高吉喜

中国环境科学研究院

2006－10

一、生态环境组成要素突出

生态系统结构与功能图解

生态系统结构与功能

1、水资源需求量增大，供需矛盾日益突出-水少

全国1998-2001年总供水量与总用水量

2001 年全国总用水量 5567 亿 m 3 ，与 1998 年比较，总用水量增加 132 亿 m 3 ，其中，林牧渔用水量增加 67.8 亿 m 3 ，城镇生活用水量增加 50.7 亿 m 3 ，工业用水量增加 16.2m 3

重点流域地表水环境质量总体上保持稳定，部分流域水质有所改善，但主要江河水系污染仍较普遍，部分地区污染加重_水脏

2001 年七大水系水质类别比例

湖泊水体污染严重，富营养化现象普遍

75％ 以上水域水质受到不同程度的污染，五大淡水湖泊中，巢湖、太湖和洪泽湖均呈现富营养化水平，鄱阳湖、洞庭湖处于中营养化 状况

地下水水质总体较好，局部受一定程度的点状或面状污染，部分指标超标，北方城市污染普遍高于南方城市

地下水超采严重

华北地区地下漏斗约3-5万平方公里，成为世界上最大的区域性漏斗。

地下水超采不仅发生在干旱缺水的北方地区，也发生在水资源丰富的南方地区

自1949年来，苏州市累积地面沉降量大于600毫米的沉降区面积 已达180平方公里，其中无锡市沉降区面积达到了59.5平方公 里，常州市沉降区面积达到了43平方公里。

江河水系泥沙淤积严重，地面悬河现象越来越严重

长江流域每年土壤流失量 24亿吨 ，黄河流域年入河泥沙 16亿吨 ，其中约 4亿吨 淤积在下游河床，致使河床年均抬高 0.08-0.1米 ；40年 来，黄河下游河床高程已普遍抬高 2米 ，河道河底平均高程高出背河地面 3-5米 ，最大达 10米 。

冰川退缩，雪线上升，趋势明显，严重威胁了下游干旱地区的生态环境

西藏林芝地区川藏公路以北的冰川，由于受全球气候变化的影响，大面积后退萎缩

1 、水土流失分布范围广、面积大，主要分布于西部地区

西部地区水土流失面积为 293.79万Km 2 ，占到了全国水土流失总面积的 82.53%

全国水蚀面积变化趋势

水蚀得到初步控制，面积有所减少，侵蚀强度降低， 但水土流失区域差异大，部分地区水土流失仍在加剧

局部地区水土流失仍在恶化

广东省水土流失现状变化

1986-2000年 ， 广东省中度水蚀面积增加了 53.41% ，强度水蚀增加了 35.89% ，极强度水蚀增加了 227.7% ，剧烈水蚀增加了 103.02%

2 、土地沙化问题非常突出，且主要集中在西部

西部七省（区）沙化耕地和沙化草地分布现状

过垦、过牧和滥樵等不合理的经济活动是造成沙化扩展的重要因素

内蒙古毛乌素沙地面积动态变化

3 、土壤污染严重

化肥施用量 居高不下 ， 施用结构不合理，利用率低，环境污染 严重 2000年，我国农用化肥的施用量达到 4146.3万吨 ，单位面积平均施用量达 到 434.3Kg/hm 2 ,是化肥施用安全上限的 1.93倍 （国际公认 225Kg/hm 2 ）， 但 利用率仅为 40% 左右

化肥施用总量对比图

化肥平均施用量变化图

农药施用总量大，增长趋势明显 ， 施用强度高， 结构不合理 2000年，我国农药的施用总量达 128万吨 ，农药的平均施用量 13.4Kg/hm 2 ，其中有机磷农药占 70% ，高毒农药占 70% ，杀虫剂占 70%； 农药的作物利用率为 30%～40% ，造成不同程度的土壤、水体污染

