阿波罗飞越范艾伦带

阿波罗宇航员在执行登月任务时面临的威胁可谓数不胜数。比如辐射。具体来说，就是环绕地球的范艾伦辐射带的密集辐射环境。当 NASA 发射阿波罗任务穿越范艾伦辐射带前往月球时，它并没有抱有最好的希望。该机构已经研究过所谓的“范艾伦问题”，知道其中的风险，并决定无论如何都要前往。而且，没有一名宇航员因穿越范艾伦辐射带而丧生。

发现范艾伦带

范艾伦带是由一位科学家发现的，他的名字就是詹姆斯·范艾伦。20 世纪 50 年代中期，范艾伦开始使用探空火箭和火箭（从高空气球发射的小型火箭）探测地球大气层外复杂的带电粒子世界。早期的实验仅限于探索大气层内地球周围的辐射，但随着国际地球物理年的到来，范艾伦有机会将他的研究提升到更高的水平，国际地球物理年是各国之间为探索地球科学和太阳活动而开展的国际科学合作。

美国对国际地球科学年会的贡献之一是一颗卫星，范艾伦在其中一次卫星尝试中赢得了一席之地。事实证明，范艾伦实验的卫星是第一颗绕地球运行的美国卫星。探险者一号于 1958 年 1 月 31 日发射。

探险者 1 号卫星上的宇宙射线设备在范艾伦预计辐射量较高的区域几乎没有记录到辐射。范艾伦不相信数据准确，因此对宇宙射线计数低提出了另一种解释：低读数是错误的，仪器实际上充满了被困在地球磁场中的粒子。1958 年 3 月，探险者 3 号卫星上的仪器证实了范艾伦的猜测。范艾伦带的发现成为 IGY 的杰出科学发现之一。

地球周围之所以存在高辐射环境，是因为带电粒子被困在地球磁场中；保护我们免受致命辐射伤害的磁场也会阻止辐射消散到太空中。粒子没有足够的能量逃逸。因此，这两条辐射带就像两个嵌套的甜甜圈，围绕着地球旋转。它们的高度略有不同，但内圈位于地球上方 600 至 3700 英里之间，主要由高能质子组成。与此同时，外圈位于地球上方 9,300 至 12,400 英里之间，由质子和电子组成。两者的辐射环境各不相同，在某些地方更密集，在其他地方则几乎没有。

范艾伦带和阿波罗

他们发现范艾伦带后，很快就意识到人类进入太空会遇到麻烦。显而易见的解决办法是将任务限制在内带以下的安全高度，内带始于地球上方约 345 英里处。但 NASA 成立后不久，该机构就考虑前往距离地球约 25 万英里的月球，这意味着要让人类穿越两个范艾伦带。

1960 年夏天，首次有人提出在可能的登月任务中应对范艾伦带的建议。美国宇航局太空任务组的罗伯特·皮兰和斯坦利·怀特在华盛顿的一次会议上介绍了他们对此问题的研究。他们说，保护宇航员免受范艾伦带内层高辐射环境的影响是不切实际的，但适度的保护措施可以保护宇航员免受范艾伦带外层的影响。

半年后的 1961 年 1 月，NASA 已踏上阿波罗登月之路，但距离公开正式确定目标还有数月时间，这时范艾伦辐射带问题再次被提出。NASA 的轨迹分析小组将“范艾伦辐射带标准模型”列为一项紧急需求，该模型可用于所有与阿波罗计划相关的轨迹分析。他们需要在让宇航员穿越这种危险的强辐射环境之前了解所有可能的情况。

这项对范艾伦辐射带的必要调查是 NASA 将阿波罗从概念任务推向公众意识过程中进行的众多幕后研究之一。这项研究的一些成果带来了非传统的解决方案。1962 年 7 月，范艾伦亲自在美国火箭协会就辐射和阿波罗发表了讲话。他说，范艾伦辐射带内层的质子可能对长期载人飞行任务造成严重危害。但他接着说，通过在附近引爆核弹头，可能可以清除辐射。额外的物质可能会给粒子提供逃离地球磁场所需的额外能量。

美国宇航局从未尝试用核弹清理范艾伦带，但原子能委员会 1962 年的一次试验曾短暂地使辐射问题变得更加严重。

美国在 20 世纪 60 年代初期的核试验计划被称为多米尼克行动。该计划包括一组大气测试，称为鱼缸事件，旨在了解核武器碎片在核战争中如何与地球磁场相互作用。鱼缸事件中最高的一次是海星一号（第一次尝试海星一号失败了）。这次试验中，一枚 1.4 兆吨的炸弹在 250 英里的高空引爆。海星一号并没有清除范艾伦带内部，而是增加了地球周围的辐射。

登月还是破产

但即使发生了“星鱼一号”事件，对范艾伦带的进一步研究表明，它们不会对登月任务造成影响。（到 1969 年，“星鱼一号”事件注入范艾伦带下部的高能电子已衰减至测试后峰值强度的十二分之一。）到 1964 年 2 月，NASA 确信阿波罗机组人员将以足够快的速度穿过范艾伦带，以至于航天器的外壳和壁上的所有仪器都足以提供保护。事后看来，NASA 接受在没有额外保护的情况下让宇航员穿越范艾伦带的风险似乎有些鲁莽，但这在任务计划中只是一个小风险。

为了监测飞行期间的辐射暴露情况，阿波罗号机组人员在飞船上和随身携带了辐射剂量计。这些读数证实了 NASA 做出了正确的选择。在计划结束时，该机构确定其宇航员避免了许多人担心的导致登月飞行停飞的大剂量辐射。在登月任务期间，宇航员受到的辐射剂量低于原子能委员会经常处理放射性物质的工作人员每年平均受到的 5 雷姆剂量。而且在任何情况下，宇航员都没有出现任何使人衰弱的医学或生物学影响。此外，阿波罗号宇航员都是前试飞员。飞往月球，包括受到辐射，仍然比在爱德华兹空军基地上空测试一架实验飞机要安全。

资料来源：阿波罗经验报告——防辐射；致命的范艾伦带？；探险者 1 号和木星-C；阿波罗太空船年表第 1 卷和第 2 卷；肯尼迪档案在线关于核试验的备忘录。