另一个星球上，那恐怕就需要经过几代人乃至几个世纪的努力才能办到。
据估计，光是为了完成布什总统提出来的进军火星的三项任务，大约就需要耗资5000亿美元，这对任何一个国家来说都是沉重的负担。但是，如果世界继续沿着和平、发展的轨道前进，开展广泛的国际合作，那么，人类向火星进军的步伐就一定要快得多，前景也一定会变得更加乐观。
大气层探险
地球的周围被一层厚厚的空气包裹着，通常将这层空气叫大气层。由于大气层中发生着种种壮观有趣的自然现象，它们与人类的生活密切相关，自古以来就引起人们的极大关注和浓厚的兴趣。为了探索大气层里的奥秘，不知涌现出多少勇敢的探险家，试图登上蓝天，揭开大气层内部的层层面纱，留下许多美丽动人的传说和惊险曲折的真实故事。
欲与天公试比高
古时候，人们面对着绚丽多彩的广阔天空，向往着飞往蓝天探索它的奥秘。在他们的想象中，天空只不过是一顶坚固的棚盖——天穹，宝石般闪闪发光的天体就镶在上面。天上有无数层的宫殿，宫殿里生活着各种各样的神仙和玉皇大帝，由此引出许多神话故事和美丽的传说。在中国，早已流传百世的“嫦娥奔月”和“孙悟空大闹天宫”的神话故事，便是人们对于天界的理解和“飞上天宫”幻想的寄托。古希腊人在神话时期，也有让天支托在擎天神的肩上的传说，他们也并不觉得滑稽，因为他们毫不在乎地认为，天空比山高不了几尺。
现在，我们已经知道，天的高度就是大气层的高度。通常说来，大气层大约有2000～3000千米高，也就是说天有2000～3000千米高。大气层之外就是黑洞洞的宇宙深处了。又由于地球引力的作用，整个大气层的质量的9/10都集中在16千米以下的大气层里，而到了260千米以上的高空，大气的密度就只有地面大气密度的百亿分之一，超过500千米以上的高空，空气就极其稀薄了。世界最高峰——珠穆朗玛峰顶上的空气密度，也只有海平面空气密度的二点六分之一。因此，科学探险家们又根据各高度上大气的不同特征，将大气区分为不同的层次：
最下面的一层叫对流层，大约距地面高度在12千米范围内，集中着大气全部质量的3/4.这层空气有强烈的上下对流，雷、雨、风、电等自然现象均发生在这层里，其突出的特点是气温随高度增加而降低。
第二层为平流层，位于对流层以上，顶端离地面约50千米高。在这层里的空气质量约占大气全部质量的1/4，空气只有水平方向的流动，没有雷、雨以及上升气流的干扰，是飞机飞行的好地方。平流层的下半部离地面约20～30千米处，有一个臭氧层，它的存在，恰似在大气中张起一张网形的巨大网筛，它筛掉了大部分太阳紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的灼伤而死亡。
从平流层往上到约85千米的地方，称为中间层，这层空气的气温随高度升高而降低，密度已大大降低了。从85千米往上，温度又回升了，至120千米以内，上升较缓慢，超过120千米以后，温度迅速增加，在距地面400千米的高空，温度竟达3000～4000摄氏度，所以称之为热层。热层以上就是大气的外层了，上限约3000千米，为地球大气圈与星际空间的过渡地带，非常稀薄的高速气体分子拼命摆脱地球的束缚，逃逸到宇宙太空中去，所以又称之为“散逸层”。中间层、热层、散逸层中的空气质量仅占大气总质量的三千分之一左右，热层以上的外层空间是人造地球卫星、宇宙飞行器航行的地方。
根据围绕地球的这层大气在不同高度上的种种特征，现代意义上所说的大气层的含义通常是指距地面100或120千米的高度之内的大气，而120千米以上的高空则视为外层空间了。
