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太陽神16號

美国阿波罗计划的第十次载人任务

太陽神十六號（英語：Apollo 16）是美國太空總署太陽神計劃第十次載人任務，第五次和倒數第二次登月，也是第二次「J任務」，在月表停留時間更長，重點關注科學專案並使用太陽神月球車。航天員登月探索笛卡爾高地，科學家認為此地是由火山活動形成，但事實並非如此。

太陽神十六號
約翰·楊在月表起跳向美國國旗敬禮，身後是太陽神登月艙「獵戶座號」和太陽神月球車
任務類型載人登月（J類）[1]:547
營運方美國太空總署
國際衛星識別碼
  • 服務與指令艙：1972-031A[1]:473
  • 登月艙：1972-031C[1]:476
衛星目錄序號
  • 服務與指令艙：6000[1]:573
  • 登月艙：6005[1]:573
任務時長11天1時51分5秒[1]:482
太空船屬性
太空船
製造方
發射質素52,759公斤[1]:585
着陸質素5,441公斤[1]:482
人員
人數3
乘組成員
呼號
  • 服務與指令艙：「卡斯帕號」
  • 登月艙：「獵戶座號」
艙外活動一人在地月空間取回膠捲磁帶
活動時間1時23分42秒
任務開始
發射日期協調世界時1972年4月16日17:54
運載火箭農神五號SA-511
發射場甘迺迪太空中心39號發射台
任務結束
回收方提康德羅加號航空母艦
着陸日期UTC1972年4月27日19:45:05[1]:482
着陸地點南太平洋
0°43′S 156°13′W / 0.717°S 156.217°W / -0.717; -156.217 (太陽神十六號濺落)[1]:482
月球軌道器
太空船組件服務與指令艙
入軌UTC1972年4月19日20:22:27[1]:499
脫軌UTC1972年4月25日02:15:33[1]:503
軌道64[1]:480[2]
月球著陸器
太空船組件登月艙
着陸日期UTC1972年4月21日02:23:35[1]:500
返回發射UTC1972年4月24日01:25:47[1]:502
着陸點笛卡爾高地
8°58′23″S 15°30′01″E / 8.97301°S 15.50019°E / -8.97301; 15.50019[1]:478
樣本質素95.71公斤[1]:479
地表艙外活動3
活動時長
  • 20時14分14秒
  • 首次：7時11分2秒[1]:478
  • 第二次：7時23分9秒[1]:479
  • 第三次：5時40分3秒[1]:479
月球探測車
涵蓋距離26.7公里[1]:479
與登月艙對接
dock日期UTC1972年4月16日21:15:53[1]:498
分離日期UTC1972年4月20日18:07:31[1]:499
與登月艙上升段對接
dock日期UTC1972年4月24日03:35:18[1]:503
分離日期UTC1972年4月24日20:54:12[1]:503
運載物
總質素
  • 科學儀器艙：
  • 太陽神月球車：210公斤

自左至右：馬丁利、楊、杜克

搭載太陽神太空船的農神5號運載火箭1972年4月16日從佛羅里達州甘迺迪太空中心起飛，任務乘組包括指令長約翰·楊、登月艙駕駛員查爾斯·杜克、指令艙駕駛員肯·馬丁利。飛向月球途中遇到許多小問題，最終導致主引擎故障，登月推遲六小時。地面人員一度打算指示航天員中止任務返回，最後認定故障可以解決並批准登月，同時安排任務提前一天結束。

4月21日楊和杜克乘太陽神登月艙降落月表並停留71小時，完成三次艙外活動（又稱月球漫步），總時長20小時14分。兩人駕駛重26.7公斤的月表第二輛太陽神月球車，共收集95.8公斤月岩樣品帶回地球，其中「大穆利」是太陽神計劃史上最大的月岩樣品。指令艙駕駛員馬丁利留在繞月飛行的服務與指令艙拍照並操作科學儀器，在月球軌道飛行126小時，繞月64圈。[1]:480楊和杜克飛回月球軌道與馬丁利會合，三人從服務艙發射子衛星。馬丁利在返地途中出艙一小時，從服務艙外部取回幾卷膠捲磁帶。1972年4月27日，太陽神十六號安全濺落南太平洋。

乘組和關鍵任務控制人員

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崗位（英語：Astronaut ranks and positions）[3] 太空人
指令長 約翰·楊
第四次飛行
指令艙駕駛員 肯·馬丁利
第一次飛行
登月艙駕駛員 查爾斯·杜克
第一和唯一一次飛行

太陽神十六號任務指令長約翰·楊1962年入選美國太空總署第二組太空人，1965年與古斯·格里森隨雙子座3號飛上太空，是首位不屬水星計劃七人的美國太空人。1966年他與米高·科林斯執行雙子座十號任務，1969年是太陽神十號指令艙駕駛員。太陽神十六號任務時他41歲，官拜美國海軍上校，是吉姆·洛弗爾後首位四飛太空的美國航天員。[1]:471[4]:148–149

指令艙駕駛員肯·馬丁利在太陽神十六號任務時36歲，是美國海軍中校。他1966年入選太空總署第五組太空人，屬太陽神八號和九號支援乘組。[4]:150–151接下來他與太陽神十一號後備指令艙駕駛員威廉·安德斯一起受訓，安德斯宣佈辭職並在1969年7月底生效，一旦首次登月任務推遲就無法參與。如果太陽神十一號確在安德斯離開太空總署後發射，馬丁利應該就是替補指令艙駕駛員。[5]:237