农药施用总量与西部对比图

农药年施用总量动态变化图

农膜使用量高，且增长迅速，但 可降解 农膜 使用率低 ， 农膜的使用加 速了农药和土壤的流失，残膜导致农田土壤质量下降，并对田间耕作 造成困难

2000年我国农膜使用量达到 133.5万吨 ，是1991年农膜使用量的 二倍 多 ，目前我国每年有约 50万吨 农薄残留在土壤中，残膜率达到 40% 左右

农膜使用总量对比图

农膜使用量动态变化图

4 、生态破坏 —— 工矿开发

吉、苏、闽、豫、鄂、湘 六省矿产开发土地占用和破坏年代比较

矿产开采占用和破坏土地面积持续增长据吉、苏、闽、豫、鄂、湘六省统计比较， 2000年因矿产开发占用的土地为 73.56 万公顷，比 1986 年增加了 1.96 倍；破坏土地面积 19.56 万公顷，约为占用土地面积的 26.6% ，比 1986 年增加了 4.71 倍

海岸带资源破坏严重，滩涂面积急剧缩小

近40年，由于人工围垦导致滨海滩涂面积丧失达 119万hm 2 ， 因城乡工矿建设用地占用约 100万hm 2 ， 滩涂面积仅剩 190万hm 2 ， 50% 多的滨海滩涂已不复存在

围海造田 造成的海岸带破坏

海岸蚀退明显，环境影响严重

黄河三角洲近海沿岸是一个泥沙淤进造陆和海岸侵蚀后退此长彼消的地区。1969年黄河改道由钓口河入海， 一年之内，河嘴向海延伸了28km ， 1976年黄河改道清水沟入海后，钓口河故道河口平均每年侵蚀后退 1000m 。据专家测算，黄河泥沙淤进与海岸侵蚀后退速度的比值大约为 4:1 ，在 黄河年入海泥沙减少到 3亿吨 时，三角洲的海岸侵、淤状况将 基本平衡 ，即黄河口将不再向海延伸； 小于3亿吨 时，河口陆地海岸线将会 侵蚀后 退 。

黄河三角洲的变迁（1976年-2000年）
中国科学院资源与环境信息系统实验室提供

5、耕地人均占有量小，利用强度大，复种指数 （1.3） 高

耕地总量不断减少，人地矛盾日益加剧

我国耕地变化情况

耕地质量不断下降，污染严重，威胁食品安全

耕地用途不稳定，转入转出频繁 —— 农田占补平衡

二、生态结构不合理

1、森林生态环境现状及动态变化

森林资源与世界平均水平比较表 （第五次森林普查1994～1998）

森林覆盖率稳步增长，但森林的人均占有量低

1986～1999年我国的森林覆盖率从 12.98% 增加到 16.55% ，增幅为 33.04%。 但我国人均占有森林面积相当于世界人均占有量的 21.3%， 人均森林蓄积量只有世界人均蓄积 72m 3 的 1/8

林业用地率，林木出材率低，林业生产效益差

林龄单一，林种单一，林相单一, 林分结构简单

我国林分林龄面积构成（第五次森林普查1994～1998）

森林资源呈现数量型增长与质量型下降并存的局面，森林生态系统趋于简单化，生态功能衰退

森林面积与林业蓄积量动态变化 [ 第三次（ 1984-1988 ）与第五次（ 1994-1998 ）森林普查的对比 ]

中东部林分每公顷平均蓄积量为 78.06m 3 ，只是世界平均水平的 61.5% 。

2、草地现状及变化

草地的生态功能及综合经济价值长期以来未得到重视，退化草地面积和鼠害面积呈不断扩大趋势，草地质量不断下降

草地质量持续下降，导致草地生态承载力降低，草地超载现象越来越严重

西部六省区草地理论载畜量变化

西部地区草地超载状况(1999)

3、生物多样性

栖息地环境改变、生境破碎化

单位面积斑块数由1988年的 240 上升为2000年的 343 ；平均斑块面积由 80hm 2 下降为 68hm 2

外来物种入侵是威胁生物多样性的重要因素

广东省松突圆蚧入侵分布图

据广东省不完全统计，造成直接经济损失较大的主要外来物种约有 26 种 ，其中昆虫 23 种 ，动物 1 种 ，植物 3 种 。 2000 年全省外来物种入侵的面积约为 108.12 万 hm 2 ，造成的直接经济损失约为 20.71 亿元 。

