50年前,誰炸掉了阿波羅13號飛船?
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50年前,誰炸掉了阿波羅13號飛船?

2020年04月15日 22:00:00
來源:果殼網

50年前,也就是1970年4月11日,阿波羅13號發射升空。

阿波羅13號發射 | NASA

這次飛行,原本只是一次尋常的登月任務,不應該如此知名。就像50年后,大多數人可能分不清阿波羅12號和14號之間的具體區別。

然而,阿波羅13號的宇航員,卻意外遇到了人類歷史上最遙遠的一次事故

在斷電、斷WiFi通信和缺氣、缺水的多重挑戰下,3名宇航員上演了載人航天史上最著名的一次自救

跟著阿波羅13號的視角飛掠月球 | NASA/本文作者漢化

休斯敦,我們有麻煩了

格林尼治標準時間1970年4月11日19點13分,美國佛羅里達當地時間凌晨2點13分,阿波羅13號發射升空。

這是一段看起來和阿波羅8/10/11/12號都差不多的旅程,尤其對于指令長(小)詹姆斯·洛威爾而言。

上一次,他駕駛的是阿波羅8號,那是人類歷史上首次載人繞月飛行。于是,他成為歷史上第一位第二次前往月球的宇航員。

指令長洛威爾在飛船上 | NASA

連續兩天的飛行,似乎非常平淡,只有一些不起眼的小毛病。這點小插曲,對于類似阿波羅工程這樣龐大的系統而言,根本就是家常便飯。

比如上一次的

但這一次,卻是風暴來臨前的寂靜

發射后55小時52分,格林尼治標準時間4月14日3點09分,阿波羅13號的乘員剛剛結束例行檢查,準備進入休息狀態。突然,指令艙的主警報響徹飛船

警報顯示:1號氣罐壓力過低!難道是氣罐漏氣了?

更可怕的還在后面!

2分鐘后,宇航員聽到了“砰”的一聲爆炸

與此同時,飛船與地面失聯1.8秒!

在這危急關頭,指令長洛威爾沉著冷靜地向地面說了一句話,日后成為一句經典:

——休斯頓,我們有麻煩了。(Houston,we have a problem.)

位于休斯敦的任務指揮中心 | NASA

事后我們知道,這聲巨響來自于2號氧氣罐的爆裂。

爆裂直接損壞了服務艙的外殼,產生的碎片擊中了指令艙的高增益天線,使得通信瞬間中斷!通信鏈路隨即自動切換到了備用天線上。

氧氣罐發生的泄露,不僅使得飛船內的氧氣面臨危機,還導致了電池組的罷工

而事發現場的宇航員并不知道這些。

他們能看到的故障顯示,是:

1號氧氣罐破裂并漏氣,壓力迅速減小;

2號氧氣罐無法正常工作。

1號電池組和3號電池組相繼罷工。

爆炸!停氣!停電!停Wifi通信!

整個阿波羅13號的指令艙已經淪為一個大型災難現場。

危急關頭,登月就不用想了。

可憐的指令長洛威爾,成為了目前唯一一位,兩次前往月球,眼見月球近在咫尺,卻都沒能登陸的宇航員。

這個記錄,可能會保持很久吧……

可是,問題到底出在哪里呢?