馬丁利本是太陽神十三號主乘組，杜克和楊當時是替補乘組，杜克從孩子那裏染上風疹後與馬丁利有接觸，後者沒有感染，但還是在發射三天前由替補乘組傑克·斯威格特取代[6]。同屬第五組太空人的杜克像馬丁利一樣從未飛上太空，曾是太陽神十號支援乘組和太陽神十一號太空船通訊員[7]，美國空軍中校[4]:2。太陽神十六號任務時他只有36歲，比太陽神計劃另外11位航天員踏上月球時都年輕[8]。三人入選太陽神十六號主乘組的訊息在1971年3月3日公佈[1]:471–472。

替補乘組包括指令長弗萊德·海斯（曾執行太陽神十三號任務）、指令艙駕駛員斯圖爾特·羅薩（隨太陽神十四號飛上太空）、登月艙駕駛員艾德加·米切爾（太陽神十四號主乘組）[1]:471。太空總署飛行任務成員辦公室主任迪克·斯雷頓原計劃選威廉·波格和傑拉德·卡爾分別擔任替補指令艙駕駛員和登月艙駕駛員，此後再選兩人擔當太陽神十九號主乘組[5]:262[9]。但太陽神十八和十九號任務都在1970年9月宣佈取消，沒有必要再為該任務訓練航天員，派已經做好準備的航天員執行現有任務更合理。羅薩和米切爾因此劃入替補乘組，波格與卡爾分到太空實驗室計劃，隨1973年的太空實驗室四號飛上太空。[10][11]

水星和雙子座計劃任務分主要和替補兩乘組航天員，太陽神計劃增加人稱支援乘組的第三組人員。太陽神計劃要求每次會議各乘組都派人參加，太陽神九號指令長詹姆斯·麥克迪維特認為乘組忙於在全美各地設施訓練，可能無法及時趕回，斯萊頓接受建議設立支援乘組。支援乘組負責遵照指令長要求提供協助，[5]:184人員大多資歷尚淺，負責整理並及時更新任務規則、飛行計劃和檢查清單[12][13]。太陽神十六號的支援乘組包括：安東尼·英格蘭、卡爾·海因茲、亨利·哈特斯菲爾德、羅伯特·歐沃米爾、唐納德·彼得森[1]:472。

太陽神計劃的飛行主管負責「採取任何必要措施確保乘組安全和任務成功」[14]，太陽神十六號飛行主管包括：皮特·弗蘭克與菲利普·沙弗（頭班），吉恩·克蘭茲與唐納德·帕迪（第二班），格里·格里芬、尼爾·哈欽森、查爾斯·劉易斯（第三班）[1]:472。海斯、羅薩、米切爾、詹姆斯·艾爾文、英格蘭、彼得森、哈特斯菲爾德、戈爾登·福勒頓任太空船通訊員[1]:472。

任務徽章和呼號

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太陽神十六號太空飛行羅賓斯紀念銀章

太陽神十六號徽章主體圖案是白頭海鵰立於紅白藍三色盾牌代表美國人民，灰色背景代表月表。盾牌上有「APOLLO 16」字樣，金色太空總署標誌圖案環繞月球覆蓋紅白條紋。徽章最外圈為金邊，內側16顆五角星代表任務編號，下方是航天員姓氏：楊、馬丁利、杜克。[15]。徽章根據乘組遞交的構想設計[16]，設計師是侯斯頓載人太空飛行中心繪圖商店的芭芭拉·馬特爾斯基[17]。

楊和杜克為登月艙挑選呼號「獵戶座」，馬丁利選中「卡斯帕」充當服務與指令艙呼號。據杜克所述，他和楊希望呼號與恆星有關。[17]獵戶座從地球觀測是比較明亮的星座[18]，航天員此行始終都能看到[19]。杜克還稱，獵戶座很有名，（英語）發音簡單，方便任務控制中心聽懂[20]。馬丁利挑選的「卡斯利」源自《鬼馬小精靈》：「此行嚴肅的東西已經夠多，所以我選個不那麼嚴肅的名字」[18]。

規劃與培訓

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挑選登月地點

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太陽神十六號是太陽神計劃第二次J任務，需在月表逗留三天並使用太陽神月球車，科研任務更多[21]。作為太陽神計劃倒數第二個任務，太陽神十六號沒有重要的新裝置或流程需在月表測試，與太陽神十七號一樣給予航天員充分時間了解月球特徵，澄清尚不確定的問題。月表高地可能源自古代，更有望包含科學家希望了解的月球早期歷史所需資訊。此前太陽神十四號、十五號等任務取得歷史比月海更悠久的月岩樣品，估計是隕石撞掉的高原石塊，形成時間比月球內部流出熔岩淹沒低地與盆地更早。不過，包括太陽神十六號在內的所有太陽神任務都未抵達月表高地探索。[22]

雨海由隕石衝撞形成，太陽神十四號乘組到達衝撞邊緣探索並取樣；太陽神十五號同樣抵達雨海邊緣取樣。兩次任務降落點均同雨海關係密切，但遠離月球的月表高地仍可能存在不同地質構成與形成機理。[22]科研人員丹·米爾頓研究月球軌道計劃拍攝的月表高地相片，發現笛卡爾高地某位置反照率特別高，估計是火山岩所致，其他科研人員普遍認可他的推斷[23]:284。科研人士指出，月球中部高地看上去和地球火山作用形成區很像，推測兩者形成機理相通，希望太陽神十六號的科研成果提供答案[22]。部分科研人員主張在大隕石坑第谷坑着陸，但此處距月球赤道太遠，登月艙需通過非常崎嶇的地形才能靠近，最後沒有採納[24]:454–455。

