50年前,谁炸掉了阿波罗13号飞船?
2020-04-16 09:26

50年前,谁炸掉了阿波罗13号飞船?

文章来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:鸑鷟鹓鶵 ,Steed,题图来自:电影《太空救援》


50年前,也就是1970年4月11日,阿波罗13号发射升空。


阿波罗13号发射 | NASA


这次飞行,原本只是一次寻常的登月任务,不应该如此知名。就像50年后,大多数人可能分不清阿波罗12号和14号之间的具体区别。


然而,阿波罗13号的宇航员,却意外遇到了人类历史上最遥远的一次事故。


在断电、断WiFi通信和缺气、缺水的多重挑战下,3名宇航员上演了载人航天史上最著名的一次自救。


跟着阿波罗13号的视角飞掠月球 | NASA/本文作者汉化


休斯敦,我们有麻烦了


格林尼治标准时间1970年4月11日19点13分,美国佛罗里达当地时间凌晨2点13分,阿波罗13号发射升空。


这是一段看起来和阿波罗8/10/11/12号都差不多的旅程,尤其对于指令长(小)詹姆斯·洛威尔而言。


上一次,他驾驶的是阿波罗8号,那是人类历史上首次载人绕月飞行。于是,他成为历史上第一位第二次前往月球的宇航员。


指令长洛威尔在飞船上 | NASA


连续两天的飞行,似乎非常平淡,只有一些不起眼的小毛病。这点小插曲,对于类似阿波罗工程这样庞大的系统而言,根本就是家常便饭。


比如上一次的阿波罗12号,刚发射升空没多久,就被闪电击中了…… 还连劈了两次,瞬间警铃大作!


但这一次,却是风暴来临前的寂静。


发射后55小时52分,格林尼治标准时间4月14日3点09分,阿波罗13号的乘员刚刚结束例行检查,准备进入休息状态。突然,指令舱的主警报响彻飞船。


警报显示:1号气罐压力过低!难道是气罐漏气了?


更可怕的还在后面!


2分钟后,宇航员听到了“砰”的一声爆炸!


与此同时,飞船与地面失联1.8秒!


在这危急关头,指令长洛威尔沉着冷静地向地面说了一句话,日后成为一句经典:


——休斯顿,我们有麻烦了。(Houston,we have a problem.)


位于休斯敦的任务指挥中心 | NASA


事后我们知道,这声巨响来自于2号氧气罐的爆裂。


爆裂直接损坏了服务舱的外壳,产生的碎片击中了指令舱的高增益天线,使得通信瞬间中断!通信链路随即自动切换到了备用天线上。


氧气罐发生的泄露,不仅使得飞船内的氧气面临危机,还导致了电池组的罢工。


而事发现场的宇航员并不知道这些。他们能看到的故障显示,是:


1号氧气罐破裂并漏气,压力迅速减小;


2号氧气罐无法正常工作。


1号电池组和3号电池组相继罢工。


爆炸!停气!停电!停Wifi通信!


整个阿波罗13号的指令舱已经沦为一个大型灾难现场。


危急关头,登月就不用想了。可怜的指令长洛威尔,成为了目前唯一一位,两次前往月球,眼见月球近在咫尺,却都没能登陆的宇航员。这个记录,可能会保持很久吧……


可是,问题到底出在哪里呢?


从阿波罗13号近距离看月球 | NASA


潘多拉魔盒


想要找到问题之所在,我们需要回到发射之前。在飞船发射前,需要例行进行模拟倒计时测试。倒计时测试分为加注各种液体、气体的“湿测试阶段”和不加燃料的“干测试阶段”。“湿测试阶段”需要加注的液体,就包括液氧。


湿测试阶段加注液氧 | NASA


液氧需要保存在-183℃的液氧罐内,在加注的时候非常容易从连接的缝隙中挥发。通常来说,由于有风,挥发的液氧不会聚集在液氧罐周围。但是,测试当天风平浪静,液氧罐周边氧气浓度超级高。更要命的是,液氧罐旁边停着3辆巡逻车。


巡逻车事故现场,后面大写着“禁止吸烟”,却没有“禁止开车” | NASA


当巡逻车要发动的时候,汽油发动机启动了电火花塞……而在氧气浓度高的地方,哪怕只是一个小小的火花,后果就只有一个。3辆巡逻车无一幸免,焚毁殆尽,事发现场离火箭只有330米的距离。


聚光灯下的阿波罗13号 | NASA


所幸,这段插曲没有波及到火箭本身。反倒是这次“湿测试”之后出现的一个问题,指向了阿波罗13号服务舱2号氧气罐上可能存在的隐患。


这个氧气罐已经有年头了,原本是给阿波罗10号准备的。可是,在拆出来改装的过程中,这个气罐从大约5厘米高度意外跌落。谨慎起见,工程师给阿波罗10号换了一个新气罐,而把跌落的这个拿去作了检测。外部检测发现并无异样后,它被装在了阿波罗13号飞船上。