“ 高产水生饲料 ” 水葫芦
“ 植物杀手 ” 薇甘菊
“ 防沙固堤 ” 大米草
“ 墨西哥魔鬼草 ” 紫茎泽兰

近40年来，我国多数省市气温呈波动性上升趋势，暖冬年份连续出现，华北地区出现暖干化趋势

中国年平均最低气温（TN）趋势（℃/10a）分布图（1951-1999）

历年1月全国平均气温变化曲线

三、生态系统功能下降

1 、 生产功能下降

生态环境要素持续退化，必然导致生态系统功能下降

西部地区草地理论载畜量变化

由土壤污染引起的食品安全问题十分严重，成为社会、经济发展的重要隐患

2000年，16个省会城市蔬菜批发市场监测表明，农药总检出率为20%～60%，总超标率为20%～45% 2000年，仅湖南省共发生13起大型蔬菜农药污染中毒事件，164人中毒，15人死亡

土壤污染

江苏、湖北、河北 等 省污水灌溉农田面积变化

沈阳市在20世纪50年代开始先后开发了沈抚、浑南、浑北、张 土、浑蒲、细河等6个污灌区，总面积 102.4万亩 ，占沈阳市灌 区总面积的 45.7% 。中东部地区受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积约占 污灌总耕地面积的 1/5

生态环境退化导致生产力下降，加剧了贫困，因贫困加剧生态破坏，形成生态恶化 —— 贫困 —— 恶化的循环

☆ 生态环境脆弱进一步加剧了贫困
☆ 生态破坏加剧自然灾害的同时，使大量的脱贫人口返贫

中国贫困地区与生态脆弱地区的地理分布

2、 调节功能下降

生态系统具有调节气候变化、控制病虫害、调节水循环和缓减旱涝灾害等多种调节功能。由于长期以来对生态环境的破坏，生态系统的生态调节能力明显降低，从而导致沙尘暴频繁发生，旱灾与洪涝灾害交替发生，地质灾害不断加重，森林病虫害加剧。

沙尘暴: 西北地区是我国沙尘暴主要发生地，自50年代以来，沙尘暴呈波动减少之势，90年代初开始 回升。

水旱灾不断加剧，受灾比例不断升高

全国水旱灾害受灾面积变化

自70年代以来，中东部地区水灾发生频率明显增高， 从70年代的 390.85万hm 2 /年 增加到90年代的 1177.38万hm 2 /年 ，平均以每年 5.67% 的速率增加。西部地区 旱灾 的发生频率比80年代增长了 7.5% ； 洪涝灾害 的发生频率比80年代增长了 49% 。

水灾不断加剧，重点地区成灾比例不断升高

全国水灾受灾面积变化

中东部多数省区位于七大流域中下游，是水灾侵害的主要区域。其中河南、安徽、江苏、山东、黑龙江、河北位居前列，多年平均该 六省水灾受灾面积占全国（未计台湾）水灾受灾面积的 55.7%

旱灾持续发生

中东部各区旱灾受灾面积变化

北方流域受灾率和成灾率一般高于南方流域。受灾率与成灾率最高的是黄河流域，其次为松辽流域、淮河流域和长江流域。从受灾面积来看，最高的是山东、四 川（包括重庆）、河南、内蒙、湖北五省区，年均受灾面积均超过 90万hm 2 。成灾率最高的为宁夏、甘肃、陕西、内蒙、贵州、山西、山东等七省区，成灾率均 高于 9.0% 。

部分地区水旱灾害并发，受灾面积不断上升

湖南省各年代水、旱灾害成灾面积

湖南省从50年代初到1995年有 35年 出现干旱，从50年代初至2000年，有 42年 出现程度不同的洪涝灾害，全省水、旱灾害成灾面积大，80～90年代明显大于50～60 年代