從阿波羅13號近距離看月球 | NASA

潘多拉魔盒

想要找到問題之所在,我們需要回到發射之前。

在飛船發射前,需要例行進行模擬倒計時測試。倒計時測試分為加注各種液體、氣體的“濕測試階段”和不加燃料的“干測試階段”。

“濕測試階段”需要加注的液體,就包括液氧。

濕測試階段加注液氧 | NASA

液氧需要保存在-183℃的液氧罐內,在加注的時候非常容易從連接的縫隙中揮發。

通常來說,由于有風,揮發的液氧不會聚集在液氧罐周圍。但是,測試當天風平浪靜,液氧罐周邊氧氣濃度超級高。

更要命的是,液氧罐旁邊停著3輛巡邏車。

巡邏車事故現場,后面大寫著“禁止吸煙”,卻沒有“禁止開車” | NASA

當巡邏車要發動的時候,汽油發動機啟動了電火花塞……

而在氧氣濃度高的地方,哪怕只是一個小小的火花,后果就只有一個。

3輛巡邏車無一幸免,焚毀殆盡。事發現場離火箭只有330米的距離。

聚光燈下的阿波羅13號 | NASA

所幸,這段插曲沒有波及到火箭本身。反倒是這次“濕測試”之后出現的一個問題,指向了阿波羅13號服務艙2號氧氣罐上可能存在的隱患

這個氧氣罐已經有年頭了,原本是給阿波羅10號準備的。可是,在拆出來改裝的過程中,這個氣罐從大約5厘米高度意外跌落

謹慎起見,工程師給阿波羅10號換了一個新氣罐,而把跌落的這個拿去作了檢測。外部檢測發現并無異樣后,它被裝在了阿波羅13號飛船上。

沒有人知道,這個氣罐的內部進氣管線,可能已經輕微破損了

直到那次燒毀了3輛巡邏車的“濕測試”之后,工程師例行要排空氧氣,才發現這個氧氣罐只能排出8%的氧氣。

事后來看,這大概是阿波羅13號存在隱患的第一個征兆

如果當時工程師仔細追究問題原因的話,說不定有機會察覺氧氣罐內遺留的問題。

可惜,并沒有。

阿波羅13號服務艙內的氧氣罐 | NASA

相反,為了排空氣罐內的氧氣,工程師大費了一番周章。他們決定,給氣罐內的加熱器通電,把排不出來的氧氣逼出來。

這本身倒是常規操作,卻遇到了另一個歷史遺留問題——電壓。

28伏,是阿波羅飛船上指令艙和服務艙的電源電壓,也是氣罐最初設計時采用的電壓標準。而肯尼迪航天中心地面的直流電源,電壓是65伏。

為了方便地面測試,這個氣罐經過了重新設計,所有部件進行了升級,能夠兼容地面的65伏電壓,卻單單遺漏了加熱器的溫控開關。這個疏漏,當時無人察覺。

溫控開關的作用,是在氣罐內部溫度達到80℉(約26.7℃)時關閉加熱器。這也是氣罐上的溫度計所能指示的最高溫度。相對于氧氣罐內通常在-300℉(約-184℃)到-100℉(-73℃)的“常溫”而言,80℉已經足夠高了。

于是,當工程師給加熱器接通65伏電源時,溫控開關很可能在一瞬間就被擊穿了。隨后長達8小時的通電里,氣罐內部的溫度一路飆升到了1000℉(約537℃)以上。

過高的溫度排空了氣罐內的氧氣,也嚴重損壞了氣罐內風扇供電線上的絕緣材料。然而,由于氣罐上的溫度計最高只顯示到80℉,仍然沒有人察覺到任何的異樣。

加上之前摔壞的部分,2號氧氣罐成為一個“潘多拉魔盒”,留在了阿波羅13號上,等待宇航員的開啟。

阿波羅13號3名宇航員的合影 | NASA

還原事故瞬間

現在,讓我們回到發射當天。裝著這個氧氣罐的阿波羅13號飛船,離開了地球,踏上了奔月之旅。

接下來的兩天時間里,阿波羅13號看起來平安無事。但是,按耐不住的潘多拉魔盒,在悄悄等待著被打開的那一刻

升空后46小時40分,格林尼治標準時間4月13日17點15分,宇航員按照流程開啟了2號氧氣罐的風扇。

一瞬間,氧氣罐的讀數表超過了最大量程。

咦!不太對頭,似乎是哪里短路了……

宇航員立刻關掉了開關。

這是“魔盒”第一次蠢蠢欲動,小試了一把身手

接下來的9小時里,除了2號氧氣罐的風扇仍然故障之外,一切似乎都風平浪靜。

直到升空后55小時53分,格林尼治標準時間4月15日3點06分,宇航員按地面指示第三次“攪動”氧氣罐,2號氧氣罐內的風扇再次被接通電源。

在那一瞬間,高達11.1安培的電流通過了電路。相當于我們只是打開了家用電風扇,卻等同于一下子啟動了好幾臺空調!