没有人知道,这个气罐的内部进气管线,可能已经轻微破损了。直到那次烧毁了3辆巡逻车的“湿测试”之后,工程师例行要排空氧气,才发现这个氧气罐只能排出8%的氧气。事后来看,这大概是阿波罗13号存在隐患的第一个征兆。如果当时工程师仔细追究问题原因的话,说不定有机会察觉氧气罐内遗留的问题。


可惜,并没有。

阿波罗13号服务舱内的氧气罐 | NASA


相反,为了排空气罐内的氧气,工程师大费了一番周章。他们决定,给气罐内的加热器通电,把排不出来的氧气逼出来。这本身倒是常规操作,却遇到了另一个历史遗留问题——电压。


28伏,是阿波罗飞船上指令舱和服务舱的电源电压,也是气罐最初设计时采用的电压标准。而肯尼迪航天中心地面的直流电源,电压是65伏。为了方便地面测试,这个气罐经过了重新设计,所有部件进行了升级,能够兼容地面的65伏电压,却单单遗漏了加热器的温控开关。这个疏漏,当时无人察觉。


温控开关的作用,是在气罐内部温度达到80℉(约26.7℃)时关闭加热器。这也是气罐上的温度计所能指示的最高温度。相对于氧气罐内通常在-300℉(约-184℃)到-100℉(-73℃)的“常温”而言,80℉已经足够高了。


于是,当工程师给加热器接通65伏电源时,温控开关很可能在一瞬间就被击穿了。随后长达8小时的通电里,气罐内部的温度一路飙升到了1000℉(约537℃)以上。过高的温度排空了气罐内的氧气,也严重损坏了气罐内风扇供电线上的绝缘材料。然而,由于气罐上的温度计最高只显示到80℉,仍然没有人察觉到任何的异样。加上之前摔坏的部分,2号氧气罐成为一个“潘多拉魔盒”,留在了阿波罗13号上,等待宇航员的开启。


阿波罗13号3名宇航员的合影 | NASA


还原事故瞬间


现在,让我们回到发射当天。装着这个氧气罐的阿波罗13号飞船,离开了地球,踏上了奔月之旅。接下来的两天时间里,阿波罗13号看起来平安无事。但是,按耐不住的潘多拉魔盒,在悄悄等待着被打开的那一刻。


升空后46小时40分,格林尼治标准时间4月13日17点15分,宇航员按照流程开启了2号氧气罐的风扇。一瞬间,氧气罐的读数表超过了最大量程。


咦!不太对头,似乎是哪里短路了……宇航员立刻关掉了开关。这是“魔盒”第一次蠢蠢欲动,小试了一把身手。


接下来的9小时里,除了2号氧气罐的风扇仍然故障之外,一切似乎都风平浪静。直到升空后55小时53分,格林尼治标准时间4月15日3点06分,宇航员按地面指示第三次“搅动”氧气罐,2号氧气罐内的风扇再次被接通电源。在那一瞬间,高达11.1安培的电流通过了电路。相当于我们只是打开了家用电风扇,却等同于一下子启动了好几台空调!


“魔盒”终于被打开了。


受损而裸露在外的电线引发了大规模短路,产生的热量点燃了原本就被高温破坏过的绝缘塑料。而氧气罐内部,是极其易燃易爆的纯氧环境。火焰沿着电线迅速蔓延,加热并提升了氧气罐内的压强。不到2分钟,2号氧气罐便爆裂开来,顺带炸开了阿波罗13号服务舱的外壳。


3名宇航员危在旦夕。


阿波罗13号服务舱爆裂瞬间,由阿波罗12号宇航员、月球艺术家艾伦‧宾绘制 | Alan Bean


真实版太空救援


追究问题出在哪里,是事后的我们才会考虑的事情。对于阿波罗13号上的宇航员来说,当时的目标只有一个,就是活着返回地球。


按照正常的计划,飞船往返地月之间的燃料和电力本完全由服务舱提供。而此时,服务舱已经严重损坏了。预料到服务舱处于崩溃边缘,并很可能连累用于返回地球的指令舱,地面决定,关机保平安,让宇航员关闭指令舱和服务舱的系统。


阿波罗登月飞船的舱段划分 | NASA


幸运的是,登月舱如同茫茫太空中的一片绿洲,没有受到波及。这成为了他们返回地球的关键。


登月舱,顾名思义,原本是登月用的,自带维生系统,可供2名宇航在月面短期逗留。于是,在接下来的大部分时间里,3名宇航员都挤在狭小的登月舱内,维持着生命。更加幸运的是,为了在登月时减速着陆,登月舱还自带了电池、发动机和燃料。多亏了阿波罗飞船的设计余量足够大,仅仅依靠登月舱的推力,也足够返回地球。


