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“休斯顿,我们遇到了一个问题”-美国宇航局最成功的失败故事

“休斯顿,我们遇到了一个问题”-美国宇航局最成功的失败故事

1970年4月11日格林尼治时间19点13分,阿波罗13号从佛罗里达州肯尼迪航天中心的39A发射场发射升空。在巨大的土星五号助推器上,指挥舱109和服务舱109形成了CSM-109(也被称为奥德赛)和登月舱(LM)水瓶座。

42岁的美国海军上校小詹姆斯·a·洛弗尔(James a . Lovell, Jr.)坐在指挥舱的沙发上,这是他第三次执行太空任务和第二次登月。在他旁边的是指挥舱飞行员约翰·L。38岁的“杰克”·史威格特是一名太空新手,他在最后一刻替代了宇航员肯·马丁利,肯·马丁利在暴露于麻疹后被擦洗干净。洛弗尔的另一边是35岁的登月舱驾驶员小弗雷德·w·海斯,这是他第一次也是唯一一次太空飞行。

这是迄今为止最雄心勃勃的阿波罗计划。阿波罗12号的经验教训的基础上,做出一个精确的登月联邦铁路局Mauro的高地地区,远比阿波罗11号或12从赤道向北,这意味着土星五号助推器和登月舱携带更多的燃料比其他任何任务。

冷漠

但另一件标志着这次任务的事情是一种自满,甚至是冷漠。如果说阿波罗任务现在对NASA的男男女女来说似乎是例行公事,公众则完全漠不关心。他们被卖给阿波罗号,认为这是一次伟大的冒险,他们对重复同样的情节感到厌烦。美国国会也有同感。自从1964年阿波罗计划的主要工作完成后,NASA的预算就一直在下降,但现在阿波罗20号被取消了,削减的幅度看起来要大得多。如果美国宇航局知道阿波罗13号上有炸弹,这种自满情绪就不会持续太久。这不是恐怖分子或敌人的蓄意破坏,而是在任何超级复杂的行动中可能出现的那种监督的结果。事实上,这是NASA的功劳,这样的错误并没有发生得更频繁。然而,这一次,这个疏忽几乎是致命的。

在作为阿波罗宇航员家的锥形指挥舱后面是服务舱。这个圆柱形的装置一端是一个钟状的圆锥体,里面装有主引擎,为奥德赛号提供氧气、水、电力和与地球的远程通信。

在服务舱内部是一个容纳许多系统的舱,包括两个液氧舱,它们是指挥舱的主要氧气来源。在舱里还有一箱液氢和三个燃料电池。注入燃料电池的氢和氧为奥德赛公司提供了动力和水。

其中一个单位有一段历史。2号氧气罐原先安装在阿波罗10号的服务舱中,后来被取出进行改造,在改造过程中被损坏,然后送回工厂进行修理。它随后被安装在阿波罗13号服务舱中。

和NASA的所有飞行装置一样,二号燃料箱在安装完成后也进行了反复测试。1970年3月16日,坦克突然出现了故障。水放不出去。最后决定用水箱里的电加热器来烧开氧气。这并没有完全解决问题,但由于氧气罐不需要在空间中排空,而且由于时间限制,2号被允许飞行。

然而,加热器已经升级,使他们可以在68伏特,而不是以前的28伏特,但是控制加热器的恒温开关没有改变。结果,在最后的测试中,开关焊接关闭,线路磨损。另一个问题是铝部件和聚四氟乙烯绝缘材料的使用——两者都在纯氧中燃烧。

简单地说,二号坦克现在是一颗等着引爆的炸弹。

到月球

阿波罗13号从发射台升空时没有任何麻烦的迹象。天气很好,唯一不同于以往的土星五号发射是,它清除塔有点慢,因为它携带了额外的燃料。当第二级点火时,五个引擎的中心开始进入严重的pogo操作并关闭。其他四个引擎被调高以补偿和任务控制,宇航员认为任务已经通过了它的一个主要故障。

当S-IVB第三级分离并首次发射后,阿波罗13号进入距地球120英里(193公里)的轨道。两小时后,火箭再次发动引擎,宇航员们踏上了去月球的路。CSM奥德赛号随后与S-IVB分离,史威格特将飞船调转方向,与登月舱宝瓶号对接,并将其缓缓移出。经过轻微的航向修正后,阿波罗13号进入了绕月轨道,而S-IVB号则与月球表面发生碰撞,三天后就会与月球表面发生碰撞——这一事件将被阿波罗12号留下的地震仪记录下来。

