让孩子的梦想脱离地心引力—LEGO 乐高 21309 土星五号拼装作业

追加修改(2018-09-06 10:42:33):
图52 的One Step应该是巴兹·奥尔德林的(Buzz Aldrin)，我原文写成了阿姆斯特朗的。 感谢值友 科里奥利力 的强力更正！

乐高Ideas系列21309美国宇航局阿波罗土星五号 LEGO积木玩具收藏1299元首选官方旗舰店，也有很多其他渠道。天猫精选去购买

首先声明，我是乐高小白。这是我买的第二套乐高，第一套就是编号为10692的一箱零件。所以只写乐高我写不出什么，索性就跟大家分享一些21309这套积木背后的资料。

这也算是我给自己的一篇作业，目的就是要告诉孩子，不要一件事情做完就做完，一定要搞清楚事情背后的东西，做一下复盘。我自己二十多年过去浑浑噩噩多年，从不复盘走了很多弯路。这算是个开始吧，跟孩子一起学习。

图1 1969年7月16日，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗，巴兹·奥尔德林和迈克尔·柯林斯乘坐火星五号升空

购买理由

1. 孩子和我都喜欢火箭

我们经常循环观看各种火箭发射，甚至只听引擎点火的爆炸声就能感觉很满足。所以如果家里能有一部火箭，会让我们有说不完的话题，做不完的游戏。

2. 土星五号的历史地位【1】

土星五号（下文都用其英文原名Saturn V指代），是人类历史上第一个把人送上月球的火箭型号。它是美国国家航空航天局在阿波罗计划，就是我们熟知的登月计划和天空实验室两项计划中使用的运载火箭。Saturn V是历史上最大的火箭，高达110.6米，更是目前使用过的最高、最重、推力最强的运载火箭。

1967年至1973年期间NASA在佛罗里达州的肯尼迪航天中心共发射了13枚土星5号火箭，从来没有过损失有效载荷的事故发生（虽然阿波罗6号和阿波罗13号曾出现过推进器失灵的问题，但箭载电脑都能够通过延长剩余推进器燃烧时间的办法以保持飞行）。除了一次例外，所有其他Saturn V的发射都有三级：S-IC一级、S-II二级和S-IVB三级。每一级都使用液态氧（LOX）作为氧化剂。第一级使用高精炼煤油（RP-1）作为燃料，其他两级使用液态氢（LH2）作为燃料。一般来说，一次发射任务的前20分钟左右由火箭推动。Saturn V的主要载荷是载着宇航员成功登月的阿波罗航天器。最后一次Saturn V的发射将天空实验室的空间站送入太空。

图2 Saturn V在各时期的点火姿态

3. Saturn V很漂亮

在对比一下两国同时代载人火箭升空的场景

图3 屡遭挫折的前苏联N1火箭升空

图4 Saturn V点火

想象一下，同样点火升空把人送上太空，但人家就是比你漂亮一点… 对人心还是有一点杀伤力的吧。这个或许就是软实力。

下图全是世界火箭全家福，那些堆叠感十足的绿色的火箭是前苏联的联盟号系列。美国的火箭看起来都像熊猫，白底黑块，蓝红点缀。我不是火箭专家，只从孩子的角度挑好看的玩具。

图5 世界火箭图集

所以如果能从小教孩子，无论做事情还是做东西，一开始就要想着做得漂亮，这样即使失败了姿势上也不输。

LEGO 21309简介

开箱什么的就不弄了，不是不想弄，而是没来得及拍。正好我看中文资料还没有对这套模型的详细介绍，起码截止2018年8月29日还没有，所以我就给大家扒一扒。

这套拼装是2015年由两个爱好者Felix Stiessen（网名 Saabfan，左）和Valérie Roche（网名 Whatsuptoday，右）设计的【2】。可能Stiessen的妈妈要保护他的隐私，所以头像只让他用积木。

图6 Felix Stiessen和Valérie Roche

你知道Stiessen最早拼出的Saturn V是几岁吗？七岁！他称这是一个1米高的彩色的柱子。后来他和Roche共同努力，中间经过了几次放弃，几次互相激励最终完成了下面的作品。

图7 这就是Stiessen和Roche在1995年完成的Saturn V模型

可以看出两个小孩儿拼出来的原型已经尽量在还原Saturn V的各个大部分了，但受制于没有定制零件，所以很多地方还是很写意。

再后来就是这部作品在LEGO Ideas网站【3】被高票选中。接着由乐高的三位全职设计师Michael Psiaki, Carl Thomas Merriam和Austin William Carlson润色后纳入产品方案，并与2017年发布。