 
太陽神十六號降落點

太陽神選址特設評估委員會1971年4至5月會晤探討太陽神十六和十七號登月地點，貝爾通訊的諾埃爾·辛納斯主持。大會一致決定在月表高地降落，太陽神十六號降落點要麼是神酒海以西的笛卡爾高地，要麼是阿方索環形山。[23]:286太陽神十二號任務開始在月表部署地震儀，笛卡爾高地距之前的太陽神登陸點很遠，便於構建地震儀網[25]。

如果在阿方索環形山降落，太陽神十六號最重要的科研目標分三項：隕石坑壁內可能存在撞擊前的古老物質，隕石坑內部組成，相片上偏暗的幾個隕石坑底部是否存在火山活動痕跡。不過，地質學家擔心此處取得的樣品已遭形成雨海的撞擊污染。此外太陽神十四號的樣品尚未完成分析，太陽神十五號此時還沒出發，兩次任務均可能達成上述目標。[25]

選址委員會1971年6月3日拍板笛卡爾高地[23]:288，阿方索環形山至此最有望成為太陽神十七號登月點，但最終同樣排除。根據太陽神十四號在月球軌道飛行時所拍相片，太空總署認定笛卡爾高地不會對乘組登陸構成危險，着陸點位於直徑分別是1000米和680米的北射紋線坑和南射紋線坑之間，兩個隕石坑的歷史都不長，形成穿透月球表岩屑的「天然鑽孔」，方便乘組取樣外露基岩。[25]

降落點敲定後，任務規劃人員決定本次任務主要取樣點設在筒卡爾高地和凱萊隕石坑，兩地都在月表高地。科研人員普遍認為兩地很可能由月球火山活動形成，但實際取樣結果證明事實並非如此。[25]

訓練

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約翰·楊和查爾斯·杜克在新墨西哥州格蘭德河峽谷訓練

除太陽神太空船常規訓練外，楊、杜克、後備指令長海斯接受大量地質培訓，其中不乏實地考查，以便了解在月表分析地質特徵、收集樣品所需知識和技術，特別是屆時在月表可能遇到的地質特徵知識。[26]:125–126[27][28]替補登月艙駕駛員米切爾忙於太陽神十四號事務，無法參與太陽神十六號早期訓練，後在1971年9月加入實地考查隊。此前支援乘組兼登月艙艙外活動時期太空船通訊員英格蘭或地質培訓師隨海斯一起參加地質實地考查。[26]:125

科研人員滿以為笛卡爾高地是火山，大部分培訓針對火山岩和火山地貌，實地考查地點大多前往其他類別岩層。楊事後表示，事實證明笛卡爾高地不是火山，與火山無關的培訓更具實效。[26]:971971年7月乘組在加拿大安大略省薩德伯里參加地質實地演習，是美國航天員首度在加拿大培訓[29]。太陽神十四號登月乘組（即指令長和登月艙駕駛員，不包括服務與指令艙駕駛員）曾在西德訓練，地質學家唐·威廉斯稱此行發生不快，斯萊頓決定今後不再派航天員到歐洲培訓[23]:290。薩里伯里約18億年前經大隕石撞擊形成寬97公里的隕石坑，故由地質學家選中訓練乘組。證據表明索德柏立盆地存在破裂錐地質結構，有助於太陽神乘組熟悉隕石撞擊的地質特徵。演習期間航天員沒穿太空衣，攜帶無線電裝置同彼此和英格蘭保持聯絡，練習月表可能用上的操作。[29]實地培訓接近尾聲時已變成大規模演習，最多時有八名航天員和數十名支援人員參加，引來傳媒關注。內華達試驗場擁有核爆留下的大型坑洞，可模擬月球大型隕石坑，來此訓練必須取得足夠安全級別並提供近親姓名，馬丁利還需申請特別許可才能從試驗場上飛過。[26]:125[30]

 
楊（右）與杜克學開太陽神月球車

除地質實地培訓外，楊和杜克還需練習操作艙外活動太空衣和太陽神月球車、適應月球重力、收集樣品[31]。兩人曾是太陽神十三號替補登月乘組，可花約四成時間練習月表操作[22]。乘組還接受生存訓練並了解任務技術環節[31]。太空人花大部分時間研究以往任務帶回的月岩樣品，了解需攜帶的儀器，聽取儀器主要負責人說明此行期望目標。上述訓練令楊和杜克踏上月表後很快明白腳下不是預想的火山岩，只不過任務控制中心的地質學家一度不相信兩人判斷。[26]:127乘組參加大部分訓練時身穿太空衣，據楊回憶約有350小時，他認為這點至關重要，方便航天員執行任務時對裝置局限心中有數[26]:128–129。馬丁利乘飛機飛過實地培訓地點，練習從軌道辯認地質特徵、操作科學儀器[26]:16。

設施

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1972年1月27日航天器裝配大樓旁的太陽神十六號運載火箭

運載火箭

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發射太陽神十六號的農神5號運載火箭編號AS-511，是農神五號火箭第11次發射和第九次用於載人任務。AS-511與太陽神十五號的火箭基本相同，只不過恢復S-IC一節火箭的四個反推火箭，整個火箭共計八個，與太陽神十四號及以前的火箭相同。反推火箭用於減少拋棄第一節火箭時脫離部分與剩餘部分相撞的風險，太陽神十五號去掉一節火箭上的四枚反推火箭減輕重量，但飛行過程的分析結果表明一節火箭脫離後與剩餘火箭距離不及預期，為防剩下的反推火箭故障導致撞擊，本次任務恢復過往組態。[20]

