坎坷曲折的“阿波羅”載人登月之路

2019-08-21 07:59:22龐之浩

國際太空 2019年7期

龐之浩

20世紀(jì)60-70年代，美國成功實(shí)施了“阿波羅”載人登月工程，使12名航天員登上了月球表面。但該計(jì)劃并非一帆風(fēng)順，它曾屢遭磨難，其中最慘痛的是1967年1月27日阿波羅1號(hào)飛船發(fā)生的悲劇，這是第一次被全世界人民所知道的重大惡性航天事故。后來，阿波羅12、13號(hào)載人飛船都曾遇險(xiǎn)，尤其是阿波羅13號(hào)因飛船服務(wù)艙在途中爆炸，不僅使這次載人登月計(jì)劃夭折，還差點(diǎn)讓航天員有去無回。

1 出師未捷身先死

1967年1月27日，3名美國航天員進(jìn)入位于肯尼迪航天中心內(nèi)的“阿波羅”飛船，做發(fā)射前的飛行試驗(yàn)。這3名“天使”都是從美國首批和第2批航天員中選拔出來的太空“精英”，其中：指令長(zhǎng)格里索姆中校已參加過2次航天飛行；懷特中校則曾乘雙子星座4號(hào)飛船升空，并且是美國第一個(gè)到艙外進(jìn)行太空行走的英雄；另一名航天員是查非少校。

阿波羅1號(hào)飛船的3名航天員進(jìn)行訓(xùn)練

這次試驗(yàn)的方案是3名航天員在采用1/3大氣壓和純氧的阿波羅1號(hào)飛船指令艙中進(jìn)行模擬太空飛行。假若這次試驗(yàn)圓滿成功，這3名航天員便能乘阿波羅1號(hào)飛船升空，為登月飛行做準(zhǔn)備。然而，意外的事情發(fā)生了。在試驗(yàn)中突然有一個(gè)電路短路出現(xiàn)火花，只聽“砰”的一聲，火焰頓起，全艙一片火海，3名航天員被濃煙和火舌包圍，有人不禁大喊：“著火了！快放我們出去”。但無論是艙內(nèi)還是艙外一時(shí)間都打不開艙門，因?yàn)檫@個(gè)艙門被設(shè)計(jì)成需要1.5分鐘才能打開，而此刻，艙內(nèi)著火形成負(fù)壓，人再有勁也無濟(jì)于事了。就這樣，3名航天員在這次試驗(yàn)中遇難。

其實(shí)在此之前，指令長(zhǎng)格里索姆已做好了任何準(zhǔn)備。他曾說過一段感人至深的話：“如果我們死了，請(qǐng)大家不必大驚小怪，而是把它看成一件普通事件，因?yàn)槲覀儚氖碌氖且豁?xiàng)冒險(xiǎn)事業(yè)，我們希望不要影響計(jì)劃及進(jìn)程，征服宇宙是值得冒生命危險(xiǎn)的?！边@段話充分表現(xiàn)了航天員們視死如歸的大無畏精神，至今讓人難以忘懷，給后人以極大的鼓舞。

遭受火災(zāi)燒毀后的阿波羅1號(hào)試驗(yàn)飛船指令艙外表面

“阿波羅”工程并沒有因此而擱淺。在安葬了這些先烈后，有關(guān)人員總結(jié)了沉重的教訓(xùn)，從安全角度出發(fā)，改進(jìn)了飛船結(jié)構(gòu)，使艙門能在2～3秒內(nèi)自動(dòng)打開，把所有能出現(xiàn)明火之處都改成暗火，對(duì)防火、生命保障系統(tǒng)等也進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)，并決定先發(fā)射幾艘無人試驗(yàn)飛船。此后才慎重地在1968年10月用阿波羅7號(hào)飛船進(jìn)行了第一次載人飛行。

不過，阿波羅12號(hào)、13號(hào)載人登月飛行也遇到大小不一的風(fēng)險(xiǎn)。

2 以為是敵人破壞

1969年11月14日，110米高的土星5號(hào)火箭豎立在肯尼迪發(fā)射場(chǎng)，其上裝有阿波羅12號(hào)飛船。這是美國第2次載人登月飛行，因此很受重視。時(shí)任總統(tǒng)尼克松、副總統(tǒng)阿格紐和國務(wù)卿基辛格等顯要人物全來到發(fā)射場(chǎng)觀看。