大气的变化造成了各种自然现象的发生，所以很早以来，人们就想尽办法飞上天空，以其探索大气的奥秘，征服空间。人类在步入大气层范围之内的探索，走过了借助风筝、气球、飞机、宇宙飞船和航天飞机等升空器具和高空飞行器的冒险性尝试的道路，给人们留下许多惊险曲折的难忘的故事。
昙花一现的风筝
“欲穷千里目，更上一层楼”，登高望远是人们摆脱地球束缚、研究大气变化的最原始的办法。直到18世纪末期，人们所能接触到的高层大气，还从未超过高山的山顶。在世界范围内的各个科学研究中心附近，最高的一座山峰是瑞士的勃朗峰。科学探险家们就是克服一系列登山过程中的困难，登上这大约5千米高的高山山顶，来研究高层大气的自然状况及其变化的规律。18世纪中叶以后，一种代替登山技术的飞天工具的尝试性研究开展起来，而最原始的飞天工具莫过于风筝了。
风筝是一种重于空气的飞行工具，它是靠风的作用获得举力的。1749年，苏格兰天文学家威尔逊进行了一项非常有意义的尝试，他把气温计安放在风筝上，希望这样能测到高空大气的温度。这种尝度的成功激发了许多科学家不畏困难与危险，试图去寻找大气中的一些自然现象的本质性的答案。3年后的1752年，著名的物理学家富兰克林，就进行了科学探险史上有名的，也是极其危险的探测雷电本质的实验。他把风筝放入雷雨之中，证明了闪电与摩擦所产生的电在本质上是一回事。幸运的是，他没有被风筝牵线传导过来的雷电而击伤。由此，风筝便走上了大气探测的舞台。
风筝的最大优点在于简单，不需要复杂的设备；借助于风力上升，不需要人工能源。只是它的致命弱点是，风力小的时候飞不起来，风力大的时候牵线易折断，常常妨碍交通；有时碰到电线还容易引起危险。风筝飞行的高度也有限，充其量不过2～3千米；载重量也小。这一系列的弱点极大地限制了风筝的发展与使用范围的扩大，除了19世纪高空大气探测初期表现为探测用风筝的黄金时代外，很快风筝便为其他的飞行工具所取代，成为昙花一现的历史陈列品。
席卷世界的气球热
气球是一种轻于空气的飞行工具，密封在球皮内的气体（热空气、氢气或氦气），因它比排开同样体积的空气轻，而获得上升的浮力。
人类乘坐气球飞行始于18世纪，最初是作为人们摆脱地面束缚的一种冒险性尝试。人类首次成功地放出载人的热空气球，是1783年法国的约瑟蒙特菲尔和雅克蒙特菲尔两兄弟。1783年6月4日，蒙特菲尔兄弟俩在一个下端开有口子的大袋子下方点起一堆火，于是，袋子里就充满了热空气，这样，袋子就慢慢地升起来了。现在看来，这种方法似乎是很笨拙，但在当时的情况下，这无疑是一个历史性的突破。5个月之后，他们就造出了载人的热空气球，直径达16米。那是一个晴朗的日子，兄弟俩怀着一种挑战的心理，在给气球充满热空气后，从容地走进热气球的吊篮中，围观的人们都为他俩捏着一把汗。幸运的是，热气球成功地升空了。尽管升空的高度有限，他们却在空中飞行了20分钟左右，并且安全降落在巴黎郊外的草地上。这次载人热气球的成功飞行，迈开了人类向大气层进军的步伐。蒙特菲尔兄弟的敢于冒险精神与这次成功的飞行的喜讯传开，激起许多人试图来改进热气球的升空高度，以进入高层大气探险的欲望。
就在蒙特菲尔兄弟这次成功的载人飞行试验后的第10天，即1783年12月1日，法国的物理学家查理制造出了氢气球。为了试验他的氢气球的升空能力，他将1公斤重的氢气充入气球中，结果发现氢气球可把13公斤重的重物提升到空中。他非常高兴，心想，何不在气球下面的吊篮里装上动物进行升空试验呢！试验结果使他兴奋不已，因为不仅动物能安全生存地返回，而且氢气球较之蒙特菲尔兄弟的热空气球升空的高度要大得多。这次成功的试验，成为人类运用气球来探测大气的开端。
