太空感冒的代價:阿波羅7號上演一場「太空叛變」

2020-11-23 科學史評話吳京平


上文書說到,阿波羅 7 號任務是非常漫長的,他們要在太空裡繞 11 天。偏巧,施艾拉感冒了,一直在打噴嚏,鼻竇充血。在太空又失重,臉也浮腫,怎麼都下不去,他感冒不要緊,在這麼狹小的飛船裡,其他人根本沒法躲。結果就弄得其他人也跟著被傳染。3 個人在阿波羅 7 號裡邊此起彼伏的打噴嚏。


地面人員當然都知道嘛,飛船裡有好幾個攝像頭呢。這一次,他們要在太空裡搞現場直播。需要架設一個專用的攝像頭,這個攝像頭還是西屋電器公司專門研發的。要知道從太空裡把信號發回地球有很多的技術問題要解決。這個東西到底靈不靈還要太空人們在太空裡面安裝測試。但是施艾拉心裡不爽啊,跟地面控制人員鬧彆扭了。


地面人員一直在催他,但是他就是不聽指令,理由還特別得多。要麼就說自己腦袋疼,渾身上下腦袋疼。要麼就嫌太空餐不好吃,放糖太多,甜得齁死。其實這已經比雙子座飛船的時候待遇好多了。他們的太空餐其實都是針對每個人的口味單獨定製的,用塑膠袋封裝好,有專門的注水口,只要把熱水灌進去,泡一會兒就能吃了。


他們還抱怨啊,廁所不好使,要提前半個小時開始準備,要是碰上內急,這東西還來不及。另外,捲筒紙帶少了。他們感冒了,擦鼻涕不夠用。帶的感冒藥也不夠用。


西屋電氣生產的專用攝像頭


就聽著他們這麼抱怨,地面人員也火大啊,休斯頓只是要太空人把直播用的攝像頭的電源給接上。你們怎麼推三阻四的?還抱怨了這麼一大堆。反正地面上和太空裡的太空人發生了爭執,最後還是 NASA 高層出來調解。最後,太空人們才調試好了攝像頭,準備好了人類第一次對公眾的太空直播。


那個時代的攝像頭可不是現在的 CMOS,那時候的攝像頭是電子管的。也叫「矽靶」攝像管。前邊有一個感光的半導體材料矽片,封裝在真空管裡面。光通過鏡頭在感光材料上成像,把光信號轉變成電荷。然後在矽靶的後邊,就像老式顯像管一樣,有個電子槍,打出一束電子,然後在電磁場的操控下,對矽靶進行掃描。電子束掃到哪裡,就把那個像素的信號讀出來。


當時的直播畫面


這個矽靶不大,只有 1 英寸。那時候用的不是數字設備,因此實際上是沒有像素概念的。這個攝像頭能夠把一幅圖像分解成 200 根線,每秒鐘發送 10 幀畫面。以現在的眼光看來,解析度低得可憐。要想提高一點解析度,可以放慢掃描速度,一幅畫面被分解成 500 根線,每秒掃 0.625 幀。沒錯,1 秒鐘 1 幀都不到,這有個專用稱呼叫「慢掃描」電視,是業餘無線電愛好者最喜歡的方式。


大家可能納悶,不對啊,上世紀 60 年代末難道都這麼落後嗎?普通的電視機都可以做到一秒鐘傳輸 30 幀彩色畫面,每一幀有 525 條掃描線。這就是美國人採用的標準的 NTSC 制式。


老電視


說白了其實就是受到了當時無線電收發設備的帶寬的限制(這個帶寬跟如今我們所說的寬帶的帶寬不是一碼事,這是指無線電信號佔用了多少頻率範圍)。比如說,我國調幅收音機的帶寬是 9K 赫茲,也就是中心頻率左右各 4.5K 赫茲。所以兩個廣播電臺之間的頻率差必須大於 9K,否則兩個電臺就串臺了。因為這個帶寬太窄,所以我們語音裡面高頻部分都無法容納,所以中波廣播的音質是很差的。調頻廣播帶寬足有 150K,正負 75K,所以調頻廣播的音質就很好了,而且這 150K 的帶寬足夠藏下左右兩路立體聲信息。


同樣,太空裡發送回地球的信號帶寬也很窄。因為飛船和地面之間有大量的信號要傳輸。留給電視和語音的信號帶寬不太多。所以,語音的音質也差,畫面質量也差。主要是高頻部分被丟掉了,因此畫面比較模糊(你臉上的皺紋就屬於是高頻信號,五官輪廓就是低頻信號。手機美顏,其實就是在信號頻率上做文章)


高頻丟失,也就意味著物體的輪廓邊角不清晰,細節也看不清楚。所以,大家看到當年太空直播的歷史畫面總會覺得非常模糊。而且因為距離遠,信號弱,摻雜了大量噪音。所以,畫面上有大量的雜點。模擬信號的保真度很差,會有雪花噪點,會有圖像的扭曲。但是,實時性很好,從來不會卡頓。