但天不作美，沒多久就下起了大雨，把在露天等待的觀看者淋成了“落湯雞”。發(fā)射前半小時(shí)，雨勢(shì)減小，但還是細(xì)雨綿綿，遠(yuǎn)處還有雷聲。從設(shè)計(jì)上講，阿波羅12號(hào)是允許雨中發(fā)射的，但怕雷擊。所以，發(fā)射負(fù)責(zé)人曾考慮延期發(fā)射。不過，因有總統(tǒng)親臨現(xiàn)場(chǎng)，名人又多，所以又擔(dān)心推遲發(fā)射影響不好。此時(shí)氣象部門報(bào)告，在發(fā)射陣地上空32千米范圍內(nèi)無閃電，而且發(fā)射前1小時(shí)液氧補(bǔ)加裝置已失靈，若延期發(fā)射，蒸發(fā)的液氧無法補(bǔ)加。根據(jù)這些情況，發(fā)射負(fù)責(zé)人決定在上午11時(shí)準(zhǔn)時(shí)發(fā)射。

阿波羅12號(hào)在蒙蒙細(xì)雨中離開了發(fā)射臺(tái)，飛船指令長(zhǎng)不時(shí)回答地面問話：“感覺良好，一切正常?！钡谄痫w后36.5秒，突然一道閃電劃空而過，飛船指令艙的紅色警示燈亮了，警鈴也鳴叫起來，3名航天員均驚呆了。在場(chǎng)的人們也在火箭與發(fā)射臺(tái)之間看到了一道藍(lán)色閃光，包括總統(tǒng)在內(nèi)所有觀看者一時(shí)間不知所措。一陣騷動(dòng)后，時(shí)任總統(tǒng)尼克松馬上詢問情況，飛船指令長(zhǎng)回答：“燃料電池失靈，飛船上穩(wěn)定平臺(tái)失靈。”此時(shí)氣氛驟然緊張，因?yàn)檫@有可能危及航天員的生命。就在這千鈞一發(fā)之機(jī)，飛船指令長(zhǎng)康拉德果斷命令駕駛員立即啟用備份電池，以保證飛船正常工作。經(jīng)過1分鐘的緊急“搶險(xiǎn)”，電源故障及其他毛病被排除了，飛船順利進(jìn)入繞地軌道。重新校準(zhǔn)后，穩(wěn)定平臺(tái)也恢復(fù)了正常。一場(chǎng)災(zāi)禍總算幸免了，真是有驚無險(xiǎn)?。?/p>

阿波羅12號(hào)航天員在月面布置的太陽風(fēng)儀

事后，時(shí)任總統(tǒng)尼克松感到有失顏面，下令調(diào)查此事。結(jié)果是沒有敵人破壞，而是一次由于火箭飛行而引起的“激發(fā)閃電”現(xiàn)象。

有道是禍不單行。阿波羅12號(hào)載人登月飛船剛剛躲過一場(chǎng)災(zāi)難，緊接著升空的阿波羅13號(hào)載人登月飛船又在太空遇到更大的危險(xiǎn)。

3 突然遭滅頂之災(zāi)

13這個(gè)數(shù)字在西方是不吉利的，人們忌諱和13有關(guān)聯(lián)的事物。從這個(gè)角度說，阿波羅13號(hào)的災(zāi)難似乎帶有一種宿命的味道。

阿波羅13號(hào)乘組在升空前一天的合照（左起：海斯、施韋格特、洛弗爾）

1970年4月11日，阿波羅13號(hào)載人登月飛船順利升空了。剛開始一路平安，航天員們也輕松愉快。4月13日晚，飛船已正常飛行了56小時(shí)，此時(shí)距月球只有6萬千米左右了。當(dāng)夜9時(shí)零8分，飛船上忽然傳來一聲巨響，把3名航天員從勝利的憧憬中驚醒。他們面前的警燈全亮了，主要電器的電壓也在下降。

指令長(zhǎng)洛弗爾立即意識(shí)到大難臨頭，馬上向地面控制中心報(bào)告：“休斯頓，我們有麻煩了”。接著，航天員施韋格特說：“我們這里出事了，已聽到一聲巨響，主線路電壓不足?！痹诼甯枏拇翱诳吹揭还晒蓺饬鲝娘w船服務(wù)艙冒出來時(shí)，又立即補(bǔ)充道：“服務(wù)艙正向空中放出什么東西，好像是某種氣體?！贝藭r(shí)，另一航天員海斯急忙從登月艙返回指令艙，在他經(jīng)過2艙之間的通道時(shí)，聽到了一種金屬折曲的聲響，飛船也晃了起來。當(dāng)海斯到達(dá)指令艙時(shí)，他看到一些電器的電壓已降到零，服務(wù)艙的三組燃料電池壞了兩組。然而險(xiǎn)情還在加劇，更多的紅燈在閃爍，另一組電池也快不行了。