不久，查理便决心冒生命危险，亲自带上气象仪器乘氢气球做高空飞行实验。他知道，在升空过程中，根据气压表的读数便可推算出气球所在的高度；而根据温度表的读数，便可测出气温随高度升高而逐渐降低的数据。
查理成功地乘坐氢气球探险飞行的消息不胫而走，随后欧洲许多国家都群起效尤，然后又由欧洲波及全球，在世界范围内掀起了气球热。使这一时期的气球的升空，充满了探险的色彩，飞行高度和水平距离的记录不断地被打破，极大地推动了大气探测的发展。
1784年，一个名叫杰夫瑞斯的美国人在伦敦的上空也做了一次乘坐气球的载人飞行实验。他乘坐的气球上带着一些气压计和一些别的测量仪器，更主要的是还有一个收集各不同高度上空气的装置。他的这次科学探险，为人类认识大气的变化规律，提供了宝贵的第一手分析资料。
然而，真正揭示出大气运动变化规律的科学发现，则是另一次重要的乘坐气球飞行的科学探险。1804年，法国科学家盖吕萨克克服高空大气的寒冷与稀薄缺氧等困难，冒着随时可能发生意外的危险，把气球升空到了大约7千米的高度，从那里带回了稀薄空气的样品，这使他总结出著名的盖吕萨克气体变化规律的定律，为人类科学的进步作出了不可磨灭的贡献。
随着气球时代的发展和升空高度的增加，人们开始注意到了这种科学探险方式的不安全性，因为稍不小心，升空气球都可能受到意外因素的影响造成球毁人亡等事故。在以往的探险过程中，探险家们也更多地想到怎样安全落地的问题，尤其是法国的气球探险家勃朗查德在1785年，即“气球时代”开始时就发明了降落伞，这一技术的广泛应用，使气球载人飞行稍微变得安全一点了。
随着科学探险家们的升空高度的增加，新的不安全因素出现了。对于坐在敞开的吊篮里的人来说，升空到7千米左右已是接近极限的高度，因为稀薄空气环境下的缺氧反应，会使人头昏恶心，严重者可窒息而死。在这个问题上，值得提及的是英国的科学探险家梯萨德。在1862～1866年间，他共进行了28次乘气球升空探险，升空高度不断增加，直到突破大多数看来已是极限的7千米的高度。随后的一些年，他试图升空到更大的高度去冒险，但自然规律是无法抗拒的，悲剧终于发生了。1875年，梯萨德与两名同伴坐在敞开的吊篮里，决定将气球升空到10千米处去探险，可当气球升空到8840米的高度时，他的一个同伴刚记录下气压计上的读数，就因严重缺氧而失去了知觉。情况更糟的是，他的另一个同伴也已冻得双手麻木失去了知觉。此时的梯萨德也产生了严重的缺氧反应，头昏脑涨，行动迟缓，但他竭尽全力用牙咬开了控制阀门，气球放气后下降，他才得以幸存。令人悲痛的是，两位两伴早已因氧气不足而窒息身亡。
事实告诉我们，在缺氧的环境里，人类是无法正常活动的。然而，更重要的是，对于科学探险家来说，不仅仅需要有一种敢于冒险的勇气，而且还要有一个面临困难与危险来临时的冷静头脑。
当与梯萨德有过类似探险经历的探险家们能够描述高空缺氧时的一系列症状的时候，逐渐便形成了“高空医学”。高空医学的诞生，使更多的高空探险家们多了份安全感，但高空医学的研究并不能代替探险家们冲破这裸载升空的极限。要想达到更大的飞行高度，途径只有两个：一个是使用无人气球继续升高探测；另一个便是想办法设计一种新型的、带有密封舱的气球，才能进行更高度的载人探险。
在带有密封舱的气球尚未设计出来之前，人类借助无人乘坐的气球进行了更大高度的探索。1892年，这种只携带测量仪器、收集气体的装置的无人乘坐气球设计出来了。显然，这些气球能够升得更高，从过去未探索过的高空气层带回那里大气的温度和压强等情报，并收集到不同高度的气体以测量它们的密度等宝贵资料。结果，正像人们所预言的那样，在离地面只有几千米的空中，温度随高度增加而逐渐下降。在11千米左右的高空，温度下降到零下55摄氏度左右。但令人奇怪的情况是，再往上去，这个规律便发生了变化，气体的温度不但不降低，反而随高度的增加还略有升高。