太陽神月球表面實驗封包及其他月表裝置

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太陽神十一號之後的登月任務均攜帶太陽神月球表面實驗封包，其中裝置採用核能供電並在月球部署，航天員返回地球後仍能長時間運轉[32]。太陽神十六號封包包含被動地震實驗包、主動地震實驗包、月球熱流實驗包、月表磁強計[4]:48。與前幾次任務一樣，太陽神十六號攜帶美國原子能委員會開發的放射性同位素熱電機SNAP-27為實驗封包供電[4]:66。

 
太陽神十六號的被動地震實驗包

被動地震實驗包與太陽神十二、十四、十五號留下的同類裝置連成地震儀網[33]:9–1。太空總署計劃在登月乘組飛離月表並返回指令艙後用登月艙上升段撞擊地震儀附近，相當於用已知質素和速度的物體撞擊月球已知方位，撞擊過程用於校準剛剛留下的地震儀[4]:48, 52。但本次任務登月艙上升段脫離服務與指令艙後失控，未能撞擊預定位置[1]:481。主動地震實驗包用於提供月球地質結構數據，包括兩種爆炸物，其一是連接三個地震檢波器的月震炸藥，在部署月表實驗封包時引爆；另一種是四門不同規格的迫擊炮，準備在航天員返回地球後遙控發射。太陽神十四號也配有主動地震實驗包，但為免影響其他實驗沒有發射迫擊炮。[34]

熱流實驗需在月表鑽兩個三米深的洞安裝溫度計，測量月球內部熱量流動。這是第三次計劃布署熱流實驗的太陽神任務，太陽神十三號因事故放棄登月，太陽神十五號鑽頭故障，鑽的孔不夠深。太陽神十六號的嘗試同樣以失敗告終，杜克放好第一個溫度計後，楊因笨重的太空衣阻擋看不到兩腳，結果拉起纏在腳上的線纜時把線扯斷。地面人員認為修復所需時間太長，決定放棄實驗。[24]:467–469, 478太陽神十七號順利部署熱流實驗[24]:513。

 
月表磁強計

月球磁場遠小於地球，月表磁強計用於測量具體數值。太陽神十六號還用月球車搭載手提式月球磁強計在各地質考察點停留，取得進一步數據。科研人員希望把太陽神十二號所取樣品用太陽神十六號短暫帶回月球，確認地球之行去除「軟」磁場後，樣品回到月球能否恢復。[4]:50, 55–59太陽神十六號返地後的測量確認「軟」磁場恢復，但強度不及太陽神十二號帶回之時[33]:7–56。

太陽神十六號攜帶遠紫外相機－攝譜儀並首次在月球開展天文觀測，以便排除地冕影響取得太空氫源數據[4]:71–74。儀器放在登月艙陰影內指向星雲、地球、其他天體，以及月表發現的任何疑似火山噴口，拍下的膠捲帶回地球。據美國海軍研究實驗室喬治·卡拉瑟斯博士透露：「最明顯、最引人注目的結果源自觀測地球，這是第一次用紫外線從遠處拍攝地球，可以看到完整大氣層的氫分佈、極光，還有所謂的熱帶氣輝帶」。[35]

登月艙下降段安裝的四塊面板組成宇宙線探測器，用於記錄宇宙線和太陽風粒子。登月期間三塊面板不予遮擋，第四塊在早期艙外活動時由航天員拿掉遮擋物。所有面板最後裝袋運回地球。每次登月都會部署的獨立式太陽風成分實驗最後也將裝置帶回地球，為儘量減少污染，本次部署在以往的鋁製裝置外增加鉑箔。[4]:71–74

粒子與場子衛星二號

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畫家想像的子衛星部署

太陽神十六號粒子與場子衛星二號是服務艙在月球軌道投放的小衛星，與太陽神十五號八個月前投放的一號子衛星類似，主要用於測量月球繞地飛行期間的粒子和磁場。兩個子衛星的預定軌道接近，都在月表以上89至122公里範圍。[36]

二號子衛星原計劃同一號一樣在軌道持續運作至少一年，最後因軌道衰變在月表墜毀。但主引擎故障導致地面控制中心決定安排乘組提前一天返回地球，故太空船沒有飛到預定軌道位置。二號子衛星的實際投放軌道低於計劃，僅繞月424圈就在一個月後（1972年5月29日）墜毀。[37]:5-4—5-5二號子衛星地面軌道接近月球質素瘤，對子衛星形成拉力，故只堅持一個月[1]:480。

任務重點

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運載火箭和太空船部件1970年7月開始抵達甘迺迪太空中心，1971年9月全部運到。太陽神十六號原計劃1972年3月17日發射，但指令艙反推力系統測試時發生氣囊炸裂，太空總署還擔心乘組從月表起飛返回服務與指令艙後，用於拋棄登月艙的炸索無法正常動作，再加上杜克的太空衣也有故障，有必要把發射時間推至下次發射窗口。太陽神十六號推遲到1972年4月16日發射，1971年12月13日運出航天器裝配大樓的發射火箭在1972年1月27日送回，2月9日又運到甘迺迪太空中心39A號發射台。[20]

倒數在1972年4月10日（周一）上午八點半正式開始，距發射還剩六天。此時三級運載火箭均已裝載燃料，正向太空船裝飲用水。倒數開始時乘組還在參加末期訓練，4月11日接受最後一次飛行前體檢。[38]倒計時僅按時間表預定暫停一次，天氣隨發射時間臨近轉向晴好[1]:473。