阿波罗13号的登月舱 | NASA


只是,他们现在飞行的方向,仍然是月球,跟返回地球背道而驰。如果直接往反方向推进,势必消耗大量燃料。这就好比在高速向前行驶时,突然需要高速向后倒车。


从阿波罗13号看月球 | NASA


于是,他们有了一个大胆的想法。


看过《流浪地球》的朋友想必对影片里的引力弹弓有印象。流浪中的地球借助木星引力,改变了运动方向和速度。阿波罗13号也利用了同样的原理,借助月球的引力弹弓,调转方向飞回地球。


不过,返回地球的旅程是漫长的,阿波罗13号要从遥远的月球返回,距离是其他低地球轨道载人飞船的1000倍!


休斯敦在讨论 | NASA


根据计算,他们需要5.5天~6.5天的时间才能返回。时间长的轨道肯定夜长梦多,风险更大。但最快并不意味着最好,因为返回地球的位置,没有船能去接应。最终,他们选择了一个折中方案,降落在原定降落的太平洋区域,因为舰队已在那里等候多时了。


阿波罗13号的宇航员在转运氢氧化锂空气循环系统 | NASA


在漫长的返回途中,最要命的可能还不是氧气,而是缺水。在阿波罗飞船上,水除了饮用之外,还有一些更重要的功能。


飞船的氧气-二氧化碳空气循环系统大量使用水。此外,电子及电力系统大量采用水冷散热。这些都占用了大量的水资源,一度使得飞船水资源短缺。为了解决燃眉之急,登月舱的一些非必要系统也关闭了,由此匀出了水冷占用的水。宇航员还从指令舱拿来了制取氧气的氢氧化锂模块,缓解登月舱的循环用水。


图中的盒子,是从指令舱取来的氢氧化锂模块,挂在登月舱内 | NASA


克服了重重困难之后,阿波罗13号终于快要接近地球了。在返回地球之前,地面让宇航员抛掉服务舱,好让大家看清受损的服务舱外观。不看不知道,一看吓一跳,服务舱就好像中弹了一样,发生爆裂的一侧十分狼藉。


抛出的服务舱,可见爆炸带来的损伤 | NASA


直到抵达地球前70分钟,3名宇航员才从登月舱回到指令舱。整个阿波罗13号飞船,只有指令舱有能力重返地球大气层,带着他们平安返回地面海面。这也是他们一路上都保持着指令舱关闭状态的原因——只有这样,才有可能保存指令舱内仅有的电力和氧气。而在当时,没有人知道指令舱有没有受损,还能不能闯过重返大气层这一关。


然而,也实在没有其他的选择了。


指令舱(返回舱)溅入太平洋 | NASA


所幸,返回舱经受住了重返大气层的“烤验”。


升空后142小时54分,格林尼治标准时间1970年4月17日18点07分,返回舱带着3位英勇的宇航员,安全溅落在太平洋上。这3位英雄分别是:


指令长小詹姆斯·洛威尔,当时世界上太空飞行次数和飞行小时最多的宇航员;


设计台词:“我读报道我自己的新闻” | NASA


登月舱驾驶员小弗雷德·海泽尔,阿波罗8号和11号两艘重量级飞船的替补宇航员;


设计台词:“没人比我更了解这个登月舱”| NASA


指令舱驾驶员杰克·斯威格特,他原本是阿波罗13号的替补指令舱驾驶员,因为首席驾驶员疑似得了风疹而被临时替换上阵。


设计台词:“回到地球的感觉真好” | NASA


在爆炸发生后的4天时间里,3名宇航员表现出了极大的智慧和勇气,地面工作人员提供了充分的技术支持,阿波罗飞船也提供了充足的余量。最终,他们克服重重困难,在服务舱几乎处于瘫痪的情况下,实现了自救,返回了地球!


NASA高度评价了阿波罗13号的飞行,称之为“一次成功的失败”。


如今,整整50年过去了,物是人非。


虽然人类还没能再次重返月球,但包括阿波罗13号在内,这些先辈的事迹,将激励一代又一代人投身航天事业,向着更广袤的宇宙进发!


文章来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:鸑鷟鹓鶵 ,Steed

本内容为作者独立观点,不代表虎嗅立场。未经允许不得转载,授权事宜请联系hezuo@huxiu.com
如对本稿件有异议或投诉,请联系tougao@huxiu.com
正在改变与想要改变世界的人,都在 虎嗅APP
赞赏
关闭赞赏 开启赞赏

支持一下   修改

确定

相关推荐