这种无人乘坐气球进行的大气探测，发展到1902年的时候，科学探险家们已弄清了低层大气的奥秘。法国的气象学家泰萨伦德波特，依据收集来的各种资料分析后指出，大气可分为两层：第一，湍动的低层。1908年，他又准确地称之为对流层。第二，平静的高层。后来他又改称为平流层。他把温度开始不再下降的高度，即“对流层”与“平流层”之间的边界叫做“对流层顶”。后来，人们发现，“对流层顶”的高度不是不变的，它在赤道上空距地面大约有16千米，而在两极地区则变到只有8千米左右，一般地区为12千米左右。
飞艇的发明与应用
探险家们绝不满足于虽有升空高度但不载人的气球探测方式，他们从未放弃过实现自己个人探险的愿望。在高空寒冷稀薄的大气中固然人不能生存，但为什么人们要把自己暴露在大气中呢？为什么不能做个密封舱，在其中保持地球表面空气的压力和温度呢？这种想法到了20世纪30年代，由于瑞士物理学家阿比卡特亲自设计了带有密封舱的气球，人们亲切地称它为“探空飞艇”，才变成了现实。
阿比卡特于1884年出生在瑞士的巴塞尔，毕业于苏黎世专科学校，20岁时便成为布鲁塞尔大学教授。他天资聪明，又出生于创造发明的时代，也是科学上充满冒险和奇迹的时代，使他这颗从小就爱思考的大脑处于一种兴奋状态，表现出极强的求知欲，阅读了大量的书籍。其中，发明家和探险家们的事迹更令他着迷，尤其是欧洲盛行的气球探险热，深深地影响着他的思想，使他在中学时代就信奉“生活中应该有冒险”的格言。但他深知，要想真正有所发明和创造，攀登科学的高峰，首先应努力学好科学文化知识。因此，他总是精力充沛、不知疲倦地学习，不仅以优异的成绩完成了大学学习任务，且20岁便成为一名小有名气的物理学教授。面对这令人羡慕和骄傲的成绩，他并未满足，更加无所畏惧地冲向当代科学探索的最前沿。
这时，他已有精力和能力对气球探险遇到的困难进行全面的思考。当他了解到吊篮式升空气球，因高空的严寒和稀薄的空气环境堵住了继续升空道路的时候，善于迎接也敢于迎接挑战的比卡特教授，决心走进这一领域，克服探空气球所遇到的技术困扰，为人类探索大气层的奥秘、征服空间领域作出应有的努力。
比卡特教授利用业余时间，反复思考气球升空到更大高度将面临的各种困难，设计密封舱的结构和原理，最后他决定采用绸子作密封舱的原料，并自筹资金设计出了第一个带有密封舱的气球，他亲切地称它为“探空气艇一号”。经过一系列的试验后，他决定亲自乘坐“探空气艇一号”到高空去探险。
1931年，比卡特乘坐自制的“探空气艇一号”升空到了16千米的垂直高度，在密封舱里舒适又安全地度过了16个小时，在水平方向上飞越了法国和德国。这一成功，使比卡特激动不已，因为他创造了人类乘坐气球征服空间的最大高度的记录。也正是这一成功，使比卡特在这人才辈出的时代一举成名。
第二年，他再次创造了升空17.5千米的新纪录。这些成绩向人类表明，只要能创造出克服大气环境障碍的工具，人类是可以到更高的高空，去探索大气层的变化规律的。
“探空气艇一号”的成功飞行，极大地鼓舞着比卡特教授，促使他向新的高度冲击。他想，如果密封舱的密封效果更好些，气球可能在高空逗留的时间更长些，升得更高。经过比较分析和试验，他决定改用塑性材料替代绸子，由于塑性材料比绸子轻，而且气孔也更少，所以，使用这种材料制作的新气球，因重量轻些将升得更高些；因密封舱漏气少些，在高空逗留的时间将更长些。
