阿波羅13號50週年:一次成功的失敗
2020年04月17日10:21

  來源:牧夫天文

  2020年4月11日是阿波羅任務13號發射五十週年的紀念日,與前一年七月成功把人類首次送上月球的阿波羅11號不同,這次任務遇到了極其嚴重的爆炸事故。然而在所有人的共同努力下,三名航天員於1970年4月17日(50年前的今天)成功返回地球。因此,這次任務被稱為一次成功的失敗,值得後人紀念。

阿波羅13號任務紀念幣
阿波羅13號任務紀念幣

  一次太空任務最糟糕的結局大概就是把人送上天的同時人也順便升天(非字面意義)了吧。NASA(美國國家航空航天局)可說是現今世界上最成功的組織之一了,但是再成功的組織也會遇到意外。1961年,當時的美國總統約翰·F·甘迺迪設立了要在1970年前載人登陸月球的目標。同年,剛剛成立三年的NASA啟動了“阿波羅”計劃。這項登月計劃耗資254億美元,成為NASA當時最昂貴的太空計劃。按通貨膨脹率計算,今天的這個方案約為1530億美元(約一兆人民幣)。

  “阿波羅”計劃第一次使用三個部分構建飛船。它們分別是:指令艙(CM)、服務艙(SM)和登月艙(LM)。飛船發射時的最前端是指令艙(CM),該模塊搭載了三名航天員。然後,服務艙(SM)連接到指令艙的後面,為航天員提供動力和生命支援。兩者結合起來構成了指令服務艙(CSM)。飛船的最後一部分是登月艙(LM),在離開地球軌道後登月艙會跑到指令服務艙之前(見動圖),最終將兩名航天員帶到月球表面,而另一名航天員則留在沿月球軌道飛行的指令服務艙中。在航天員重新進入地球大氣層之前,服務艙和登月艙將被丟棄。這一革命性的設計為火箭節省了質量和燃料。

阿波羅系列任務的火箭結構示意圖,從左至右分別是登月艙LM,指揮艙CM和服務艙SM。注意左邊是前面月球方向。| pixabay
阿波羅系列任務的火箭結構示意圖,從左至右分別是登月艙LM,指揮艙CM和服務艙SM。注意左邊是前面月球方向。| pixabay

  經過廣泛的測試,阿波羅號火箭準備行動。阿波羅計劃的頭幾次發射,即阿波羅1-10號,是首次登月的“練習”。阿波羅1號原計劃是近地軌道載人飛行實驗,但在地面演習中發生了火災,三名航天員不幸喪生。這次任務原本名稱是AS-204,任務後三名航天員的家屬希望人們不要忘記這次事故,NASA便保留了“阿波羅1號”這一名稱。鑒於阿波羅1號出師不利,NASA只好將後續的任務改成無人實驗,繼續檢驗安全性能和技術性能。從阿波羅4號到6號,分別無人測試了指令服務艙、生命維持系統、主發動機、登月艙等子系統。阿波羅7號到10號則為各種載人實驗,每一次都為之後的載人登月累積了寶貴的經驗。然後,1969年7月16日,阿波羅11號發射升空。在穿越無盡深邃的太空之後,1969年7月21日,尼爾·阿姆斯特朗(Neil Alden Armstrong)和巴茲·奧爾德林(Buzz Aldrin)降落在月球上。當時美國的每個電視台都通過電視廣播登月,慶祝這個國家成為第一個將人類送上月球的國家,擊敗了當時正在冷戰另一端的蘇聯人。然而,每一次成功,都註定伴隨著背後的失敗。

阿波羅11號登月的巴茲·奧爾德林(Buzz Aldrin)| Wikipedia
阿波羅11號登月的巴茲·奧爾德林(Buzz Aldrin)| Wikipedia