这一切就像太空时代的牛奶奔跑。

"休斯顿,我们遇到麻烦了"

在任务的头两天,一切都很轻松。飞行55小时后,洛弗尔利用指挥舱的电视摄像机为地球上的观众提供了一次奥德赛和水瓶座的旅行。不幸的是,由于没有一家美国广播公司进行广播,观众只能看到地面指挥中心和几名宇航员的亲属。

在距离地球56时21万英里(33万公里)的地方,广播结束后,NASA给宇航员们几分钟的恢复时间,然后他们就回去工作了。洛弗尔把相机装好,海斯进行测试,并关闭登月舱的系统。与此同时,史威格特正在对服务舱的氧气罐进行例行维护测试,以追踪传感器故障。

回到位于休斯顿的任务控制中心,电气、环境和通信官员(EECOM)西·李伯杰特(Sy Liebergot)要求史威格特激活2号燃料箱中的电风扇来搅动液氧,这样它就不会分层。

然后,95秒后,事情变糟了。2号油箱加热器短路,引起火灾。当氧气闪变成气体时,压力突然增加,容器的结构由于爆炸的力量而变形。

尽管服务舱前后的整个面板都被炸飞了,造成了大面积的损坏,但宇航员发现问题的第一个线索是一声巨响。与此同时,与地球一起的遥测信号消失了1.8秒,仪表板上的功率读数开始波动,飞船也在震动,因为自动驾驶一直在发射姿态控制推进器,以补偿一些未知的力。

爆炸26秒后,史威格特给地面指挥中心回了电话:“好了,休斯顿,我们遇到麻烦了。”

然后洛弗尔又重复了一遍,详细地阐述了一番。“休斯顿,我们遇到了麻烦。我们的主B总线电压不足。”

最初的担心是奥德赛号或宝瓶号被陨石击中,其中一个或两个机组模块被击穿,但没有证据表明严重的压力损失。主母线B电压不足的故障表明服务舱的三个燃料电池故障。然后,巴士A开始失去电力,两个燃料电池正在衰退,两个电池都在半小时内死亡。

控制中心和宇航员检查得越多,情况就越糟糕。二号氧气罐压力为零,一号氧气罐泄漏速度很快。此外,电脑已复位,并运行故障检查,而高增益天线已切换到第二模式。

回到地球上,李伯杰简直不敢相信他在自己的座谈小组里看到了什么。服务舱被设计成有多个冗余,由飞行中不需要维护的部件组成,但他看到了大量的系统故障,这种故障只有在操作员想要确保宇航员集中注意力时才会在模拟器中看到。

一开始,李伯杰认为这一定是仪器故障,但洛弗尔报告说,他可以看到飞船外的碎片和不断膨胀的气体云。正是这一点推动着奥德赛号前进,而自动驾驶仪正在与之战斗。更糟糕的是,1号油箱泄漏速度很快,当它泄漏时,服务舱将开始从指令舱的小型备用增压箱中吸氧。

导致飞行指挥基因克兰兹,他在任务控制如此高的权威,唯一办法否决他的决定是解雇他,下令命令模块缓冲槽封锁,但迅速耗尽池1号只会保持剩余的燃料电池大约两小时。在那之后,唯一的动力将来自指令舱电池,这意味着只能持续几个小时。

很明显,奥德赛号是一艘垂死的船,登月计划也被取消了。最明显的下一个步骤是为了保护被遗弃在命令模块的电池供电系统——字面上关闭它。这是从未做过的使命和工程师们不知道如何将它再次回到返回地球。这就引出了两个更明显的问题:如何回到地球,以及如何让这三个人在旅途中活下来。

救生艇LM

第二个问题的答案是使用登月舱作为救生艇——这种情况已经被认为是阿波罗10号、11号和12号的紧急措施。它是可能的。长征五号是完整的,它的生命维持系统、发动机和太空服背包里都有充足的氧气,但是长征号的设计只能支持两个人工作45小时。现在它必须让三个人存活四天。

一个限制因素是权力。LM使用的是只有2181 Ah容量的氧化银/锌电池,而不是燃料电池。其中一些是为了给指挥舱的电池充电,所以LM上所有不是绝对必要的东西都被关闭了,能源消耗保持在20%以下。

这将是一次非常寒冷、黑暗的回家之旅。

水是另一个问题。它不仅需要保持宇航员的生命,也被用来冷却LM的系统。船员每人每天配给6盎司(177毫升)的水,并且只吃湿性食物。即使那样,飞船在返回地球前5个小时就会耗尽水,但阿波罗11号的经验表明,如果没有它,LM可以继续工作那么长时间。

怎么回家?