1938年，比卡特再次亲自驾驶被命名为“探险者二号”的气艇创造了垂直升空21千米的记录，在安全的密封舱里度过了20多个小时，从容地进行了一系列的科学考察，收集了那里的大气供分析使用，他还透过观察窗观察到外边的自然景观。事后，他绕有兴致地向人们讲述，在天空中遨游观光，大地一片苍茫，那里没有国界，有的只是对大地的亲切依赖感，大自然的壮观景色，是对探险人生的最好报偿！是啊，比卡特以其独特的才能创造的塑性铝制的密封舱取代敞开的吊篮，克服了稀薄大气环境对乘员的威胁，极大地推进了人类征服空间的高度。
如今，载人的气球艇依然采用的是比卡特教授的“探空气艇”的原理，只是由于材料的坚固等技术改进，使其升空高度达到了35千米左右，在高空中逗留的时间更长些，能够做许多预定的科学考察；而不载人的探空气球则升空到了50千米左右。这可能是现代载人气球艇与不载人探空气球的升空高度极限了。
在这些更高空的飞行探险的结果表明，温度几乎恒定的区域也不是无限向上延伸的。在高约50千米处，平流层就到头了。而在平流层的下半部即离地面约20～30千米之间，有一个臭氧层。在50千米以上的高度，温度就开始上升了，空气就极其稀薄了。
飞机的发明与活动
飞机是人们最熟悉的飞行器了。在航空发展过程中，许多飞行探险者和滑翔爱好者连续不断地去制造各种原始飞机。1890年，法国发明家阿达驾驶第一架有动力飞机上了天。这是架鸟形单座飞机，飞了约30米后在着陆时坠毁。德国的奥托里林托尔是滑翔机先驱者，他造的一架滑翔机可升高到约25米，滑翔距离约半千米。他说：“设想一架飞机算不了什么，造出一架飞机也很容易，把一架飞机飞上天去，这才是一切。”后来，美国的莱特兄弟终于把这个思想推到了顶峰。他们不仅发明和制造了飞机，而且首次架着重于空气的飞行器进行了连续飞行。
飞机发明者莱特兄弟，哥哥维尔伯莱特，弟弟奥维尔莱特。他们出生在美国，都未曾受过高等教育，是普通的自行车修理工。他们听到德国滑翔机专家奥托里林托尔曾做过2000多次滑翔机飞行实验，并因滑翔机而丧生的消息，就决心继续奥托里林托尔的未竟事业。
为了学习奥氏著作，哥俩首先攻读德文，突破文字关。接着研究德文版《飞行问题》和《滑翔实践》两部著作。他俩总结了奥氏等先辈的滑翔机经验，试制成12马力的小发动机，并且对螺旋桨进行多次制作和试验。
从1896～1903年的7年间，他俩艰苦创业，于1903年，“飞行者”号终于诞生了。它是一架以木材为骨架、帆布作机翼材料的双翼飞机。这架飞机由于制造了平行的双翼，提高了升力，飞机由12马力的汽缸内燃机推动螺旋桨。值得注意的是，一个新发明的获得，总要有与其适应的科学技术背景。内燃机的问世，为飞机的发明创造了前提。
1903年12月17日，“飞行者”号在美国北卡罗莱纳州基蒂霍克沙丘上正式起飞了。当场观众只有5人。马达开动了，奥维尔不慌不忙地上了飞机，环顾四周，下令“起飞”，这架包括一名驾驶员在内，总重只有340公斤的“飞行者”号疾飞如箭，刹时升上天空。12秒钟后，飞机徐徐落下。这不平凡的12秒，飞机飞出了120英尺。这时是上午10点30分。这第一次动力载人飞机成功地飞上天空，就这样永载世界史册。
莱特兄弟继续不断地改进飞机结构，又进行了160多次试飞活动。1904年飞行了5分钟；1905年飞行了38分钟，行程24英里。1908年9月12日，兄弟俩在美国弗吉尼亚州迈尔堡作表演时，飞行时间持续了67分钟；同年又在巴黎表演一次，飞行时间为2小时22分23秒。于是，赢得了世界人士的喝彩。至此1908年，莱特兄弟已圆满地解决了飞机问题。
从这时起，欧洲便掀起了一个自由飞行探险的热潮。1909年，法国人路易布莱里奥作横越英法海峡的飞行获得成功。他的飞机发动机为25马力的汽油机，机型为单叶，连续飞行40千米。1911年，卡普勒斯P罗杰兹从纽约起飞横越美国大陆到达加利福尼亚，完成了飞行史上第一次冒险飞行。1927年，奥维尔莱特驾驶飞机越过大西洋，是人类的又一次真正的冒险性尝试。