發射並飛向月球

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太陽神十六號發射

美國東部時間1972年4月16日12點54分，太陽神十六號從甘迺迪太空中心發射[20]。發射過程一切正常，乘組經歷的振動與以往任務類似。農神五號第一和第二級（S-IC和S-II）表現穩定，起飛近12小時就把太空船送入近地軌道。乘組接下來適應失重環境並準備地月轉移，第三節火箭點火將把他們推向月球。乘組在地球軌道只遇到很小的技術問題，如環境控制系統、S-IVB三節火箭姿態控制系統的潛在問題，最後都在準備前往月球期間解決或在飛行途中補償。繞軌飛行兩圈後，三節火箭重新點火併保持五分多鐘，推動太空船以約3.5萬公里時速飛向月球。[39]熄火六分鐘後，乘組所在服務與指令艙同火箭分離並飛到15米外，再調頭對接並拖出火箭級內部的登月艙，該過程人稱換位、對接和取出，馬丁利的操作非常順利。[40][41]對接後乘組發現登月艙外部某處有微粒飛出，仿佛艙體外表皮撕裂並粉碎，據杜克估算最多時一秒鐘就看到五至十個微粒。楊與杜克從對接通道進入登月艙檢查，但沒有發現嚴重問題。再度朝月球進發之際，乘組將太空船定在「燒烤」模式，即沿長軸每小時旋轉三周，確保在太陽照射下受熱均勻。乘組為地月轉移完成進一步準備，從起飛近15小時開始首輪睡眠。[42]

 
太陽神十六號在地月轉移期間拍下地球相片

任務第二天地面控制中心叫乘組起床時，太空船離地約18.1萬公里並以每秒1622米速度飛行。太陽神十六號要到任務第四天抵達月球軌道，[43]第二和第三天的事務大多用於準備，如科研、維護太空船。乘組第二天開展曾在太陽神十四號做過的電泳實驗，[44]證實電泳分離在接近零重力環境下產物純度遠超地球。他們採用一藍一紅兩種不同尺寸的聚苯乙烯顆粒，用電泳將兩者分離，但實驗裝置的電滲效應導致兩種顆粒間沒有清晰界限。[4]:103[45]

服務與指令艙的服務推進系統引擎在任務第二天執行中途修正點火併持續兩秒，用於調整太空船軌道。隨後乘組第二次進入登月艙，進一步檢查登月裝置和系統。航天員匯報登月艙鋁製外殼又有掉漆，太空船各系統運作正常。接下來乘組對照檢查清單，了解此後幾天的操作日程，為抵達繞月軌道並點火注入做準備。指令艙駕駛員匯報「環架鎖定」，意指追蹤太空船飛行姿態的功能精度不足，需利用太陽和月亮重新調整導航系統。任務第二天結束時，太陽神十六號距地球約26萬公里。[44]

任務第三天航天員起床時，太空船離地約29.1萬公里，尚未抵達月球引力範圍，速度穩步下降。起床後大家先做「家務」，維護太空船並與任務控制中心交流狀態報告。乘組開展太陽神「閃光」實驗，據稱陽光沒有照射太空船時，登月航天員不論是否睜開眼睛都會偶爾看見莫名閃光，估計是宇宙線粒子穿過人眼所致。[46][47]楊與杜克隨後再度進入登月艙並打開電源檢查各項功能，同時打掃、清理，準備登月。系統正常一如預期，乘組隨後穿上太空衣演練登月日流程。太陽神十六號起飛59時19分45秒，任務第三天即將結束，太空船離地33萬零902公里，距月球62636公里，而且已在進入月球引力範圍後加速。[48]

乘組第四天起床後開始準備注入繞月軌道[43]，太空船飛至海拔20635公里時彈出科學儀器艙蓋。任務開始74小時後，太陽神十六號經過月球背面，暫與地面任務控制中心失去聯絡。服務推進系統在月球背面點火併維持6分15秒，太空船進入近月點108公里、遠月點315.6公里軌道。[49]乘組進入月球軌道後開始準備注入下降軌道，進一步修改太空船軌道。經過操作，太陽神十六號飛行軌道的近月點降至19.8公里。第四天剩下的工作主要是觀察、準備啟用登月艙、脫離並在次日登月。[50]

月表

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1972年4月20日，太空總署官員商討是否准許太陽神十六號繼續登月

乘組任務第五天起床後很快便繼續準備啟動登月艙並同服務與指令艙脫離，科學儀器艙吊杆在展開質譜儀時卡住，未能完成部署。楊和杜克負責在登月艙脫離服務與指令艙後目測吊杆，兩人提前40分鐘進入登月艙並檢查各項功能，但部分操作延誤，完成準備的時間僅早十分鐘。[41]登月艙在任務啟動96時13分31秒脫離服務與指令艙[51][52]。艙體分離並經過月球正面期間，馬丁利準備把服務與指令艙開到更高的近圓形軌道，楊與杜克準備駕駛登月艙降落月表。馬丁利測試服務與指令艙的可控火箭引擎，準備點火調整軌道時發現服務推進系統引擎後備平衡環系統振盪。根據任務規定，登月艙此時應重新對接服務與指令艙，由地面任務控制中心決定是否中止登月並用登月艙引擎返回地球。但兩艙此時近距離保持相對靜止，任務控制中心經過數小時討論認為上述問題可以解決並繼續登月。[22]登月艙開始動力降落月表的時間比原計劃約晚六小時，楊與杜克為趕時間從距月表20.1公里高空開始降落，比以往登月任務都高。降至四公里時楊已經能看清登陸點全景。航天員及時降低登陸引擎動力供應，太空船在距月表2200米開始朝着陸方向傾斜。任務開始104時29分35秒，協調世界時4月21日2:23:35，「獵戶座號」在原定位置以北270米、以西60米着陸。[41][53]太陽神十六號帶有月球車，偏離這麼點距離可謂毫無影響[22]。