在正常情况下,将阿波罗13号送回地球的方法是使用一个直接的中止轨道,这将涉及点燃服务舱的主引擎,将飞船放置在一个截断的轨道上。这本来是最快的方法,但是克兰茨否决了,因为没人知道引擎损坏的有多严重。

另一种选择是继续,绕月球一圈,然后回到地球,使用姿态控制火箭进行任何航向修正。如果这是早期的阿波罗任务之一,这样的自由返回轨道只需要坐下来,让重力来完成。

但这对阿波罗13号来说是不可能的,因为它在月球高地着陆的目标使它进入了一个混合轨道——一个自由返回轨道的变体,除了它需要一个燃烧的引擎在到达地球时进行实际的再入。否则,飞船就会转回外太空。

由于服务舱是不可用的,这留给船员只有较弱的下降阶段引擎在LM上。在关闭指令舱之前,洛弗尔写下了有关飞船方位的制导读数,并进行了将数据输入LM制导系统所需的计算(没有计算器,但任务控制中心会检查他的计算结果)。然而,使用LM进行必要的操作需要洛弗尔和海斯在控制和大量的实践中学习。

还有一个问题是是否要抛弃服务模块。这意味着登月舱引擎的重量将会减少,从而将返程时间缩短36个小时。不幸的是,这将意味着把指挥舱的酚醛树脂隔热板暴露在寒冷的太空中,工程师们不确定这会造成什么样的破坏,所以服务舱留下来了。

长征四号丙运载火箭的引擎燃烧了34秒,使它回到了自由返回轨道,但如果指挥舱要在地球上着陆,使它能够安全回收,还需要更多的燃烧。这意味着有三种选择:印度洋,美国在那里几乎没有救援单位;同样的问题也出现在南大西洋;还有南太平洋,那里的救援舰队已经出发了。

最后,阿波罗13号在飞行73小时46分钟后经过月球最近点两小时后,美国宇航局选择让另一个引擎燃烧。这将缩短返回时间12个小时,并把指挥舱放在太平洋上。第二次四分钟的燃烧已经够难的了,但是由于所有的碎片都漂浮在周围,按照标准程序,用星星来确定飞船的方位是不可能的,所以宇航员们再次使用太阳和月亮——同样,使用LM的导航系统。这使他们在半度以内的理想角度。

生存

在返回地球的路上还有很多事情要做,但更紧迫的问题是宇航员自己的呼吸,这是将二氧化碳泵入LM有限空间的过程。起初,这并不是一个威胁,因为有氢氧化锂罐可以从空气中清除二氧化碳。然而,这意味着两个人在45小时内,在进入LM后的36小时内,大气警示灯就亮了。水瓶座的空气变得致命,如果这个问题不解决,宇航员在到达地球的前一天就会死亡。

在理想的情况下,这是一个很容易解决的问题。指挥舱也有洗涤罐——足够回家了。为什么不把它们移过去,然后代入呢?船员们做不到,因为宝瓶号上的罐子是圆的,而奥德赛号上的罐子是方的。就像一个拙劣的笑话,宝瓶座生命维持系统的圆孔不接受奥德赛的方形钉子。

像那些学校练习,学生得到的是一袋物品和被告知建立起重机或气垫船,NASA的工程师必须尽快找出如何构建一个适配器使用材料已知宇宙飞船,写清晰和详细说明如何组装起来,宇航员和继电器。

根据阿波罗宇航员肯·马丁利的说法,解决方案来自于阿波罗8号任务人员的模拟训练,在那里类似的紧急情况通过使用飞船的真空吸尘器软管通过一个气罐吹气来解决。

他们很快就发明了一种叫做“邮筒”的新玩意儿,它是由塑料、操作手册的封套、排气软管和其他一些零碎的东西组成的,全部用管道胶带粘在一起。光是在收音机里读程序就花了一个小时。不幸的是,一旦燃烧完成,除了最基本的登月舱系统外,所有的都被关闭了。这有助于节约宝贵的资源,但它也使飞船成为一个悲惨的地方,因为指挥舱和LM都变暗了,下降到冰箱的温度,低至3°C(38°F)。

太空服是有的,但它们的无孔橡胶结构会让宇航员热得难以忍受,汗出得太多。由于他们只有飞行服,洛弗尔和海斯穿上了长筒靴,史威格特则多穿了一件连体衣。史威格特特别不舒服,因为他在往袋子里装饮用水时,脚被溅湿了。