生态灾害造成的损失

根据全国各省、自治区提供的资料，1949年以来，因为灾害造成的直接经济损失，占平均财政收入 的 30％ ，其中生态灾害造成的经济损失占GDP总数的 5% — 13%

森林生态系统调节能力下降，森林病虫害种类多，危害严重

西部地区森林病虫害变化情况

我国西部地区从50年代到90年代，林地病虫害受害面积增长了 六倍多 ，从50年代的 67.68万hm 2 增长到90年代的 428.05万hm 2 ，其中以90年代增长最快，比80年代 增长了 196%

广东省林业病虫害情况统计

广东省森林病虫害发生面积90年代较70年代增加了 442.5万hm 2 ，但防治面积始终不及病虫害发生面积的 50%。

3. 生物多样性维持功能下降

由于生态环境状况的持续恶化，全国 生物多样性维持功能明显下降 ，生物物种，尤其是濒危 野生动植物的数目不断减少

4.其他服务功能下降

我国水土保持功能、环境净化功能、水源涵养功能、营业物质存储与循环功能均发生了下降。

生态功能下降引起的经济和社会问题

☆ 水资源短缺，水质恶化，制约了经济发展
☆ 生物资源的丧失与流失，生物多样性的降低，削弱了我国未来的发展机会
☆ 耕地数量减少、质量降低，威胁了粮食安全
☆ 景观资源的破坏，降低了旅游资源的品位
☆ 对不可更新资源的掠夺式开发，动摇了可持续发展基础

生态功能下降引起的国际性问题

☆ 农产品出口遭遇 “ 绿色贸易壁垒 ”
☆ 沙尘暴等 跨域性环境问题 成为环境外交关注的焦点

生态环境不仅为人类提供了食品、医药及其他生产生活原料，更重要的是维持了人类赖以生存的生命支持系统

生命维持系统 - 生命维持系统受到威胁

摘自：http://www.cbcf.org.cn/kpyd/kpbg/20index.htm

　　 RSA加密算法是最常用的非对称加密算法，CFCA在证书服务中离不了它。但是有不少新来的同事对它不太了解，恰好看到一本书中作者用实例对它进行了简化而生动的描述，使得高深的数学理论能够被容易地理解。我们经过整理和改写特别推荐给大家阅读，希望能够对时间紧张但是又想了解它的同事有所帮助。
　 　RSA是第一个比较完善的公开密钥算法，它既能用于加密，也能用于数字签名。RSA以它的三个发明者Ron Rivest, Adi Shamir, Leonard Adleman的名字首字母命名，这个算法经受住了多年深入的密码分析，虽然密码分析者既不能证明也不能否定RSA的安全性，但这恰恰说明该算法有一定的可信性，目前它已经成为最流行的公开密钥算法。
　　RSA的安全基于大数分解的难度。其公钥和私钥是一对大素数（100到200位十进制数或更大）的函数。从一个公钥和密文恢复出明文的难度，等价于分解两个大素数之积（这是公认的数学难题）。
　　RSA的公钥、私钥的组成，以及加密、解密的公式可见于下表：


　　可能各位同事好久没有接触数学了，看了这些公式不免一头雾水。别急，在没有正式讲解RSA加密算法以前，让我们先复习一下数学上的几个基本概念，它们在后面的介绍中要用到：

一、 什么是“素数”？
　　素数是这样的整数，它除了能表示为它自己和1的乘积以外，不能表示为任何其它两个整数的乘积。例如，15＝3＊5，所以15不是素数；又如，12＝6＊2＝4＊3，所以12也不是素数。另一方面，13除了等于13＊1以外，不能表示为其它任何两个整数的乘积，所以13是一个素数。素数也称为“质数”。