楊和杜克關閉登月艙部分功能節省電池，完成初使操作後設置「獵戶座號」在月表停留三天，然後脫下太空衣，對直接着陸點開始初步地質觀測。接下來兩人坐下來吃月表第一餐，隨後佈置登月艙睡覺。[54][55]。主引擎故障導致登月延誤，故任務計劃必須大幅調整。月表作業完成後，太陽神十六在月球軌道停留的時間縮短一天，這樣發生其他問題也有充足時間處理。為改善楊和杜克的睡眠，第三次兼最後一次月表艙外活動從原計劃的七小時縮短至五小時。[41]

楊與杜克4月21日起床並吃過早餐後開始準備首次艙外行走，又稱月球漫步[56][57]。兩人穿上太空衣，為太空衣加壓並將登月艙減壓。楊登上艙口連接梯子的小「門㾿」，杜克把垃圾袋遞給楊，裏面裝滿準備扔在月表的垃圾。[8]楊隨即把裝置轉移袋扔在月表，裏面裝有艙外活動期間使用的裝置，再走下梯子成為月表第九人[41]。他感嘆：「這就是神秘未知的笛卡爾高地平原，太陽神十六號會改變你的形象。很高興這裏不會有誰突然蹦出來搗亂。」杜克很快走下梯子成為月表第十人，此時他只有36歲，至今沒有任何人踏上月球時比他年輕。杜克在同太空船通訊員安東尼·英格蘭通話時表示非常興奮：「太棒了！踏上月表的第一步感覺真好！」[8]兩人首先需要取下月球車、遠紫外相機－攝譜儀等裝置，[58]期間沒有遇到問題。楊首次在月表駕駛月球車時發現後轉向輪失靈，他把問題告知任務控制中心，在杜克立起美國國旗後安裝電視網絡攝影機。月表作業期間，月球車一直是指令長駕駛，登月艙駕駛員協助指引方向，這也是太陽神計劃J任務的一貫分工。[59][60]

楊在「大獎賽」駕駛月球車

下一個任務是部署裝在月球車上的太陽神月球表面實驗封包，裝好的電視攝像放像機拍攝部署過程，後轉向輪開始恢復正常。部署完成後兩人在附近收集樣品。第一次艙外行走開始約四小時後，兩人乘月球車前往第一個地質探測點，距登月艙1.4公里、寬36米的普拉姆隕石坑。乘組在附近取樣，科研人員認為此地月岩已經穿過表土層抵達下面的凱萊地層。杜克在此根據任務控制中心指示取得太陽神計劃史上最大的月岩樣品，屬角礫岩，帶回地球後根據任務首席地質調查員威廉·穆爾伯格的姓氏起名「大穆利」。[61][62]下一站是比較小、距登月艙1.6公里的巴斯特隕石坑，位於規模更大的斯波克隕石坑北側。杜克在此拍攝石山和南射紋線坑的相片，楊部署手提式月球磁強計。[63]兩位航天員尚未發現任何火山物質，科研人員開始考慮笛卡爾高地很可能不像任務前大家預想的那樣源自古代火山活動。楊在第二站任務完成後駕駛月球車開始「大獎賽」，杜克用16毫米膠捲電影攝像放像機拍攝。太陽神十五號也有相同嘗試，但因相機故障作罷。[64]乘組繼續部署月表實驗封包，隨後返回登月艙結束耗時7時6分56秒的首輪艙外活動。兩人進入艙內後加壓，花半小時向任務控制中心科研人員匯報，再佈置艙內睡覺。[61][65][66]

 
杜克認為非常「壯觀」的石山側面景觀[67]

楊與杜克提前三分半鐘醒來，與地面人員討論當天活動計劃[68][69]。第二次艙外活動的主要目標是前往石山，登上約20度斜坡抵達人稱「欽科坑」的五個隕石坑。兩人駕駛月球車趕到3.8公里外的石山，腳下比登月艙所在的谷底海拔高152米，其他太陽神任務登月人員從未抵達海拔超出登月艙這麼高的位置。兩人對石山側面的風景頗感震撼，杜克稱以「壯觀」，[67]隨後便在附近收集樣品[61]。楊與杜克在斜坡停留54分鐘，然後回到月球車前往當天第二站，又稱「第五站」，是寬20米的隕石坑。登月艙南面是很大的南射紋線坑，兩人希望找到未經南射紋線坑噴發物污染的笛卡爾高地物質。在此收集的樣品至今尚未確定源頭，但威廉斯表示「有理由相信屬於笛卡爾高地」。[61]下一站（第六站）是寬十米的塊狀隕石坑，乘組發現此地土壤更堅硬，相信能取得凱萊地層樣品。為節省時間，楊與杜克放棄第七站，直接開往石山下的第八站，花一小時從南射紋線坑的射線指向位置取樣，取得黑色和白色角礫岩、富含晶體的小塊斜長石。第九站人稱「空地」[70]，據信沒有南射紋線坑噴發物，航天員在此取樣40分鐘。他們離開「空地」25分鐘後抵達位於月表實驗封包和登月艙中途位置的當天最後一站，兩人在地上挖兩個洞，沿月表實驗封包以東50米開展多次透度計實驗。第二次月球漫步在兩名航天員要求下延長十分鐘，兩人返回登月艙，關閉艙門並加壓後結束持續7時23分26秒的艙外活動，打破太陽神十五號創下的時長紀錄。[61][71]吃飯並向任務控制中心匯報後，楊與杜克再度佈置登月艙睡覺[72]。