图8 21309包装、拼好后的火箭局部、阿波罗11号登月舱和返回舱

很多乐高粉丝表示，这是乐高有史以来发布的最棒的模型了【4】。是不是最棒的，仁者见仁智者见智，但作为航空爱好者这是无法拒绝的。

所以，不能小看孩子玩积木，玩什么都能玩的专业。谁知道现在拼火箭的小不点不是以后设计火箭的工程师或是坐在火箭里的宇航员呢？浅尝辄止是人一辈子负担不起的奢侈。

另外，这套积木一共有1969零件，象征着1969年美国阿波罗11号首次载人登月。

积木的还原度

1. 高度

整个模型尺寸还是挺大的，拼好后高度为1米整，最宽处直径17厘米。和Saturn V的比例为1:110【5】。

图9 从F-1引擎底部到逃逸仓顶整1米

图10 1米的模型摆在哪里是个问题

整个模型拼好后有1米多高，这可能对Saturn V本体的致敬，因为它原来就很高。

图11 Saturn V与自由女神像的高度对比

2. 火箭各级还原

我们先看看真正的Saturn V分为哪些部分

图12 Saturn V各级示意图

第一级 S-IC：

图13 火箭第一级解剖图

图14 阿波罗10号的第一级

制造商：波音于1961年

高度：42米

直径：10米

质量：2280吨

发动机：5个F-1引擎

推力：7500000磅≈3402吨, 大概就是每层面积200平的27层楼的重量吧。

燃料质量：5028000磅约等于2281吨。

燃料：RP-1煤油，214200加仑≈974立方

液氧346400加仑约等于1575立方，

推进时间：150秒

就是2281吨的燃料要在150秒燃烧完毕，然后第一级丢弃。所以航天真是真正的大撒币。

图15 掉下来的第一级

那现在来对比一下这套21309的上的样子吧

图16 拼好后有拆下来的S-IC

我知道你最关注的是什么，一定是它下面又粗又黑的5个发动机吧。下面就是本尊F-1引擎

图17 现代工程师与F-1引擎的合影

它的创造者冯老爷子凝望远方跟它的合影。冯老爷子是谁？有兴趣的可以看看知乎的这篇文章【6】，跟钱学森老先生做了对比。

图18 冯布劳恩与F-1引擎组的合影

引擎点燃，了解一下

图19 F-1引擎点燃Saturn V升空

图20 火箭几十米后发射座沐浴在F-1的尾气之中

积木拼好后的F-1引擎组，为了观看方便，我敲开了一片小积木。

图21 乐高版F-1引擎组

图22 F-1引擎组露菊照

图23 F-1引擎组的五朵金菊

可以看出，大的管道已经模拟了。作为科普的玩具都够了。

在网上就是火箭的第二级了

图24 第一级S-IC上边和第二级S-II的连接结构

二级火箭 S-II：

图25 火箭第一级解剖图

图26 装配中的S-II

制造商：北美航空

高度：24.9米

直径：10米

质量：480吨

燃料质量：443吨

发动机：5台J-2

推力：448.6吨

燃料：液氧+液氢

推进时间：367秒

图27 S-II的5个J-2引擎特写

图28 躺在Johnson航天中心的掉下来的S-II

这是积木拼好后的S-II

图29 拼好后的S-II整体感很强

乐高对J-2引擎的模拟没有对F-1那么复杂，但还算到位

图30 J-2引擎菊花照

S-II顶部有和第三级火箭的链接卡扣

图31 S-II顶部和S-IVB的链接部

三级火箭 S-IVB (念S four B)