  阿波羅11號飛行任務之後,NASA計劃進行更多發射,以進行更多的測試。在正常程式中,如果主要機組人員任何一人無法執行任務,則整組替換成後備小組去執行,因為團隊合作和航天員的共同訓練對於空間生存很重要。但是,在發射前一週的一次例行體檢中,後備組員查理·杜克(Charlie Duke)被發現感染了風疹。為了避免疾病傳播的風險,醫生進行了進一步的檢查,他發現只有原組員肯·馬汀利(Ken Mattingly)從小到大都沒有感染過風疹,因此沒有對這一疾病的抵抗力。考慮到兩組組員一起訓練,有交叉感染的風險,指揮中心擔心肯·馬汀利可能會在任務中發病。而原本應該要整組換成後備小組的程式因為後備組員查理·杜克還在生病中所以無法執行。NASA不得不決定提拔後備組員傑克·斯威格特(Jack Leonard Swigert, Jr。)來填補他的空缺。最終就是原組員小詹姆斯·亞瑟·洛威爾(James Jim Arthur Lovell, Jr。)和小弗萊德·華力士·海斯(Fred Wallace Haise, Jr。)帶後備組員傑克。這場突然的變化是註定要發生的阿波羅13 號不幸事件鏈中的第一個事件。

  在新組員一起訓練僅三天之後,1970年4月11日到了。那天是任務的一天,航天員在2:13 PM發射升空。發射的第一階段進展順利,但在第二階段過早切斷助推火箭時出現了一個小問題。為了試圖彌補這一錯誤,航天員點燃了第三級火箭,時長比計劃的要長一些。這個小錯誤似乎不是什麼大問題,最終整個發射流程是如此的精確,以至於取消了計劃中的第一次航向校正。

  任務開始後55小時53分鍾,當航天員離地球約33萬公里時,災難性的事故發生了。由經驗豐富的吉恩·克蘭茲(Gene Kranz)領導的休斯頓指揮中心要求傑克對服務艙中的氫氣和氧氣風扇進行例行循環,以解凍儲罐並提供更準確的讀數。傑克運行風扇後兩分鍾,航天員聽到了“相當大的爆炸”。

  “嘿,我們這裏出了個問題。”傑克呼叫。

  “這是休斯頓;請再說一次。”膠囊通訊器傳來回答。

  “休斯頓,我們遇到了問題(原句其實是Houston, we’ve had a problem而不是電影里有名的Houston, we have a problem)。我們的主B總線電壓過低。”傑克說道。

  這種低電壓是指航天器兩個主要電路之一的功率下降。第一次對話為阿波羅13號機組人員和休斯頓指揮中心帶來了一系列嚴重問題。一位記者稱其為“空間探測歷史上最大的公共緊急事件和最戲劇性的救援”。斷電後不久,兩個低溫氧氣罐中的一個氧氣含量降至零,這意味著如果航天員保持正常消耗水平,那麼指令服務艙很快就將沒有動力,也沒有氧氣。休斯頓指揮中心開始迅速提出挽救航天員的方案。現在,這次任務有了新的目標:安全地將這些航天員送回家。

休斯頓指揮中心 | nasa.gov
休斯頓指揮中心 | nasa.gov

  休斯頓指揮中心和航天員認為,最好的做法是將其登月艙用作一種“救生艇”,因為如果按常規程式使用指令服務艙,它將僅剩15分鍾的動力。機組關閉了指令服務艙中的所有系統,希望它們可以節省足夠的動力、氧氣和冷卻水以供再次進入大氣層。然後,將機組人員轉移至登月艙。但是,這又帶來了另一個問題:登月艙沒有長時間供電的相關設計。因此,即使外部溫度接近絕對零度,機組也關閉了所有不必要的系統,包括暖氣。

  當時,機組人員離月球還有8萬公里,20個小時的路程。機組人員計劃繞月球飛行並利用其引力通過“自由返回軌道”將航天員運送回地球。由於計劃的變更,航天員開啟登月艙試圖進行航向校正以執行此操作。但是,在之前嚐試節電的過程中,陀螺儀和其他導航儀器電源已關閉。因此,船員們以地球和太陽為基準,使他們的“救生艇”不會迷失在茫茫星海中。