服務(wù)艙內(nèi)共安裝了兩個(gè)大型的液態(tài)氫罐和兩個(gè)液態(tài)氧罐。2號(hào)貯氧箱發(fā)生爆炸，1號(hào)貯氧箱也被它炸裂，壓力也在迅速下降，對(duì)指令艙中的生命保障系統(tǒng)、導(dǎo)航和電力系統(tǒng)都產(chǎn)生了很大影響。這是由于氫氧燃料電池的貯氧箱還擔(dān)負(fù)著為飛船生命保障系統(tǒng)供應(yīng)氧氣和水的任務(wù)，因此航天員面臨著電能不足、供水供氧困難、環(huán)境溫度下降的處境。所以全部希望只能寄托在登月艙有限的電力、水和氧氣了。

休斯敦控制中心及時(shí)分析后認(rèn)為，液氧貯箱爆炸起火，使得飛船上的氫氧燃料電池?fù)p壞，而且航天員也處于極端危險(xiǎn)之中，于是地面控制中心果斷決定：中止登月飛行，利用完好的登月艙立即返回地球，千方百計(jì)保全生命，設(shè)法安全返航。

爆炸發(fā)生后25分鐘，飛船指令艙內(nèi)的氧氣只能再供應(yīng)15分鐘，3名航天員唯一生還的希望就是外殼薄得幾乎可用拳頭砸一個(gè)洞的登月艙。但飛船升空前根本就沒有應(yīng)急計(jì)劃，所以他們沒有學(xué)習(xí)如何緊急啟動(dòng)登月艙維生設(shè)施。

為此，航天員在地面控制中心的指導(dǎo)下，一步步往登月艙的計(jì)算機(jī)中輸入復(fù)雜的數(shù)字，他們知道，哪怕輸錯(cuò)一個(gè)數(shù)字，對(duì)他們來說就意味著死亡。最后，就在指令艙中的氧氣含量只剩下5分鐘可用時(shí)，登月艙的功能終于被激活。

從阿波羅13號(hào)登月艙-指令艙中拍攝的服務(wù)艙被嚴(yán)重?fù)p壞

由于指令艙內(nèi)的氧氣不夠3人用，因此只有洛弗爾和海斯進(jìn)入了登月艙，把登月艙當(dāng)作臨時(shí)救生艇。施韋格特1人留在指令艙內(nèi)，他把服務(wù)艙中剩下的氧氣輸送到指令艙的后備貯箱內(nèi)，把應(yīng)急電池組接到指令艙的自動(dòng)控制設(shè)備上，使它能運(yùn)行到登月艙推進(jìn)系統(tǒng)啟動(dòng)為止。

因?yàn)楸ǖ乃槠托孤┑臍怏w彌漫在飛船周圍，經(jīng)太陽強(qiáng)烈的反射擋住航天員的視線，所以無法找到導(dǎo)航的基準(zhǔn)天體。為此，地面控制中心讓航天員把一個(gè)窗口始終對(duì)準(zhǔn)太陽以確定航向。此后他們遇到的主要問題是：按設(shè)計(jì)，登月艙的電力只能供2人用45小時(shí)，而今卻是3人要用100小時(shí)。航天員海斯也在計(jì)算，如關(guān)閉登月艙的大部分系統(tǒng)，則電力能延長(zhǎng)4天，但冷卻水是一個(gè)問題，要保持飛船的電子設(shè)備不致過熱，冷卻水是必不可少的。不過這時(shí)只能頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳了。海斯關(guān)閉了艙內(nèi)的部分系統(tǒng)。這一做法與地面中心的想法不謀而合，因而休斯敦中心對(duì)此備加贊賞。

為了節(jié)省電力，航天員們鋌而走險(xiǎn)關(guān)掉飛船上的計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)和其他電力設(shè)備，讓飛船的電流消耗量降低到12安培—只相當(dāng)于一個(gè)家庭攪拌機(jī)使用的電量。當(dāng)加熱設(shè)備關(guān)閉后，登月艙中的溫度急劇下降，盡管他們穿上了航天靴和剩余的內(nèi)衣褲，仍然凍得無法入睡。

4 用引力彈弓效應(yīng)

