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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

拯救行動

一艘位於地-月軌道上的脆弱飛船發生爆炸,這可不是一件小事。對於阿波羅13號而言,這樣的事件結果將是非常嚴重的。正如此前提到的那樣,飛船上的氧氣供應並非僅僅是供應呼吸之用,還要用於與氫氣混合以產生電力與水。而在這樣一次爆炸之中,阿波羅13號突然之間失去了供電和維繫生命的主要物質來源。

整個服務艙的結構就像一個葡萄柚,或者說像是一塊被切成一塊一塊的派,不同的部分被組合在一起,每個部分擁有不同的功能。一直到阿波羅13號之前(也包括阿波羅13號),所有的阿波羅飛船上的兩台液氧罐都是被放置在同一個模塊內的。Sy Liebergot表示:「所有的東西都被放置在一個架子上,包括那些用於向一號罐和二號罐輸送氧氣的細小管路。因此很容易理解,發生在二號罐的爆炸也將影響一號罐,因為它們都擠在一起。」這也正是阿波羅13號所遭遇的處境——儘管從外部看一號罐並未遭受嚴重破壞,但其與二號罐之間的連接管路發生了破損,導致阿波羅13號上剩餘的氧氣也開始不斷向太空洩露。

Liebergot笑道:「有人大概會問『為什麼我們不把這兩個罐子分開放呢?』好吧。答案是那樣做生產起來不太方便。」從阿波羅14號開始,飛船的服務艙內安裝了一塊額外的燃料電池,並在兩個主要液氧罐安裝位置的另外一端安裝了一個額外的備用液氧罐,這個備用罐與飛船燃料電池完全隔離,專用於在緊急狀態下為飛船的乘員提供維持生命所需的氧氣。

而 當所有這些事發生時,地面上的控制員們仍然不甚清楚究竟飛船上發生了什麼事,他們指令宇航員關閉通一號燃料電池,隨後又指令關閉了二號燃料電池。這項操作 的目的是想阻斷氧氣的流動並確保至少一塊燃料電池能夠繼續使用。但這樣一來就等於放棄了登陸月球的企圖,因為根據設計,要想登陸月球表面,飛船必須確保至 少有兩塊燃料電池是處於工作狀態的——而此時剩下的那塊燃料電池開始從阿波羅飛船指令倉中那個較小的儲備液氧罐中汲取氧氣。這個液氧罐被稱為「緩衝罐」, 因為其設置的目的之一便是保持艙內氧氣壓力的穩定。此時地面控制員終於意識到,現在他們面臨的已經不是宇航員還能不能登陸月球的問題,而是能不能將這些宇 航員安全送回地球的問題。

美國宇航局的飛行控制中心組成了一個精英團隊來負責此次危機以及後續事件的應對,Liebergot也是其中的成員之一,負責EECOM(電力,環境和通信系統)崗位操作。由於EECOM團隊的主要職責是飛船的電力以及環境維持系統,Liebergot肩上的擔子很重。

地面控制中心此時正面臨著一系列極端複雜也極端艱難的選擇需要去做,他們必須決定接下來要採取哪些措施以便確保宇航員生命的安全。儘管在美國公眾的印象中,美國宇航局似乎是一個效率低下的官僚機構,但在此次危機應對中,美國宇航局行動迅速——在短短6個小時內,地面控制中心便做出了一系列後來看來是至關重要的操作決策,為成功挽救太空中宇航員的生命發揮了關鍵作用。隨後是差不多長達4天的煎熬和等待,等待阿波羅13號飛船繞過月球並朝著地球飛來。

在爆炸發生後的最初40分鐘內,根據地面指令,宇航員們開始為登月艙加電,試圖將其變為他們的「生命之舟」——這種危機處理方式此前在阿波羅10號任務訓練期間曾經或多或少做過探討,但後來這種做法卻被捨棄了,美國宇航局給出的原因是認為這樣做「不現實」。但根據慣例,美國宇航局的工程師和飛行控制員們會在這樣的模擬操作中製作出操作流程手冊並保存下來。爆炸發生後,這些操作流程手冊被迅速找了出來投入使用。

當爆炸發生時,地面控制員與宇航員們有兩項任務需要去做。首先是確保指令倉內自己的備用液氧罐完好無損,因為其中的氧氣將可以被用於返航時所需。而儘管服務 艙內安裝有飛船上的主要液氧罐,但指令倉內也安裝有一個「緩衝罐」以及三個更小的液氧罐。在判明最後一台燃料電池正在從中吸收氧氣用於自身發電的情況之 後,Liebergot果斷關閉了所有這些液氧罐。