 
約翰·楊在影岩附近調整月球車天線

任務第七天是登月第三天和最後一天，完成艙外活動後登月艙從月表起飛至月球軌道，與馬丁利所在服務與指令艙會合。楊和杜克第三次月球漫步期間探索北射紋線坑，是太陽神計劃史上造訪的最大隕石坑。兩人走出「獵戶座號」直接驅車前往，登月艙降落點北面的隕石坑較淺，大石頭也比較少，所以行程更平穩。經過棕櫚隕石坑後沿途石頭越來越大、越來越多。最後兩人抵達北射紋線坑邊緣，距登月艙4.4公里。航天員為寬一公里、深230米的隕石坑拍照，並走到超過四層樓高、後得名「屋岩」的巨石前取樣，樣品檢驗結果給予發射前的火山起源說最後一擊，證明科研人員預測錯誤。屋岩表面有許多太空微流星體撞擊留下的孔洞，看起來就像彈孔。楊與杜克停留一小時22分後前往第13站，距北射紋線坑約500米的大石場，途中下坡時以每小時約17.1公里重新整理月球行駛速度紀錄。兩人為眼前三米高的巨石起名「影岩」，在一直照不到太陽的土壤位置取樣。同期馬丁利在服務與指令艙為約六小時後會合準備。楊和杜克約三小時六分後返回登月艙，完成幾項實驗並拆卸月球車，杜克在距登月艙不遠的月表放下家人相片和空軍紀念章。[61]楊駕駛月球車在人稱「貴賓位」的登月艙以東約90米安裝電影攝像放像機，這樣地面控制中心就能遙控拍下太陽神十六號從月表起飛的畫面[73]。最後一次艙外行走時長5小時40分，兩人為登月艙加壓後準備返回月球軌道[74]。

月球軌道獨角戲

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月球上空的「卡斯帕號」

任務控制中心批准「獵戶座號」登月後，馬丁利駕駛「卡斯帕號」拉開距離，點火飛到近月點98.3公里、遠月點125.6公里軌道準備執行科研任務[75][52]。儀器艙裝有與太陽神十五號類似的科學儀器[4]:86[37]:5-1，馬丁利操作各種儀器的時間表本就非常繁忙，飛行主管為彌補浪費的時間決定任務提早一天結束，留給馬丁利的時間更緊[24]:484–485。科研工作遇到種種障礙：全景相機啟動時耗電太多，甚至導致服務與指令艙響起主警報。馬丁利馬上關閉相機，事後分析表明可能是同時打開的加熱器特別耗電。[76]「卡斯帕號」在月球軌道開始科研環節的時間晚於預期，太陽神十六號任務提前收尾，許多相片曝光過度都對馬丁利開展工作不利，但他還是拍下「獵戶座號」位於笛卡爾高地的相片[37]:5-7—5-8。

質譜儀吊杆在初期展開後像太陽神十五號遇到的情況一樣沒有完全收攏，但已不影響「卡斯帕號」服務推進系統引擎點火拉開距離，方便「獵戶座號」登月。質譜儀足以有效運作，但在「卡斯帕號」點火前未到達預定部署位置，最後只能拋棄。科研人員希望此次任務補充月地轉移軌道靠月球一側的資訊，面對這種情況只能沿用太陽神十五號數據。[76][37]:5-4測繪相機同樣遇到故障，事後分析表明遮光罩有問題。任務時間縮短導致為月表部分地點拍照的計劃取消，還有不少相片曝光過度[76][37]:5-10—5-11。用於準確測量太空船高度的激光測高儀精度隨電力損耗降低，在原計劃最後一次使用前不久斷電[76][37]:5-11—5-12。

返地

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馬丁利的深空艙外活動，從服務與指令艙外部取回膠捲

任務控制中心太空船通訊員詹姆斯·艾爾文在登月艙預定從月表起飛前八分鐘通知楊和杜克準備，航天員起飛前兩分鐘打開「主武器」開關，再按下「中斷級」按鈕，引爆少量炸藥分開登月艙下降段和上升段，類斷頭台機械將連接兩部分的線纜切斷。登月艙上升段按預定時間起飛，裝在月球車上的攝像放像機拍下過程。六分鐘後，楊與杜克以每小時五千公里速度到達月球軌道。[61][77]楊與杜克操縱登月艙上升段同服務與指令艙對接，為儘量減少登月艙的月塵進入服務與指令艙，兩人還在打開兩艙之間的門前清理艙室。三名航天員會合後把樣品挪入服務與指令艙準備帶回地球，搬完樣品後先睡覺，次日再拋棄登月艙上升段，有意令其撞擊月表校準此行留下的地震儀。[41]

航天員次日完成最後核查並拋棄登月艙上升段[78]。估計乘組封閉艙門前忘記打開某開關，登月艙分離後翻滾，太空總署無法遠端控制，艙體沒能為主動脫離軌道點火。上升段最後在任務過去近一年後撞擊月表。乘組接下來需從服務與指令艙的科學儀器艙把子衛星投入月球軌道。用於將服務與指令艙帶到子衛星目標軌道的點火操作取消，導致子衛星只繞月飛行一個多月就墜毀，遠未達堅持一年的預期。投放子衛星近五小時後，繞月飛行第65圈的服務與指令艙啟動服務推進系統主引擎，把太空船推向返地軌道。服務推進系統引擎數天前的故障導致登月延遲，此時點火沒有任何問題。[41][78]