二、什么是“互质数”（或“互素数”）？
　　小学数学教材对互质数是这样定义的：“公约数只有1的两个数，叫做互质数。”这里所说的“两个数”是指自然数。
　　判别方法主要有以下几种（不限于此）：
（1）两个质数一定是互质数。例如，2与7、13与19。
（2）一个质数如果不能整除另一个合数，这两个数为互质数。例如，3与10、5与 26。
（3）1不是质数也不是合数，它和任何一个自然数在一起都是互质数。如1和9908。
（4）相邻的两个自然数是互质数。如 15与 16。
（5）相邻的两个奇数是互质数。如 49与 51。
（6）大数是质数的两个数是互质数。如97与88。
（7）小数是质数，大数不是小数的倍数的两个数是互质数。如 7和 16。
（8）两个数都是合数（二数差又较大），小数所有的质因数，都不是大数的约数，这两个数是互质数。如357与715，357=3×7×17，而3、7和17都不是715的约数，这两个数为互质数。等等。

三、什么是模指数运算？
　　指数运算谁都懂，不必说了，先说说模运算。模运算是整数运算，有一个整数m，以n为模做模运算，即m mod n。怎样做呢？让m去被n整除，只取所得的余数作为结果，就叫做模运算。例如，10 mod 3=1；26 mod 6=2；28 mod 2 =0等等。
　　模指数运算就是先做指数运算，取其结果再做模运算。如
　　好，现在开始正式讲解RSA加密算法。
算法描述：
（1）选择一对不同的、足够大的素数p，q。
（2）计算n=pq。
（3）计算f(n)=(p-1)(q-1)，同时对p, q严加保密，不让任何人知道。
（4）找一个与f(n)互质的数e，且1<e<f(n)。
（5）计算d，使得de≡1 mod f(n)。这个公式也可以表达为d ≡e-1 mod f(n)
这里要解释一下，≡是数论中表示同余的符号。公式中，≡符号的左边必须和符号右边同余，也就是两边模运算结果相同。显而易见，不管f(n)取什么值，符号右边1 mod f(n)的结果都等于1；符号的左边d与e的乘积做模运算后的结果也必须等于1。这就需要计算出d的值，让这个同余等式能够成立。
（6）公钥KU=(e,n)，私钥KR=(d,n)。
（7）加密时，先将明文变换成0至n-1的一个整数M。若明文较长，可先分割成适当的组，然后再进行交换。设密文为C，则加密过程为：。
（8）解密过程为：。

实例描述：
　　在这篇科普小文章里，不可能对RSA算法的正确性作严格的数学证明，但我们可以通过一个简单的例子来理解RSA的工作原理。为了便于计算。在以下实例中只选取小数值的素数p,q,以及e，假设用户A需要将明文“key”通过RSA加密后传递给用户B，过程如下：
（1）设计公私密钥(e,n)和(d,n)。
令p=3，q=11，得出n=p×q=3×11=33；f(n)=(p-1)(q-1)=2×10=20；取e=3，（3与20互质）则e×d≡1 mod f(n)，即3×d≡1 mod 20。
d怎样取值呢？可以用试算的办法来寻找。试算结果见下表：

　　通过试算我们找到，当d=7时，e×d≡1 mod f(n)同余等式成立。因此，可令d=7。从而我们可以设计出一对公私密钥，加密密钥（公钥）为：KU =(e,n)=(3,33)，解密密钥（私钥）为：KR =(d,n)=(7,33)。
（2）英文数字化。
　　将明文信息数字化，并将每块两个数字分组。假定明文英文字母编码表为按字母顺序排列数值，即：

　　则得到分组后的key的明文信息为：11，05，25。
（3）明文加密
　　用户加密密钥(3,33) 将数字化明文分组信息加密成密文。由C≡Me(mod n)得：

　　因此，得到相应的密文信息为：11，31，16。
（4）密文解密。
　　用户B收到密文，若将其解密，只需要计算，即：

　　用户B得到明文信息为：11，05，25。根据上面的编码表将其转换为英文，我们又得到了恢复后的原文“key”。
　 　你看，它的原理就可以这么简单地解释！
　 　当然，实际运用要比这复杂得多，由于RSA算法的公钥私钥的长度（模长度）要到1024位甚至2048位才能保证安全，因此，p、q、e的选取、公钥私钥的生成，加密解密模指数运算都有一定的计算程序，需要仰仗计算机高速完成。