這一次,阿波羅 7 號太空人用的還是黑白攝像頭。因為飛船用不了多久就能繞地球一圈。其實路過美國上空,以及路過世界各個測控站上空的時間不長。因此通訊信號也就斷斷續續的,所以直播持續時間也不過才幾分鐘。不過效果還算不錯,三個人在地面觀眾的面前有說有笑的,一高興還拿起攝像頭對著窗外的地球。地球的景色很美,可惜攝像頭畫質很渣,地面的觀眾們還是先湊合著看吧。要拍高質量的畫面,還是要靠照相機和膠捲。那個時代,電子影像還遠遠不能與化學膠片相提並論。


阿波羅7號在太空拍攝的照片


反正,三個太空人和地面控制人員之間的溝通上總是充滿了火藥味兒。他們在太空足足轉了 11 天,開始要準備返回大氣層裡。這時候施艾拉就開始作妖了,他拒絕帶頭盔。也就是在飛船返回大氣層的過程裡,他不想把頭盔帶上,他認為,鼻子充血,本來就堵得不行了,現在腦袋上再扣上一個魚缸一樣的頭盔,自己更難過,弄不好會造成耳膜出問題,因為耳朵和鼻子是有關聯的。


對於太空人來講,在太空裡基本我行我素。他們要是脾氣犯了,開始耍小性子,地面人員根本沒轍,因為離得遠啊。你又不能派人接替。在狹窄的飛船裡也不能關禁閉反省。這種問題,NASA 根本沒預見到。當然,還有一個原因是施艾拉已經決定離開 NASA,所以他也沒有多少顧忌。


施艾拉麵對阿波羅7號的舷窗


所以,有這個三朝元老的堅持,地面人員也沒辦法,施艾拉參與過水星計劃、雙子座計劃和阿波羅計劃,人家真是經驗豐富。所以,地面人員也就只能聽他的意見,不帶頭盔也就不帶吧。萬幸的是美國人倒是沒在這方面出過事兒。但是,兩年以後,蘇聯人就在這個問題上吃了大虧,白白搭進去三條命。所以,現在的太空人在返回地球的時候,是一定要穿上太空衣的,頭盔是一定要帶的。這是後話,我們以後會講到。


這三位乘坐阿波羅 7 號飛船落在大西洋裡,附近的埃塞克斯號航空母艦等候多時了,這三位也就順利地回了家。他們還是圓滿地完成了阿波羅 7 號的任務,但是 NASA 也就此接受了教訓。那就是不能讓太空人帶著病上天,哪怕是最普通的感冒也不行。


3位太空人在埃塞克斯號航母上被人圍觀


當時施艾拉在太空裡吃的感冒藥是偽麻黃鹼類的藥物,主要的功效是緩解鼻竇充血。我在《通俗醫學史》裡面講到過這東西,大家有興趣,不妨去聽一下講到毒品的那幾集。


這東西和冰毒就隔著一層窗戶紙,因此有人就收購這種感冒藥,用來合成新型毒品。所以這種藥現在是管制藥物。這種藥是一種興奮劑,副作用有中樞神經系統的刺激,失眠,精神緊張,興奮,頭暈和焦慮。所以施艾拉的情緒失控,可能和藥物的副作用是有關的。


所以最好不要在太空裡生病,更不能帶著病上太空,哪怕是感冒都不是小事兒。現在的太空人在上太空之間都要有一段隔離期,就是要確保沒有帶著什麼健康上的隱患上太空。你看我們國家的航天員在出發之前,高層領導接見他們,或者是新聞媒體採訪,他們都是站在大玻璃後面,和其他人完全不接觸,就是因為他們在上太空前半個月就開始進入隔離狀態了。


儘管阿波羅 7 號的任務完成了,但是這三位太空人再也沒能上太空。施艾拉早就打算走人,這是他最後一次太空任務。後來他成了哥倫比亞廣播公司的顧問,阿波羅登月的電視轉播就是由他擔任的解說嘉賓。他後來進入商界,混得很不錯。



唐·艾斯利還是在 NASA 工作,曾經擔任過阿波羅 10 號的後備太空人。但是沒有機會再上太空。後來從太空人辦公室調到了蘭利研究中心。後來還是離開 NASA 去了商界。瓦爾特·康尼翰後來參與了 NASA 的天空實驗室空間站項目,後來他去哈佛商學院進修了一段時間,最後也去了商界。


我想這三個沒能再上太空肯定是有原因的,很可能和他們幾個在太空的表現有關係。不聽指揮是很嚴重的問題,可這事兒就不能直說。你弄得滿城風雨,NASA 的臉上也不好看。不過這三個人的 NASA 優異服務獎章一直沒有發,按理說上過一次太空,就應該是能拿到一枚。但是一直沒拿到手。一直到 2008 年,NASA 才想起來把獎章頒發給他們。這時候只剩下康尼翰還活著。艾斯利的遺孀替他領了獎,施艾拉也去世了,他的獎是阿波羅 8 號的太空人安德斯代領的。