經(jīng)過艱難、細(xì)致的分析，在爆炸后的某一時(shí)間，休斯敦地面控制中心果斷做出逃生計(jì)劃第一步的決定：繼續(xù)向前飛，認(rèn)為這是最省燃料的返回軌道方式。這是由于當(dāng)時(shí)飛船已離月球較近，在月球引力的牽扯下，如果阿波羅13號(hào)飛船采用掉轉(zhuǎn)航向的方式，不僅將耗光飛船所有的燃料，而且很可能被月球的引力拉扯住，墜毀在月球表面。

繼續(xù)向前飛是利用引力彈弓效應(yīng)來給阿波羅13號(hào)飛船加速，以此來節(jié)省燃料和時(shí)間。阿波羅13號(hào)飛船的逃生第一步是應(yīng)該繼續(xù)朝月球飛行，并繞月球轉(zhuǎn)一個(gè)大圈，飛到月球黑暗的背面，等飛船再次出現(xiàn)時(shí)，再立即啟動(dòng)登月艙的發(fā)動(dòng)機(jī)，將飛船投擲進(jìn)返回軌道。

當(dāng)然，這里面也存在極大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榈窃屡撌怯脕淼窃碌?，它并沒有被設(shè)計(jì)用來帶著沉重的服務(wù)艙和指令艙繞月球軌道飛行。而且，登月艙上的燃料只夠進(jìn)行一次啟動(dòng)嘗試的，如果失敗，他們將永遠(yuǎn)不會(huì)活著返回地球。不過，登月艙的表現(xiàn)沒有讓航天員們失望，當(dāng)阿波羅13號(hào)從月球的另一邊重新露面時(shí)，登月艙的引擎開動(dòng)，使飛船以每小時(shí)8700千米的速度飛離了月球，駛向地球的方向。

具體過程是這樣：當(dāng)飛船距離月球218千米時(shí)，洛弗爾啟動(dòng)登月艙的降落發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入繞月飛行的軌道。4月15日上午飛船繞月21小時(shí)后，海斯再次啟動(dòng)登月發(fā)動(dòng)機(jī)，飛船進(jìn)入了返回地球的航程。在此期間，3名航天員困乏已極，他們輪流休息。盡管通過登月艙的窗口已可看到一個(gè)巨大、灰色而帶麻點(diǎn)的月球，月面上的隕石坑用肉眼就可一目了然，但此時(shí)他們毫無觀賞興趣。

沒過多久，阿波羅13號(hào)上的航天員們又遇上了一個(gè)致命的危險(xiǎn)，即服務(wù)艙爆炸后，不僅造成了水、氧氣的外泄，同時(shí)還損壞了飛船上的電池組及二氧化碳過濾設(shè)備。登月艙原本只設(shè)計(jì)供2名航天員使用2天，如今卻有3名航天員要靠它存活4天。雖然登月艙上儲(chǔ)備的氧氣夠3名航天員們使用，但其上的過濾二氧化碳空氣過濾器卻堅(jiān)持不了那么長(zhǎng)時(shí)間，飛船上的二氧化碳濃度一度觸發(fā)了報(bào)警，提示航天員有中毒身亡的危險(xiǎn)。

盡管飛船指令艙中儲(chǔ)備了一些備用空氣過濾器，但是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。在千鈞一發(fā)之際，地面上的工程師們緊急行動(dòng)起來，利用阿波羅13號(hào)上當(dāng)時(shí)有的物資進(jìn)行試驗(yàn)并找到了解決方案。航天員們?cè)诘孛婵刂浦行目茖W(xué)家的指導(dǎo)下，用一些黏性膠帶、一塊從飛行手冊(cè)后面撕下的紙板以及從他們太空內(nèi)衣褲上扯下的一些塑料片，做成了一個(gè)能幫助空氣過濾器有效工作的粗糙適配器，然后拼裝上了兩種不同形狀的空氣過濾裝置，成功使登月艙內(nèi)的二氧化碳下降到正常水平。

5 一次成功的失敗

雖然休斯敦已編完了返地飛行程序，可是阿波羅13號(hào)上的導(dǎo)航系統(tǒng)因故障無法使飛船精確瞄準(zhǔn)地球，為此航天員只得使用航行望遠(yuǎn)鏡尋找恒星作為參照物。然而事故發(fā)生后，阿波羅13號(hào)周圍的天空充滿了閃爍的碎片，根本無法找到恒星，真是雪上加霜。危急時(shí)刻，地面導(dǎo)航專家告訴他們：“你們可用太陽來定向，那是一定能找到的?！苯Y(jié)果還真獲得成功，可謂雪中送炭。