最后简单谈谈RSA的安全性

　 　首先，我们来探讨为什么RSA密码难于破解？
　 　在RSA密码应用中，公钥KU是被公开的，即e和n的数值可以被第三方窃听者得到。破解RSA密码的问题就是从已知的e和n的数值（n等于pq），想法求出d的数值，这样就可以得到私钥来破解密文。从上文中的公式：d ≡e-1 (mod((p-1)(q-1)))或de≡1 (mod((p-1)(q-1))) 我们可以看出。密码破解的实质问题是：从Pq的数值，去求出(p-1)和(q-1)。换句话说，只要求出p和q的值，我们就能求出d的值而得到私钥。
　 　当p和q是一个大素数的时候，从它们的积pq去分解因子p和q，这是一个公认的数学难题。比如当pq大到1024位时，迄今为止还没有人能够利用任何计算工具去完成分解因子的任务。因此，RSA从提出到现在已近二十年，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。
　　然而，虽然RSA的安全性依赖于大数的因子分解，但并没有从理论上证明破译RSA的难度与大数分解难度等价。即RSA的重大缺陷是无法从理论上把握它的保密性能如何。
　　此外，RSA的缺点还有：A)产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次一密。B)分组长度太大，为保证安全性，n 至少也要 600 bits 以上，使运算代价很高，尤其是速度较慢，较对称密码算法慢几个数量级；且随着大数分解技术的发展，这个长度还在增加，不利于数据格式的标准化。因此，使用RSA只能加密少量数据，大量的数据加密还要靠对称密码算法。

麻省理工学院的智能画板

阿波罗8号所拍地球照片

阿波罗8号飞船构造图

阿波罗8号飞行轨迹

    导语：1968年12月21日，三名美国宇航员搭乘阿波罗8号飞船随土星5号火箭升上太空，进行绕月球轨道飞行，实现了人类首次进入另外一个天体的重力场，此次飞行也因而被誉为是人类历史上最勇敢、最无畏的飞行之一。在“阿波罗”8号飞船发射40周年之际，英国《新科学家》杂志撰文揭秘阿波罗8号任务背后的故事。

    “阿波罗”8号的宇航员虽然没有登上月球，但这是人类历史上进行的第一次载人往返月球之旅。尽管此前的“阿波罗”7号也让人兴趣十足，但相对来说级别较低，不过是“阿波罗”8号登场前进行的一次地球轨道试飞，只有“阿波罗”8号才真正成为全世界媒体和公众关注焦点并最终创造了历史。

险些“胎死腹中”

    但有谁能想到，“阿波罗”8号月球任务差一点就“胎死腹中”。1968年夏季，“阿波罗”项目策划者并不十分确定将在这一年年末上演何种举动。当时，第一艘载人“阿波罗”系列飞船——“阿波罗”7号的准备工作正在进行当中，它的任务是让“阿波罗”主飞船进行第一次地球轨道全面测试。即使测试工作顺利完成，但按照原定计划，“阿波罗”8号任务所需的“土星”5号推进器和月球登陆器均存在问题。更为严重的是，一切工作都要做到一个字，那就是“快”，原因就在于约翰·肯尼迪(John Kennedy)总统已发誓要在这一个10年即将结束时让月球留下美国人的足迹。那如何才能完成总统交待的任务呢？

    根据官方制定的计划，美国宇航局要执行从“A”到“G”的一系列任务，“G”毫无疑问代表登陆月球，“A”和“B”代表无人试验，当时已经顺利完成。“阿波罗”7号执行的是“C”任务，即在低地球轨道为主飞船(CSM，即指令舱和服务舱的英文缩写)进行试飞。下一行的“D”任务指的是完整的“阿波罗”飞船在低地球轨道进行测试，其中包括月球登陆器。不幸的是，LM(登月舱的英文缩写)的研发工作进展缓慢。到1968年8月，情况已经很清楚了，用于那一年试验飞行的完整的LM不可能准备好。