如今，飞机的飞行速度、高度、航程、载重量，都有了惊人的发展。飞机的最大升空高度已达40千米左右；速度达3倍多的音速，即每小时4000千米左右；升空总重达400吨左右。但航空飞机的进步，不论将来前景如何美好，都要受到一个基本的限制，那就是离不开包围地球的大气层。因为，任何航空飞机（包括设想中的未来飞机）都需要空气的浮力才能升空的。尤其是现代飞机，还需要大气中的氧气作为它的燃料的助燃剂，才能获得飞行的原动力，这就更影响了它在飞行高度和速度的大幅度增长。我们都知道，大气层越往上，密度就越小，空气也就越稀薄，提供给飞机飞行的浮力和氧气也就越少了。
航天飞机的发明与应用
人类到大气层以外去开发宇宙，已成了当代最辉煌的现实。但到目前为止，环绕地球的飞行器（人造地球卫星和载人宇宙飞船）都是依靠火箭发射上去的，这很不方便。因此，能不能设计一种飞行器，使它在升空阶段起火箭作用，环绕地球运行时起宇宙飞船的作用，下降（回收）阶段又起航空飞机的作用呢？能！这就是美国科学探险家们于1981年研制成的“航天飞机”。
人们习惯于把大气层以内的飞行叫“航空”；大气层以外，环绕地球的飞行叫“航天”。航天飞机，顾名思义，是专供大气层以外、环绕地球飞行的飞行器。
航天飞机由一个轨道飞行器、一个外贮箱和两个助推器组成。起飞时，两个助推器的火箭发动机和轨道飞行器的3台主发动机，同时点火，垂直发射，总重2000多吨的航天飞机，在近3000吨的巨大推力下，像一般宇宙火箭那样，带着轰然巨响，吐着长长的火舌，向蓝天窜去！两分钟后，航天飞机升到45千米的高度，助推器完成任务，与轨道飞行器分离，空壳子由降落伞护送，溅落到海面上进行回收，以便下次飞行使用。轨道飞行器靠外贮箱提供的燃料，继续向上空飞行。约8分钟后，外贮箱的燃料耗尽后，由反向力将它推入大气层烧毁。轨道飞行器继续由两台主发动机提供推力，5分钟后即可进入绕地球运行的最后轨道。目前，航天飞机可把几十至几百吨重的负荷送到280千米以上的高空轨道上去。
这时航天飞机依靠惯性飞行，机上人员便开始宇宙作业。在灵巧的机械手的协助下，将装载的货物“释放”到宇宙轨道上去，或将轨道上需带回的东西“抓”到货舱内。这项工作只需1～4名普通专家，并不需专门的宇航员。
完成宇宙作业后，航天飞机利用发动机反向推进，重新进入大气层，像飞机那样操纵飞行舵，滑翔降落到地面上。经过两个星期的地勤维修，就可以与助推器、外贮箱重新组装，进行下次宇宙飞行了。它着陆时速为每小时350千米。
1981年，世界上第一架航天飞机由美国研制成功，称为“哥伦比亚”号。在正式投入使用前，进行了6次飞行，携带2～4名宇航员，在200～400千米的5种轨道上，分别飞行了2～7天，全面试验了航天飞机的技术特点和使用性能。
如今，美国先后研制成功了5架航天飞机，即“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现者”号、“亚特兰蒂斯”号、“奋进”号。其中，“挑战者”号于1986年1月的第二次飞行时，升空数秒钟后爆炸而造成机毁人亡的悲惨事件，其他航天飞机仍在使用中。这些航天飞机承担了发射各种卫星、对卫星进行维修和重新定位、太空行走、发射哈勃望远镜以及进行其他科学实验任务，截止现在，已进行了100多次飞行，参加宇宙航行的宇航员已达130多人。今后，航天飞机最有前途的一项工作是：担任未来大型空间站工业体系和居民生活体系的建设与运输任务。采用航天飞机往返运输，已经变成了现实。