Liebergot表示:「我從沒想過我們會失去這些宇航員,因此我所做的事便是試圖節約氧氣的消耗,用於他們在返回地球大氣層時使用。」

第二項任務聽上去則似乎與第一項任務相互矛盾,那就是盡可能讓那塊正在吸取儲備液氧罐中珍貴氧氣資源的燃料電池維持久一些的工作時間以便為登月艙完成充電。 通常這一過程是一項極具技巧性,包括長達數小時時間,數百項操作動作的複雜操作過程。必須盡快關閉指令倉的需求產生了類似「先生雞還是先生蛋」的問題困 境,因為首先登月艙必須從指令艙的計算機中獲得關於初始位置和航向的數據,這樣它的推進系統和導航系統才能將宇航員們送回家。Liebergot表示,當他的搭檔John Aaron前來換班時,他立刻意識到了自己所面臨的問題。他說:「當時John走過來,他說我們需要更多時間給登月艙充電,我們不會有氧氣的問題,我們在登月艙中有很多氧氣!」幸運的是,利用一號罐中剩餘的氧氣,加上從指令艙電池系統中回收的部分氧氣,加起來足以提供讓登月艙返回地球所需的電力。

登月艙中儲備有遠超3名 宇航員所需的氧氣。其內部擁有大量的氧氣儲備。事實上登月艙儲備的氧氣甚至可以完成多次艙內再加壓,以便滿足宇航員登陸月球之後的艙外活動所需。相反,水 卻成為一個大問題。為了節約重量,登月艙使用的是電池,而不是燃料電池。因此不像服務艙中的情況,燃料電池發電的過程會產生水,在登月艙中質儲備了固定數 量用於引用和設備冷卻的水。地面控制中心不得不盡可能關閉登月艙內的設備以便減少其產生的熱量對儲備水體使用的壓力。

讓情況更加複雜的是,應對團隊接下來還必須設計一種方式,從而可以使用登月艙上的導航計算機來引導阿波羅/登 月艙組合體的飛行。儘管指令艙和登月艙內都安裝了幾乎一樣的阿波羅導航計算機設備,但兩者使用的軟件則完全不同。登月艙軟件使用的飛行參數無法處理指令艙 和服務艙的情況,其中的根本性變化比如飛船質心的改變等等。要想解決這個問題,必須依賴於地面控制中心進行的精密測算並給出新的參數。

另 外,登月艙內的環境維持系統也並非是為確保三名宇航員度過數天的時間設計的,因此宇航員們必須借助於指令艙中的二氧化碳過濾裝置來確保登月艙內呼吸的空氣 中二氧化碳濃度不會太高。但在這過程中也出現了一些障礙:指令艙的過濾器接口是方形的,它無法與登月艙圓形的接口兼容。於是地面上的工程師們緊急行動起 來,利用阿波羅13號上現有的物資進行試驗並找到了解決方案。

一次「成功的失敗」

造成阿波羅13號飛船事故的原因是由很多的小小失誤逐漸累加形成的——液氧罐的墜落,沒有進行必要的液氧罐內部檢查,液氧排空操作上的失誤以及災難性的高溫烘烤。當所有這些因素累加在一起,導致的結果是驚人的,以至於地面控制人員一開始還難以相信他們所看到的情況。Liebergot指 出,當時的故障報告制度相比今天還顯得較為原始。出現故障的系統會在地面控制台上激發相應指示燈閃爍,但當問題過去之後,指示燈將不會再繼續保持閃爍。而 要想回放測控數據帶則將耗費一定的時間而無法做到實時進行,甚至追蹤問題的所在常常還需要借助紙和筆進行最原始的手算。因此在當時的條件下,應對這類多種 原因導致的複雜局面非常棘手。

而對於阿波羅13號的最終獲救,最大的原因應該說是地面控制人員和飛船乘組此前所進行了數以百計的反覆練習。每一位控制員,包括所有的支持人員都對他們各自領域的專業知識非常瞭解和熟悉,基本上都到了最細節的地步。而對於阿波羅13號的飛行乘組而言,除了對原定的飛行計劃爛熟於胸之外,他們都是傑出的飛行員,他們所受的訓練讓他們能夠在最危急的情況下保持鎮靜和頭腦冷靜。他們能夠在即便最極端的精神和身體壓力下精確地進行大量極為複雜的操作。

正是阿波羅13號上的宇航員們能夠在最危機的情況下保持冷靜,並在問題出現時及時進行解決,才最終讓他們能夠從這一極端複雜的險惡環境下脫險。美國宇航局的「模擬,模擬,再模擬」思維決策意味著即便出現類似阿波羅13號這樣嚴重的危機事件,永遠都可以找出某種形式的應急方案來。另外,此次任務的控制員們在制定應急救援計劃時,他們對於飛船各個系統的極限性能都有著非常清楚的瞭解和把握。

代號為「水瓶座」(Aquarius)的登月艙拯救了阿波羅13號上三名宇航員的生命,大大超越了它最初設計的功能。當阿波羅13號的宇航員們將指令艙與登月艙分離開時,地面通訊員Joe Kerwin短暫的暫停了與飛船之間的正常通訊。在經過了一陣之後,Kerwin開口了,帶著對這台機器的感激之情:「再見,水瓶座,我們感謝你。」



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      責任編輯:李健
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