頒獎儀式上,阿姆斯特朗、奧爾德林等等太空人都來了。當初跟施艾拉吵架的飛行總監克里斯多福·卡夫還發來了一段視頻表示祝賀。這個獎來得有些太遲了,足足延遲了 40 年。


洛弗爾、安德斯、博爾曼


就在阿波羅 7 號成功之後兩個月之後,美國人緊鑼密鼓地展開阿波羅 8 號的任務。這次可比上次刺激多了,這一次,弗蘭克·博爾曼、吉姆·洛弗爾和威廉·安德斯要乘坐阿波羅 8 號完成繞月飛行的任務。這次可不是用土星 1B 火箭了,這次可是貨真價實的土星 5 號。


博爾曼和洛弗爾是飛過雙子座 7 號的老手了,安德斯是個新手。這樣的安排也合理,畢竟去月球可不比繞著地球打轉轉。地球還是可以隨時回來的,只是不確定掉在哪裡。去月球,那可就不是你想回來就能回來的了。二老帶一新,也算是雙保險吧。


這個登月艙模型1968年曾用於地面測試,現在收藏在休斯頓航天中心


本來呢,繞月飛行是阿波羅 10 號的事兒。在此之前,還是要趕快測試登月艙。但是當時登月艙的問題太多。分包登月艙的是格魯門公司,他們 1968 年底把登月艙模型送到了卡納維拉爾角。結果一檢查,發現了 100 多個毛病。這東西不折騰到 1969 年 2 月是折騰不完的。NASA 的人急得不行。這要是萬一讓蘇聯人超越了,那臉往哪兒放啊?最近中情局那邊打聽到一些風聲,蘇聯人的計劃也在穩步執行。


所以美國人決定,阿波羅 8 號的任務就定為繞月飛行,為了保險,繞月也不要飛太多時間,繞個 10 圈也就夠用了。順便看一看未來登月在哪裡降落比較合適。說白了,阿波羅 8 號是去打前站的。


正在吊裝的土星五號第1級,可見其巨大的體量


1968 年 12 月 21 日早上 7:51,土星 5 號火箭頂著阿波羅飛船順利升空了。火箭的第 1 級推力稍微有點偏小。比預定的數值低了 0.75%,但是這也就意味著燃料的消耗也少了一點。發動機多開 2.45 秒,也就剛好能把推力不足損失的能量補回來。火箭是個超級複雜的組合,因此也要考慮容錯性。即便是有點錯,還是可以通過替他手段補救。發動機推力不足,或者是好多臺發動機裡有一臺熄火,都是可以通過其他的發動機多燒一會兒來臨時補救的。


飛船的吊裝階段,頂上的圓錐體是指令艙,中間圓柱體是服務艙,下面的錐體裡面裝著登月艙


土星 5 號的第 2 級火箭工作基本正常,經過兩級火箭的努力。把第三級送入了地球軌道,高度大概是 185 公裡左右。先繞著地球轉,然後等到位置合適,角度合適,再開第 3 級火箭加速,對準月球飛過去。當然這個對準月球的軌跡不是直線,而是一根特殊的轉移軌道。第三級火箭開了 5 分多鐘。把太空飛行器的速度從 7.9 公裡/秒加速到了將近 11 公裡/秒。太空飛行器進入到了地月轉移軌道。


阿波羅8號的軌跡


第三級火箭燒完了,也該拋棄了。當然,還是要練習編隊飛行任務的,也就是利用火箭的第三級,和阿波羅飛船編隊飛行。這個過程中,阿波羅飛船需要掉個頭,屁股朝前。當飛船掉過頭,他們看到了完整的地球,這是人類第一次看到這個完整的球形。此前在近地軌道,這個球太大,人的視野無法完全容納。現在離得遠了,倒是可以看到全貌。


艙內的博爾曼


下一個挑戰就是範艾倫輻射帶了,這也是第一次有人類穿越範艾倫輻射帶,此前的載人航天都沒有穿越過這個輻射帶。他們也要記錄數據,提供給 NASA,NASA 正好要研究一下輻射帶對人體的傷害嚴重不嚴重。說實話,在飛船裡,保護得很嚴密。太空人接受的照射也不算高,人體承受是沒有問題的。


在一切都折騰完畢,飛船也進入穩定狀態了。飛船開始進入緩慢的自轉狀態,這樣可以保證每個面都曬到太陽,否則的話會出現一面曬太陽,溫度急劇飆升,溫度的不平衡會惹來熱脹冷縮均勻,導致出問題。三個人忙前忙後地折騰了足足 16 小時,現在是該休息了,該睡一覺了,哪知道就是睡覺出了大問題。我們下回再說。


還不過癮?看看上文:


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