“魔盒”終于被打開了。

受損而裸露在外的電線引發了大規模短路,產生的熱量點燃了原本就被高溫破壞過的絕緣塑料。而氧氣罐內部,是極其易燃易爆的純氧環境。

火焰沿著電線迅速蔓延,加熱并提升了氧氣罐內的壓強。不到2分鐘,2號氧氣罐便爆裂開來,順帶炸開了阿波羅13號服務艙的外殼。

3名宇航員危在旦夕。

阿波羅13號服務艙爆裂瞬間,由阿波羅12號宇航員、月球藝術家艾倫?賓繪制 | Alan Bean

真實版太空救援

追究問題出在哪里,是事后的我們才會考慮的事情。對于阿波羅13號上的宇航員來說,當時的目標只有一個,就是活著返回地球。

按照正常的計劃,飛船往返地月之間的燃料和電力本完全由服務艙提供。而此時,服務艙已經嚴重損壞了。

預料到服務艙處于崩潰邊緣,并很可能連累用于返回地球的指令艙,地面決定,關機保平安,讓宇航員關閉指令艙和服務艙的系統。

阿波羅登月飛船的艙段劃分 | NASA

幸運的是,登月艙如同茫茫太空中的一片綠洲,沒有受到波及。這成為了他們返回地球的關鍵

登月艙,顧名思義,原本是登月用的,自帶維生系統,可供2名宇航在月面短期逗留。

于是,在接下來的大部分時間里,3名宇航員都擠在狹小的登月艙內,維持著生命。

更加幸運的是,為了在登月時減速著陸,登月艙還自帶了電池、發動機和燃料。多虧了阿波羅飛船的設計余量足夠大,僅僅依靠登月艙的推力,也足夠返回地球。

阿波羅13號的登月艙 | NASA

只是,他們現在飛行的方向,仍然是月球,跟返回地球背道而馳。

如果直接往反方向推進,勢必消耗大量燃料。這就好比在高速向前行駛時,突然需要高速向后倒車。

從阿波羅13號看月球 | NASA

于是,他們有了一個大膽的想法。

看過《流浪地球》的朋友想必對影片里的引力彈弓有印象。流浪中的地球借助木星引力,改變了運動方向和速度。阿波羅13號也利用了同樣的原理,借助月球的引力彈弓,調轉方向飛回地球

不過,返回地球的旅程是漫長的,阿波羅13號要從遙遠的月球返回,距離是其他低地球軌道載人飛船的1000倍!

休斯敦在討論 | NASA

根據計算,他們需要5.5~6.5天的時間才能返回。

時間長的軌道肯定夜長夢多,風險更大。

但最快并不意味著最好,因為返回地球的位置,沒有船能去接應。

最終,他們選擇了一個折中方案,降落在原定降落的太平洋區域,因為艦隊已在那里等候多時了。

阿波羅13號的宇航員在轉運氫氧化鋰空氣循環系統 | NASA

在漫長的返回途中,最要命的可能還不是氧氣,而是缺水

在阿波羅飛船上,水除了飲用之外,還有一些更重要的功能。

飛船的氧氣-二氧化碳空氣循環系統大量使用水。此外,電子及電力系統大量采用水冷散熱。這些都占用了大量的水資源,一度使得飛船水資源短缺。

為了解決燃眉之急,登月艙的一些非必要系統也關閉了,由此勻出了水冷占用的水。

宇航員還從指令艙拿來了制取氧氣的氫氧化鋰模塊,緩解登月艙的循環用水。

圖中的盒子,是從指令艙取來的氫氧化鋰模塊,掛在登月艙內 | NASA

克服了重重困難之后,阿波羅13號終于快要接近地球了。

在返回地球之前,地面讓宇航員拋掉服務艙,好讓大家看清受損的服務艙外觀。

不看不知道,一看嚇一跳,服務艙就好像中彈了一樣,發生爆裂的一側十分狼藉

拋出的服務艙,可見爆炸帶來的損傷 | NASA

直到抵達地球前70分鐘,3名宇航員才從登月艙回到指令艙。

整個阿波羅13號飛船,只有指令艙有能力重返地球大氣層,帶著他們平安返回地面海面。

這也是他們一路上都保持著指令艙關閉狀態的原因——只有這樣,才有可能保存指令艙內僅有的電力和氧氣。

而在當時,沒有人知道指令艙有沒有受損,還能不能闖過重返大氣層這一關。

然而,也實在沒有其他的選擇了

指令艙(返回艙)濺入太平洋 | NASA

所幸,返回艙經受住了重返大氣層的“烤驗”。

升空后142小時54分,格林尼治標準時間1970年4月17日18點07分,返回艙帶著3位英勇的宇航員,安全濺落在太平洋上。

這3位英雄分別是:

指令長小詹姆斯·洛威爾,當時世界上太空飛行次數和飛行小時最多的宇航員;

設計臺詞:“我讀報道我自己的新聞” | NASA

登月艙駕駛員小弗雷德·海澤爾,阿波羅8號和11號兩艘重量級飛船的替補宇航員;

設計臺詞:“沒人比我更了解這個登月艙”| NASA

指令艙駕駛員杰克·斯威格特,他原本是阿波羅13號的替補指令艙駕駛員,因為首席駕駛員疑似得了風疹而被臨時替換上陣。

設計臺詞:“回到地球的感覺真好” | NASA

在爆炸發生后的4天時間里,3名宇航員表現出了極大的智慧和勇氣,地面工作人員提供了充分的技術支持,阿波羅飛船也提供了充足的余量。

最終,他們克服重重困難,在服務艙幾乎處于癱瘓的情況下,實現了自救,返回了地球!

NASA高度評價了阿波羅13號的飛行,稱之為“一次成功的失敗”。

如今,整整50年過去了,物是人非。

雖然人類還沒能再次重返月球,但包括阿波羅13號在內,這些先輩的事跡,將激勵一代又一代人投身航天事業,向著更廣袤的宇宙進發!

作者:鸑鷟鹓鶵 ,Steed

編輯:Steed

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