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阿波羅13號事故究竟發生了什麼


http://news.wenweipo.com   [2015-04-20]
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很多美國航天業內人士對於導演朗·霍華德(Ron Howard)拍攝的電影《阿波羅13號》常常懷有一種又愛又恨的矛盾心理

【文匯網訊】據新浪網20日援引國外媒體報道,很多美國航天業內人士對於導演朗·霍華德(Ron Howard)拍攝的電影《阿波羅13號》常常懷有一種又愛又恨的矛盾心理。這部電影對美國宇航局的阿波羅計劃進行了可說是極為精準的描述,並且大體上對阿波羅13號意外事件的處理進行了正面的展現。同時在這部影片中也表現了美國宇航局當年在處理阿波羅13號危機的7天時間裡在救援工程方面所做的海量工作,並將這一危機事件的應對提升到了接近「神話」的高度。

但在另一方面,《阿波羅13號》這部電影畢竟仍然逃不過好萊塢的那一套——無限制地聚焦和放大各個角色人物之間的關係話題。當飛船處於月球背面時,宇航員吉姆·羅威爾(Jim Lovell),傑克·斯威格特(Jack Swigert)以及弗雷德·海思(Fred Haise)互相之間實際上從未大聲說話甚至相互吼叫,沒有任何人懷疑過斯威格特的駕駛技巧。而同樣的,在地面上的替補宇航員肯·馬丁裡(Ken Mattingly)也從未像影片中表現的那樣將自己鎖在一個模擬倉中親自為阿波羅13號的動力故障設計排障方案。

在影片中,人類的第三次登月行動已經顯得非常平淡無奇:1960年代肯尼迪總統提出的要將一個美國人送上月球並安全送回來的非凡挑戰已經達成,而公眾對於登月的壯舉也已經開始逐漸失去最初的那種興奮,甚至電視台也已經不再對登月進行直播。但就在此次任務執行到第三天的時候——1970年4月13日,一件意外事件的發生,重新將全世界人們關注的目光吸引到了這艘小小的飛船和它上面3名美國宇航員的身上——一次常規的檢查程序卻導致了飛船氧氣艙的爆炸。突然之間,這三名宇航員的安危變得命懸一線。

那麼,如果說這部幾乎在20年前拍攝的影片並未展現這次事件的全部景象,那麼當時阿波羅13號事件的實際情況又究竟如何呢?氧氣罐究竟為何會發生爆炸?而如果說這兒氧氣罐本身就有缺陷,那麼一開始它是怎麼會被安裝到飛船上去的?但最重要的一點還在於,在哪個仍然主要依賴算尺和極度原始計算機設備的年代,在45年前,在經歷了那樣嚴重的故障之後,阿波羅13號究竟是如何竟能安全返回地球的?

阿波羅飛行控制員Sy Liebergot是回答這些問題的權威專家,他曾經單位諸多項目的EECOM(「電力,環境和通信系統」)操作員,其中就包括阿波羅13號項目,他對涉及阿波羅13號事件的一些問題進行了解答:

當時地面上到底發生了什麼?

在從地球飛往月球的過程中,阿波羅飛船實際上是由3個(其實也可以說是4個)主要的部分組成的:粗短的阿波羅飛船指令倉是宇航員所在的艙段,柱狀的阿波羅服務艙裡則主要用來安放飛船的電子和環境維持設備,另外還有外觀略顯笨拙的登月艙,而登月艙本身則也可以再分為兩個部分——上升段以及下降段。

阿波羅飛船使用一套複雜的電池以及三台大型燃料電池為其所有設備提供電力供應,其中燃料電池會承擔飛行階段的大部分電力供應任務。這種燃料電池的工作原理是將氫和氧進行反應,從而產生1.4kW的30V直流電,並在過程中產生少量水。這樣產生的電力將用於驅動飛船各大系統,而產生的水則將被用於飛船系統冷卻,以及宇航員的日常飲用,衛生用水,脫水的食物加水以及其他各種用途。