  當機組人員抵禦寒冷並停留在返回地球的登月艙上時,二氧化碳水平開始上升到有毒水平。這是因為登月艙原本只用於過濾兩位航天員而非三位航天員使用的氧氣。這使休斯頓的指揮中心急忙尋找解決方案。指令服務艙的過濾器和登月艙的過濾器彼此不兼容,因此這不是一個可行方案。休斯頓的團隊不得不想出一種方法,使指令艙的圓柱形過濾器相容於登月艙中的矩形過濾器。為此,他們製造了一個名為“郵箱(Mailbox)”的設備,該設備是一個額外的太空服的導管,使空氣通過過濾器返回。

  解決了他們的氧氣問題之後,接下來地面需要製定機組人員重返地球大氣層的計劃。這個問題尤其困難,因為指令服務艙所剩電量不多,而登月艙沒有隔熱罩。指揮中心請肯·馬汀利(就是沒有風疹抵抗力所以沒能執行任務的那位組員)製定了一項計劃,用電池中賸餘的少量能量為指令服務艙供電。他在地球上的模擬環境中用組員有的材料和工具製定了計劃,讓組員可以只為重新進入大氣層所必需的設備供電。在馬汀利的計劃中,航天員將動力從即將廢棄的登月艙轉移到指令服務艙,以便有足夠的能量為所有必需的系統供電。

  他們再次點燃了登月艙的發動機以調整軌道並製定了再入計劃後,機組人員準備好了再入飛行。傑克進入指令艙,以啟動所需的儀器。詹姆斯和小弗萊德關閉了登月艙並轉移到指令艙。隨後他們分離了高度受損的服務艙和他們的救生艇登月艙。

  經過數小時的寒冷低溫和漫長的夜晚,航天員重新回到地球的引力範圍內。儘管已採取了所有節能的程式,但他們仍然不知道能否平安回歸,不知道隔熱罩是否已損壞或降落傘是否凍結而無法正確展開。

  航天員為重返大氣層作好防衝擊準備,與此同時休斯頓則不得不在無線電中斷 的黑障期間等待六分鍾。中斷時間比預期長87秒,全世界都以為已經失去了他們。最終,詹姆斯通過無線電廣播讓世人得知航天員已經倖存。飛船最後降落在太平洋上,美國和蘇聯的船隻前來接回他們。

重新進入地球大氣層後的“阿波羅13號”指揮艙 | pixabay
重新進入地球大氣層後的“阿波羅13號”指揮艙 | pixabay

  NASA與世界其他地方一樣鬆了一口氣。NASA組成了一個專家小組,對造成失敗的原因進行了理論分析。他們得出的結論是,氧氣罐風扇接線上的絕緣不良導致短路,從而點燃了絕緣層。這會引起氧氣罐爆炸,從而損壞了氧氣罐和周圍設備。

  調查結果出來之後,NASA重新設計了氧氣罐,並增加了第三個氧氣罐。電線用不鏽鋼覆蓋,以防止絕緣層著火。他們還對閥門和監控系統進行了更新,以便在出現問題時,航天員和控製中心可以更快地做出反應。阿波羅13號任務本來應該是登月任務,對於這個目標而言任務本身是一次徹底的失敗。然而,爆炸後,阿波羅13號成功完成了其新任務:將航天員帶回。航天員的安全歸來意味著阿波羅13號被認為是NASA的“最大成就”之一。因此阿波羅13號又被稱為“成功的失敗”。而不論任務是成功還是失敗,阿波羅13號都避免了一次生命的悲劇,航天員和地面上的指揮人員都是偉大而值得讚揚的!

從南太平洋歸來的阿波羅13號成員 | Wikipedia
從南太平洋歸來的阿波羅13號成員 | Wikipedia

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