馬丁利在返地途中出艙取回位於科學儀器艙的相機膠捲磁帶，杜克在指令艙門口協助[79]。此次艙外活動持續83分鐘，距地球約32萬公里，按「深空」程度、即與行星體距離之大位居史上第二。至今人類共有三次同類深空艙外行走，均由太陽神計劃J任務在類似情境完成。馬丁利在此期間啟動太陽神十六號獨有的微生物生態鑑定裝置開展生物學實驗，[80]用於評估微生物在太空環境有何反應[81]。乘組反覆打掃艙內，吃過飯後休息[80]。

除後半天20分鐘新聞發佈會外，任務倒數第二天大部分用於實驗。侯斯頓載人太空飛行中心報導太陽神任務的記者預先提問，問題不一定涉及技術，乘組在發佈會上按優先順序回答。次日除清掃和維護外，航天員準備應對太空船再入。太陽神十六號在太空的最後一整天接近尾聲時距地球約14.3萬公里，並以每秒2100米速度靠近。[82][83]太空船通訊員英格蘭最後一次通知太陽神十六號乘組起床，此時服務與指令艙離地約8.3萬公里，飛行速度約每秒2700米。乘組在太空船濺落太平洋前約三小時最後一次點火校正，用推進器每秒把速度提升0.43米。再入大氣層前約十分鐘，三名航天員所在的錐形指令艙與服務艙分離，再入時服務艙會在大氣層燒毀。任務啟動265時37分，太陽神十六號開始以每秒約11公里速度再入大氣層，防熱盾溫度最高達2200至2480攝氏度。任務啟動265時51分5秒，再入近14分鐘的太陽神十六號展開降落傘，隨即濺落聖誕島東南約350公里的太平洋。[52]37分鐘後，提康德羅加號航空母艦便把太空船和乘組打撈上船[41][84]。

科研成果、影響

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科研人員分析太陽神十六號帶回地球的樣品後確認凱萊地層不是火山活動形成，無法確認乘組所取是否存在笛卡爾地層樣品，故地層成分同樣無法肯定。沒有證據表明石山屬火山活動形成，此前科研人員認為笛卡爾高地看起來和以往太陽神計劃登月點不同，所以決定太陽神十六號在此着陸，但帶回的月岩與弗拉·毛羅地層沒什麼兩樣。地質學家意識到此前對凱萊地層的判斷過於自信，根本聽不進不同意見，他們太過依賴地球地質經驗判斷，但月球和地球的地質史壓根兒牛頭不對馬嘴。馬丁利是首位利用雙筒望遠鏡在月球軌道觀察的指令艙駕駛員，看到的笛卡爾高地和雨海結構半斤八倆，地質學家據此認定月球可能根本沒有火山。此外，太陽神十六號還發現圍繞地球的兩條極光帶。[1]:483–484

楊與杜克此後擔任太陽神十七號替補乘組[1]:507–508，杜克1975年12月從太空總署退休[7]。楊與馬丁利都曾乘坐穿梭機，楊1974至1987年任首席航天員，1981年參加首次穿梭機任務STS-1，1983年又參加STS-9，兩次均任指令長，是首位六飛太空的航天員，後在2004年退休[85]。馬丁利同樣兩次帶隊穿梭機任務，首先是1982年的STS-4，1985年執行STS-51-C任務後退休[86]。

部件位置

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「卡斯帕號」在阿拉巴馬州亨茨維爾的美國太空和火箭中心展示

「提康德羅加號」航母1972年5月5日（周五）把太陽神十六號指令艙運到加利福尼亞州聖地牙哥附近的北島海軍航空站。5月8日，航空站機庫用於清空殘留毒理反應控制系統燃油的地面裝置爆炸，46人送往醫院觀察24至48小時，大部分屬於吸入有毒煙霧，手推車翻倒壓身以致膝蓋骨折的技師傷勢最重。上方76米的機庫屋頂炸開大洞，約40扇窗戶玻璃震碎，指令艙面板出現7.6厘米裂縫。[87][88]

「卡斯帕號」所有權1973年11月從太空總署移交史密森尼學會[89]，現在阿拉巴馬州亨茨維爾附近的美國太空和火箭中心展出[90]。登月艙上升段1972年4月24日同服務與指令艙分離後失控，繞月飛行約一年後下落不明[91]。S-IVB三節火箭撞擊月表後四十餘年下落不明，直至2016年1月月球勘測軌道飛行器在島海發現，位於哥白尼環形山西南約260公里[41][91][92]。

 
杜克把家人相片留在月表

杜克在月表留下兩件物品且均拍有相片，其一是過塑全家福，相片背面還有全家簽章並附言：「地球航天員杜克一家敬上。1972年4月登月。」另一件是1972年美國空軍25周年慶時發放的紀念章，杜克共有兩枚，另一枚捐給俄亥俄州賴特-帕特森空軍基地美國空軍國家博物館。[93]

2006年颶風埃內斯托吹襲北卡羅萊納州博福特縣巴斯後不久，住在海濱的11歲男童凱文·桑澤在門前不遠發現金屬碎片，還同朋友發現90厘米的金屬板上印有「郵票」，經查是褪色的太陽神十六號任務徽章。太空總署事後證實此乃太陽神十六號一節火箭碎片。2011年7月，桑澤把碎片交給太空總署後獲准在甘迺迪太空中心全方位參觀，並坐上貴賓席觀看穿梭機計劃最後任務STS-135發射。[94]

參見

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參考資料

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