    更为严峻的是，CSM和LM都需要使用“土星”5号推进器，而推进器本身也面临一系列问题。1967年11月，“阿波罗”飞船(“阿波罗”4号)顺利完成第一次试飞，但“阿波罗”6号于1968年4月进行的第二次试飞却最终以失败告终。虽然6号的主要目标均得以实现，但仍面临3个严峻的技术问题：在第一阶段飞行中，出现剧烈藕合振动；在第二和第三阶段飞行中，多个发动机出现故障；飞船接合器部分结构失灵。如果任何一个问题不能加以解决，便无法进行载人任务。

    面对压力敢于冒险

    沃纳·冯·布劳恩(Wernher von Braun)所在的马歇尔太空飞行中心负责研制“土星”5号，虽然他们面临的问题处于可控范围，但让第三个“土星”5号搭载人员仍旧是一个极为大胆的举动。

    谨慎的做法是在1968年晚些时候再进行一次无人试验，而后在1969年初执行“D”任务。然而，美国宇航局显然等不到那个时候。首先，肯尼迪设定的最后期限日益临近，推迟几个月无疑是最不能接受的做法。更为严重的是，当时的苏联正准备派宇航员进行绕月飞行——他们的Zond探测器月球飞跃任务显然是针对一艘无附属设备的“联盟”号飞船进行的无人试验。很多年之后，西方人才意识到Zond试飞并没有看上去那么成功。

    也就是说，当时已到了要敢于冒险的时候了。第三个“土星”5号将不再搭载LM而是搭载宇航员，这将是第一次将人送入外太空的冒险之旅。没有登月舱的CSM无法“排练”登月过程，但它仍可以绕月球“荡秋千”，甚至可以在一天左右时间内上演绕月飞行。美国宇航局计划制定者考虑的越多，进行类似尝试的做法似乎就越正确。如果顺利完成，登月计划将向前迈出重要一步。对于可能面临的风险，时任“土星”5号项目负责人的冯·布劳恩曾作出这样精妙的概括：“一旦503(第三个“土星”5号)搭载人员，走多远都不成问题。”

    但向高层成功“兜售”这一想法显然难度巨大。时任美国宇航局局长詹姆斯·韦伯(James Webb)便被这一想法震惊了，他最多会批准将这种可能性作为一种选择。当时，美国宇航局一直在考虑执行“终极版C任务”，即一次地球轨道飞行同时可以选择向更远的地区前进。出人意料的是，在“阿波罗”7号试飞前不久，韦伯宣布要退休了。有报道说，他一直设法说服林登·约翰逊(Lyndon Johnson)总统撤销削减宇航局预算的做法，如果不同意便以辞职相威胁，

    但约翰逊最终没有买他的账。对于韦伯的离任，“阿波罗”计划负责人的反应是：“这让‘终极版C任务’成为一种可能。”在随后进行的测试中，“土星”5号的问题并没有再次出现，整个任务进行得非常顺利，几乎可以用完美来形容。宇航员绕月飞行在公众中间产生巨大反响，这项壮举远远超过了所有人的预期。美国宇航局最终完成了一件让世人为之一震的事情。突然间，1969年登陆月球似乎只是一个时间问题了。

    担心苏联搞破坏

    “阿波罗”8号在最后时刻成为“阿波罗”计划的一员。由于月球登陆器研发进度缓慢加之苏联正计划派宇航员进行绕月飞行，美国宇航局最终对原定计划作出修改。作为回应，美国宇航局进行了具有冒险意味的尝试：不再对“土星”5号进行第三次无人试验，而是直接搭载人员并将其送入月球轨道。40年前的12月24日，弗兰克·博尔曼(Frank Borman)、吉姆·洛威尔(Jim Lovell)、比尔·安德斯(Bill Anders)迎来具有历史性的一天，进入月球轨道。