图32 三级火箭S-IVB的解剖图

图33 装配中的S-IVB

三级火箭S-IVB的引擎也是J-2，但因为脱去了前两级，并且已经有了一定的初速度，所以只有一台J-2就够了。

图34 只有一台J-2的S-IVB

制造商：道格拉斯飞行器公司

高度：17.8米

直径：6.6米

质量：119.9吨

发动机：1台J-2引擎

推力：102吨

燃烧时间：475秒

燃料：液氢+液氧

这是拼好后的S-IVB，上边的月球登陆舱忘记取下来了。

图35 拼好后的S-IVB

图36 拼好后的S-IVB赏花照

图37 S-IVB上边一圈黑色的小机关是模拟的设备部

设备部就是放火箭的各种仪器的地方，包括电脑、陀螺仪什么的。下面是真实的。

图38 S-IVB的设备部

它里边的电脑、陀螺仪、雷达还有各种叫不上名的东西都是环状排列在旁边。我以前以为都是塞在火箭中间的。

图39 更像是设备环

三级火箭上边就是阿波罗飞船了

图40 阿波罗飞船解剖图

飞船里蜷缩着登月舱

图41 飞船里的登月舱

图42 登月舱的示意图

在阿波罗计划的解密文件【7】里描述登月舱的释放方法

图43 登月舱如花开般被释放

在乐高里是这样放的

图44 登月舱在整流罩里的摆放姿态

可以看到登月舱有一个下降反推引擎，由TRW制造，推进剂是四氧化二氮和Aerozine 50，在乐高中就是中间那个黑色的圆锥

图45 登月舱的反推引擎

把它放在iPad Pro上，并设置月球壁纸模拟一下等于仓着陆。

图46 登月舱降落iPad Pro屏幕

还没完，宇航员还要回地球啊。所以就有了服务舱。

服务舱

图47 Saturn V上阿波罗号飞船的服务舱

下面这就是积木上的服务舱。上边的尖尖是逃逸部。如果中间出现问题，飞行员可以随时进入逃逸仓点火回家。逃逸仓由洛克希德推进器公司制造，也有四个引擎。

图48 乐高的阿波罗服务舱和保护它的整流罩

逃逸部，那个尖尖的东西，看着简单但人家也是个五藏六府齐全的火箭。搞航天真是太复杂了，做这么多冗余。

图49 阿波罗飞船的逃逸部有四个推进器

好了，主要部分就说完了。这套积木还搭配了三个宇航员和返回舱。返回舱就是装着橙色救生圈降落在蓝色海面的那个部分。

图50 登月出仓的两位宇航员

总装好的三级陈列

图51 摆起来很长的三级陈列

开工感想

如果严肃对待拼装，任何项目可以使个工程，更是训练孩子结构化思维的好机会。所以一开始，绝不能撕开就拼，最后虽然拼好了，但是过程乱七八糟，90%的时间都在找零件。

这套积木对5岁左右的孩子太难了，很多零件他们的手没劲都按不上，所以基本都是我在拼。交给他们的任务则是摆零件，找零件，拼一些容易的部件和清理现场。

我是按照如下的工序带孩子拼装的：

1. 摆件：按照不同的形状把零件分类排列在桌子上，方便拿取。

2. 仔细阅读说明书：这个不是废话。孩子的习惯是上来就拼，并且看个大概就开始插。可能由于他们空间想象力不完全，所以常常不是选错零件，就是插错位置。

   逐字阅读是很多成年人都不具备的习惯，这个习惯如果养成将能使人受益终身。【李笑来-七年就是一辈子】对于不识字的孩子，可以通过“逐块读图”来训练这种认真的思维。

3. 拼

4. 检查：不仅检查零件的位置、颜色是否正确，还要检查是否插紧。乐高的零件尺寸误差是0.002毫米【7】，正确拼好后是不会出现或塞不进的情况。

   
   

下面的视频是我带孩子拼Saturn V的延时摄影，用Smartisan Pro 2拍的。

总结

不能把积木只当成积木。一套积木后有太多故事可以讲，如果孩子们认真听，他们也会有问不完的问题。比如：

宇航员会坐在哪里？

燃烧完的火箭就不要了吗？

月亮离我们有多远？

他们会落到月亮哪里？

土星五号有多厉害？

下面的发动机为什么是最大的？

最下边的小翅膀是干什么的？

火箭的身体为什么是白色和黑色的？

为什么最下边的推进器是最长的？

火箭里边是空心的吗？

中国的火箭厉害还是土星五号厉害？

拼装这套积木只是他们暑假生活的一小步，但我希望这是开启他们认真思考的一大步。

图52 阿姆斯特朗在月球上的One Step :)

乐高设计工具

如果你想自己设计乐高，你需要LEGO DIGITAL DESIGNER，支持MacOS和Windows。

图53 LDD界面走一把

参考文献

1. Saturn V - Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Saturn_V

2. Fan-designed LEGO Saturn V rocket lands ‘go/no-go' product launch review | collectSPACE： http://www.collectspace.com/news/news-112315a-saturn-v-lego-ideas.html

3. LEGO Ideas - Product Ideas - Apollo 11 Saturn-V：https://ideas.lego.com/projects/76841

4. Set 21309-1 | Brickset: LEGO set guide and database：https://brickset.com/reviews/set-21309-1

5. 乐高21309的尺寸与比例：https://www.space.com/36651-nasa-apollo-saturn-v-lego-set-in-pictures.html

6. 对比学术成就，钱学森和冯·布劳恩那个更出众？https://www.zhihu.com/question/21793300

7. 阿波罗计划的解密文件：https://web.archive.org/web/20050416215829/https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19710065502_1971065502.pdf