更糟糕的是,由于担心改变飞船的轨道,宇航员甚至不能将尿液倾倒到飞船外,所以他们使用了更多的塑料袋来储存垃圾。寒冷还导致空气中的水分在舱壁和在CM和LM的设备面板后面凝结。幸运的是,所有的电子设备都绝缘良好,但它仍然像住在一个漏水的锡棚在冬季暴雨。

分离

利用地球的明暗界线作为目标,LM又进行了两次航向修正,这很棘手,因为LM的电脑为了省电而关闭了。

大约半小时后,服务舱被发射的爆炸螺栓抛下,螺栓将服务舱固定在指挥舱上。当它漂走的时候,宇航员可以看到爆炸造成的损害,包括主引擎,这表明不使用它的决定是合理的。

然而,他们并不是自由的。给指挥舱供电已经够难的了,协议在三天内就制定好了,但是没有服务舱上的反应推进器,LM就不能被丢弃,因为指挥舱不能移动。解决这个问题的方法是关闭水瓶座和奥德赛号之间的舱门,把空气留在后备箱里,而不是减压。当夹子被松开时,空气将两架飞行器推开,使其逃脱。

幸运的是,它确实起了作用,尽管停电这么久的确切原因还没有完全解释清楚。

复苏

1970年4月17日,格林尼治时间18:07,奥德赛号溅落在南太平洋,被美国硫磺岛号航空母舰发现。这次任务历时5天22小时54分41秒。

尽管这些宇航员处于脱水状态,他们的体重也比其他宇航员重了50%,但他们的身体状况良好。不过,海斯确实因为缺水而患上了严重的尿路感染。

当阿波罗13号的船员踏上硫磺岛的甲板时,他们并没有意识到全世界都在关注着他们的苦难,这是自阿波罗11号以来所未见的。

“没有人相信我,但在这六天的奥德赛中,我们不知道阿波罗13号给地球人留下了什么印象,”洛弗尔说。“我们做梦也没想到会有10亿人通过电视和广播跟踪我们,并在各大报纸的头条上读到我们的消息。在搭载我们的硫磺岛号航空母舰上,我们仍然没有抓住要点,因为船员们和我们一样远离媒体。到了火奴鲁鲁,我们才意识到我们的影响:在那里,我们找到了尼克松总统和潘恩博士,还有我的妻子玛丽莲、弗雷德的妻子玛丽和单身汉杰克的父母,代替了杰克平常的空姐。”

勇气、头脑和运气

那么是什么让阿波罗13号回到地球的呢?当然,勇气也起了作用。这三个人都是试飞员,他们的反应和试飞员一样。他们知道恐慌只会浪费宝贵的时间,所以集中精力做手头的工作。培训也很重要,创新也很重要,坚持不懈的培训与快速、专业的现场思维相结合也很重要。

但后来NASA的一份报告显示,运气也发挥了作用。这并不是要贬低宇航员、NASA或承包商所扮演的角色,因为幸运总是眷顾有准备的人。

首先,幸运的是,事故发生时,经验最丰富的飞行指挥吉恩·克兰茨(Gene Kranz)和格林·伦尼(Glynn Lunny)在场。幸运的是,LM还有额外的燃料用于修正航向。此外,洛弗尔有丰富的航空母舰着陆经验,使他能够迅速适应飞船的反直觉的旋转。

还有事故发生的时间。如果爆炸发生在“奥德赛”号从宝瓶号脱离码头的时候,船员们将失去他们的救生艇和返回地球所需的引擎。

还有高增益天线在爆炸中幸存下来,尽管被损坏了。这意味着重要数据丢失的时间不到两秒。爆炸发生的时间恰好在电视广播之后,这意味着LM的一些系统已经启动,因此不需要紧急电源来启动航天器。广播也意味着机组人员没有按预定时间睡觉,所以事故发生时他们已经处于警觉和积极的状态。

即使是悲剧了。1967年的阿波罗1号火灾导致了CM设计的改进,比如一个更好的警告和预警系统,还有广泛的电气绝缘的改进,保护系统不受水损害。

但岁月总能改变一切。在过去的半个世纪里,阿波罗13号的传奇故事越来越多。许多经验教训,从惨痛的冒险中被用来改进设计后来的宇宙飞船和他们如何运作。这个故事后来成了许多畅销书、两部电视剧、一部故事片和许多纪录片的素材。这是一个不断传递信息和鼓舞人心的故事。

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