    在技术层面上，“阿波罗”8号主要是针对“土星”5号和“阿波罗”飞船进行的一次试飞。需要在真正绕月飞行中测试的飞船主系统为船载导航系统。对于“阿波罗”导航系统，美国宇航局认为是执行完整月球任务所必需的一种能力，所谓的完整月球任务是在无需来自地球的任何帮助——包括语音通信在内——实现登月。之所以不能依靠地面协助是由所处时代背景决定的，当时冷战形势非常严峻，美国宇航局担心苏联可能破坏美国的太空任务，例如干扰无线电传输。因此，“阿波罗”飞船需要配备光学导航系统，“阿波罗”8号的任务就是首次对这一系统进行全面测试。但在研制“阿波罗”的年代，无线电导航技术已经取得长足发展，对苏联进行干扰产生的担忧在一定程度上被“淡化”，也就是，“阿波罗”飞船也可以采取携带无线电导航系统的方式。

    虽然光学导航系统在当时来说只是一个备用设备，但工程师仍希望了解它的性能。“阿波罗”8号任务最终让工程师看到，光学导航系统能够上演相当出色的表现。在靠近地球时，它提供的导航坐标非常精确。随着飞船逐渐远离地球，光学导航系统的性能变得一团糟，但在接近月球时又重新恢复。在飞船进入月球轨道时，光学和无线电导航系统给出了非常接近的结果，以至于工程师很难判断哪一个的性能更为出色。但他们最终采用了无线电的读数，因为这是飞行计划所要求的，此外，保持原定计划不变也要比更改计划来得更为容易。

    在“阿波罗”8号任务中，3次人员轮班进行得并不十分顺畅。“阿波罗”8号共搭载3名宇航员，其中必须有一人一直坚守工作岗位，双眼紧盯设备。但随着遥测技术的进步，地面人员更容易监控设备。此外，在一个内部空间较小的飞船内，另外两名宇航员很难在值班同伴与任务控制中心对话时安心睡觉。在此之后，“阿波罗”飞船所有机组人员均按照同样的日程安排行事。

首次遭遇太空病

    另一个令人惊讶的发现是，美国宇航局第一次遭遇太空病。现在几乎可以确定，一些宇航员在早期太空飞行中会出现轻微症状(只有大约10%的人完全没有出现这样的症状症状)，但他们并没有向上级报告，可能是担心飞行中出现的健康问题会影响他们的事业。在“阿波罗”8号上，所有3名宇航员均报告出现健康问题，博尔曼病情较为严重，病了几个小时。好消息是，症状在大约一天之后就消失了。

    除此之外，“阿波罗”8号任务也证明了月表摄影令人意想不到的重要性。“阿波罗”项目策划者最初认为，早期无人任务拍摄的照片，比如，“月球轨道飞行器”系列拍摄的著名照片，对于制定“阿波罗”任务来说已经足够好了。但“阿波罗”8号拍摄的月表特写最终证明，能够为制定10号和11号任务以及训练宇航员提供非常宝贵的依据。从8号开始，宇航局为“阿波罗”计划增加了一条规定：早期的“阿波罗”任务必须为下一个登陆点进行拍照。

    “阿波罗”8号宇航员拍摄了数百张图片，其中一张吸引了所有人的目光。在这张照片中，我们可以看到蓝白相间的地球悬在灰色的月表之上。实际上，这张照片并不在最初的拍摄计划之内。当时，博尔曼亲眼目睹了令人叹为观止的地出景象，安德斯则急忙用镜头记录下这一令人难忘的瞬间。类似这样的地出照片并不是第一次拍摄——“月球轨道飞行器”系列也拍过了一张类似照片——但这张照片却凭借彩色和高质量荣登世界各大媒体的头版头条。

    实际上，“阿波罗”8号算不上一次特别激动人心的月球任务，但所处的时代背景却间接地提高了它的影响力。深陷越南泥潭、城市动荡、政治暗杀以及艰难的总统大选，1968年的美国可以说是在跌跌撞撞中熬过来的。圣诞前夜，宇航员在月球轨道进行的电视广播吸引了无数观众眼球，为沉闷的1968年划上了一个令人喜悦的句号。