而盡可攜帶大量氫氣和氧氣的效率最高的方式便是使它們處於液態的形式,因此在阿波羅飛船的服務艙內安裝有兩個大型的液態氫罐(每個內部裝有13公斤的液氫),另外還有兩個液態氧罐(每個內部裝有大約148公斤的液氧)。之所以液氧的重量比液氫多出許多,是因為其密度相比液氫要高得多。

簡單來說,阿波羅13號遭遇的問題主要是圍繞第二個液氧罐,即所謂「二號灌」而發生的。這個圓形的液氧罐是在多年前由Beech Aircraft公司根據與North American Rockwell公司之前簽署的合同製造的,其最初的製造目的是安裝在1969年發射升空的阿波羅10號上。但就在阿波羅10號發射之前,這個液氧罐卻被拆卸了下來進行維護和改裝,並曾在這一過程中發生過掉落事件——這個罐子曾經從大約2英吋(約合6厘米)的高度上摔落下來。

最終,這個可能遭受了損壞的液氧罐沒有被再裝回到阿波羅10號上,而是另外再製造了一個新的液氧罐。但與此同時,這個掉落的液氧罐經過了檢查,結果並未發現有損壞的情況。然而,這種外部檢查卻發生了一項致命的疏忽:其內部有一根管線遭受了輕微的破損。

於是美國宇航局便將這個似乎沒有遭受損壞的液氧罐分配給了阿波羅13號的服務艙繼續使用。在發射前,技術人員再次對各項部件進行了嚴格檢查,在其中一次檢查中,這個液氧罐被發現無法正確地排空液氧(其原理是將氣態的氧氣充入液氧罐,將液氧全部擠壓出來,但由於一道管路損壞,無法做到完全的排出)。最終測試組決定通過加熱的手段排空液氧罐。

這時,他們犯下了一項嚴重的錯誤:液氧罐本身帶有加熱裝置,其設計目的是通過適當加熱,幫助氧氣在管路系統中的流動。根據設計,該加熱裝置應當通過飛船的28V直流電力系統供電,但測試組卻將它與65V的地麵線路連接了長達8小時之久。過高的電壓導致的大電流導致加熱器開關被燒化,固定在了關閉位置上,這就讓它無法及時在情況異常時啟動自動關閉程序,於是液氧罐內的溫度持續升高,一直到了超過1000華氏度(約合537.7攝氏度),而安裝在液氧罐內部的溫度計設定的最高溫標才80華氏度(約合26.6攝氏度)。但從外部觀察,看不出任何異常情況。

這次持續了整整一晚上的加熱的確清空了液氧罐,但也對其內部造成了難以估計的損壞。美國宇航局後來的調查報告中提到:「液氧罐內部管路使用的特氟龍絕緣層遭受了嚴重的損壞」。

在太空中發生了什麼?

類似液氧這類的液態冷凍液體在微重力環境下會傾向於「分層」,也就是說,在缺乏重力作用的情況下,它們會傾向於形成不同的分層並在其所處的空間內向周圍擴 散。而當這一空間就是液氧罐的內部體積的時候,這種分層效應就會讓測量液氧罐內部的液體量變得十分困難。因此阿波羅飛船的服務艙液氧罐中還安裝了一套內部 渦扇,就像小型船槳一般的葉輪,用於液氧罐內容物的攪拌,目的是使其更加均勻,以便對其內部液體的量更好的進行測量工作。

在每一次啊阿波羅任務飛行期間,都會進行這樣的例行攪拌操作。但沒有人知道的是,對於阿波羅13號而言,每一次這樣的攪拌都將可能引發一場潛在的巨大災難——每一次啟動二號罐的攪拌葉片,電流都將會通過受損的線路。

在任務進行到第56個小時之後,指令倉飛行員傑克·斯威格特進行了例行的攪拌操作。根據推測,這次操作產生了幾顆火星,點燃了二號罐內的特氟龍材料。在液氧環境下,特氟龍材料的燃燒十分迅速,在液氧罐內瞬間產生極高壓強(超過41 MPa)。這樣的壓強不但超過了液氧罐閥門的承受極限,也超出了液氧罐結構強度的極限,於是,液氧罐發生了爆炸。



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      責任編輯:李健
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