阿波羅13號(hào)飛船朝地球奔去。在返回途中，飛船上所剩的水、氧、電都越來越少，航天員們感到悲觀失望，地面人員不時(shí)提醒他們吞服興奮劑，以驅(qū)散疲勞、寒冷和失望。為了節(jié)省電力，以備再入大氣層時(shí)使用，飛船溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)被關(guān)閉了，艙內(nèi)溫度降至4℃，為了取暖，3名航天員緊圍在一起，互相擁抱而坐……

在阿波羅13號(hào)飛船處在最艱難境地時(shí)，美國國會(huì)動(dòng)員全國為航天員的安全祈禱，并呼吁、懇請(qǐng)世界13個(gè)國家提供飛機(jī)和艦只救援。這3名航天員的生命安全引起了全世界的關(guān)注。

到了4月16日下午7時(shí)30分，休斯敦向阿波羅13號(hào)發(fā)出了最新編制的重返大氣層的程序表。到了午夜，航天員們開始興奮，因?yàn)橐央[約看到一輪似眉毛形狀的地球，而且一分鐘一分鐘地變大。不過，阿波羅13號(hào)飛船已偏離了重返地球大氣層的正常軌道，故此時(shí)須精確地選定進(jìn)入地球的角度，如角度太陡，飛船會(huì)在大氣層中燒毀；如太平，飛船將從大氣層表面彈出，再也無法回到地球了。不知是老天開恩，還是從哪里來了一股力量，阿波羅13號(hào)奔向淺平軌道，指令長(zhǎng)洛弗爾抓住這一千載難逢之機(jī)啟動(dòng)登月艙的姿控火箭，使飛船進(jìn)入了正確軌道位置。這真是不幸中的萬幸??！此時(shí)休斯敦中心十分擔(dān)心，航天員們已極為疲勞，很容易失誤，萬一出錯(cuò)就難以挽救了。但他們不知道還有更糟糕的情況，航天員海斯尿道感染正在發(fā)燒，人很虛弱。

進(jìn)入正常軌道后，休斯敦中心指令施韋格特在指令艙內(nèi)開動(dòng)爆炸螺栓，擲掉已被炸壞的服務(wù)艙。此時(shí)航天員們才看到了拋掉的服務(wù)艙嚴(yán)重?fù)p壞的模樣。

洛弗爾和海斯又重新回到了指令艙，封閉了通向登月艙的艙門。施韋格特打開指令艙制導(dǎo)系統(tǒng)的開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電力還較充足，電子儀器也沒有因寒冷而損壞，這才放心。于是便帶著一種傷感和感激之情，把拯救過他們而完成了使命的登月艙拋到九霄云外，但心里卻永遠(yuǎn)也不會(huì)忘記它的救命之恩。休斯敦的人們也喊道：“別了，登月艙，我們感謝你！”

隨著飛船逼近大氣層，休斯敦中心云集了幾乎全體工作人員。4月17日，阿波羅13號(hào)掛在3把漂亮的大傘之下緩緩濺落在萬頃波濤的太平洋中。沒過多久，3名航天員溫文爾雅地走出船艙，美國時(shí)任總統(tǒng)尼克松趕到降落地，歡迎這3位太空英雄的歸來。此刻，美國國家航空航天局（NASA）爆發(fā)出一片歡呼聲，“他們勝利了! ”全世界的人們也向歷時(shí)6天、經(jīng)歷艱險(xiǎn)、戰(zhàn)勝困難、平安生還的3名航天員投以欽佩的目光，慶幸這次登月飛行“成功的失敗”。

美國時(shí)任總統(tǒng)尼克松出席慶祝阿波羅13號(hào)航天員成功歸來典禮

事后的事故分析表明，阿波羅13號(hào)飛船服務(wù)艙爆炸并非隕石碰撞所致。在地月軌道轉(zhuǎn)移期間，低溫推進(jìn)劑混合時(shí)液氧貯箱爆炸。爆炸毀壞了2號(hào)液氧貯箱和其他系統(tǒng)，造成供氧與供電困難。這次故障的根源在服務(wù)艙液氧貯箱加熱系統(tǒng)的兩個(gè)恒溫開關(guān)上。這種開關(guān)在1962年設(shè)計(jì)時(shí)采用28V電壓，1965年在改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)把許可電壓提高到65V，可是制造這種開關(guān)的廠商生產(chǎn)的開關(guān)額定工作電壓沒有做出相應(yīng)的改變，仍是28V。雖然這種開關(guān)在一定條件下也能承受65V電壓，但是長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷工作時(shí)產(chǎn)生了電火花，破壞了絕緣材料聚四氟乙烯塑料的性能，從而導(dǎo)致了液氧貯箱的爆炸。