太空之吻:雙子星8號完成首次太空對接,航天員經歷「生死時刻」

2020-11-18 科學史評話吳京平



上次講到了蘇聯開始對聯盟號飛船進行試驗。聯盟號飛船的版本很多,其中有一個版本是登月專用版。飛船本身改動不大,但是配備的服務艙和軌道艙有很多的變化。比如說登月的版本就需要在前面對接一個登月艙。不過當時蘇聯設計的對接機構是插頭插座的結構,是分「公母」的。沒法實現對接以後人員直接從軌道艙進入登月艙,還需要太空人穿上太空衣,進入太空,然後爬進前面的登月艙,把門關好。登月艙是楊格爾設計局搞出來的,聯盟號是科羅廖夫的設計局主導的,不是一家人。


當時,蘇聯還沒有測試過太空對接,因此實驗對接是聯盟號很重要的一項工作。第一艘被發射到太空的聯盟飛船是無人飛船,裡面安裝了一個假人用於收集測試數據。既然不載人,就沒有用聯盟號的代號,而是採用科斯莫 133 的編號。科斯莫就是宇宙的意思,蘇聯的一系列飛行器都叫宇宙,不管是衛星也好太空船也罷,反正不想讓你打聽用途,就起這麼個稀裡糊塗的名字。


聯盟-7K-OK型飛船


本來這艘飛船是 2 號,應該是 1 號先發射,然後再發射 2 號,在太空裡實現對接。但是,1 號出故障了,2號只能先發射。本來打算1號修好了以後能趕上來。結果左等不來右等不來。宇宙 133 號在太空裡還出故障了,自己一直在旋轉,姿態穩定不下來。最後,耗光了飛船的燃料也沒有搞定。反正這艘飛船就是不怎麼聽話,地面的控制人員花了兩天時間,做了 5 次努力,也沒能拯救宇宙 133 號。


地面人員就這麼眼巴巴看著宇宙 133 號的軌道逐漸降低,粗略的計算了一下飛船的飛行軌跡,最後地面測控人員發現這艘飛船可能會落到中國境內,實在是沒辦法,開啟了自毀裝置。飛船上有 23 公斤的炸藥,直接把飛船炸成了碎片。


那么正在修理的 1 號飛船怎麼樣呢?1 號飛船還不如 2 號呢。本來都準備好發射了,結果點火的時候其中一臺助推器沒點火,自動控制裝置馬上就把所有助推器和主發動機熄火了。火箭愣是啞火了,停在發射臺上,發射臺周圍馬上噴出大量的水,用來給飛船降溫。當時科羅廖夫已經去世了,米申接手了科羅廖夫的設計局。火箭出問題了,米申馬上派人去檢查,先要把燃料卸出來。有當年涅傑林的前車之鑑,誰也不敢造次。


逃逸塔工作流程


結果,到了 27 分鐘的時候,出事兒了,火箭的逃逸塔突然點火了。蘇聯這是第一次使用逃逸塔,之前都是採用彈射座椅。逃逸塔把頂上的飛船整個給拔出去了,打開降落傘,安全降落在了 400 米外。但是,逃逸塔順手就把火箭的第三級給點著了。下面的火箭正在卸燃料,也不知道高溫燃氣是怎麼燒過去的,離著還挺老遠呢。工作人員一看,嚇得抹頭就跑。還好不是立刻爆炸,有 2 分鐘的緩衝時間,儘管如此,還是造成了 1 人死亡多人重傷的慘劇。說白了,都說太空人危險,其實航天事業中,死在地面的人比死在太空的多得多。


所以說,聯盟號的研發一開始就不順利。都說蘇聯是舉國體制,你仔細去看看他們的工作,你就會發現,根本不是。設計局還是挺想省錢的,有些該在實驗室裡做的實驗,他們就是沒做。航天方面,地面測試的錢是一點都不能省的呀,省了就要出大麻煩。


斯科特和阿姆斯特朗


美國人的雙子座計劃在 1966 年已經全部收官了,美國人倒是比蘇聯人順利得多。雙子座 8 號要完成的就是雙子座 6 號泡湯的計劃,那就是和阿金納上面級進行對接。還要進行美國人的第二次太空行走。從雙子座飛船的前部拿回一個實驗裝置,還要激活阿金納上面級的一個微流星探測裝置。這都是太空人斯科特的事兒,在後邊給他觀敵料陣的是阿姆斯特朗,這位就是未來的登月第一人


但是這一次,斯科特完全沒有任何出艙的機會。NASA 用宇宙神火箭發射了阿金納上面級,阿金納工作正常,進入了 298 公裡的圓軌道。接下來就等著雙子座 8 號發射升空了。雙子座飛船是用大力神火箭發射的,發射倒是一切順利。接下來就是和阿金納目標飛行器做對接。阿姆斯特朗他們做了 4 次軌道調節。開始逐漸逼近阿金納目標飛行器。在距離 300 公裡的時候,雷達捕捉鎖定了阿金納飛行器,只有捕捉到了,才能用計算機控制做自動對接。


從雙子座8號上拍攝的阿金納目標飛行器


美國人用的對接機構也很簡單,阿金納目標飛行器頭上裝一個漏鬥,雙子座飛船本來就是個圓錐形,頂上有個突出的圓柱體。只要把圓柱體插進阿金納的漏鬥,鎖死,那就算萬事大吉了。阿金納不是太空站,比一口水缸粗不了多少。所以雙子座上的人也不可能鑽進鑽出。所以這個時候的對接真的只是把飛行器插在一起,是沒辦法讓太空人鑽過去的,美蘇兩國都是如此。


雙子座 8 號和阿金納目標飛行器的距離越來越近。軌道漸漸的匯合,最後幾乎貼到一起。阿姆斯特朗先用眼睛檢查了一下阿金納飛行器,看看有沒有損壞。然後在得到地面的許可以後,開始一點點接近阿金納,速度大概是每秒靠近 8 釐米。就這麼一寸一寸地靠過去,對準了阿金納頭部的對接口,雙子座飛船的頭插了進去,等聽到咔嚓一聲鎖定的聲音,綠燈亮起,表示兩個飛行器已經完成了對接。這是人類歷史上第一次太空飛行器實現了對接


雙子座和阿金納的對接過程


本來按照程序,阿金納和雙子座的聯合體應該是轉動 90 度,但是這個聯合體開始慢慢翻滾,兩位太空人只能靠雙子座上面的姿態控制火箭來調整姿勢,想辦法讓聯合體穩定下來,阿姆斯特朗只要手控,飛船就能保持穩定,但是一撒手就不行。如果再這樣下去,燃料會消耗光的。


最後,阿姆斯特朗決定和阿金納飛行器脫離,可是脫離以後,雙子座 8 號飛船反而轉得更快了,1 秒轉一圈,這個速度很恐怖,艙裡的好多東西被都甩到艙壁上。阿姆斯特朗在控制飛船姿態過程之中耗費了大量的燃料,他們唯一能做的就是儘快返回地球。


本來按計劃,他們應該是 3 天以後返回大氣層,落在大西洋。現在返回地面的話,落點相差太遠了。但是阿姆斯特朗他們倆堅持不到那個時候了,只要還待在太空裡,飛船就會翻滾,翻到人徹底頭暈腦脹,最後燃料全部耗光,那時候,想回地球都回不去了,乾脆現在就下去算了。


他們趕緊往計算機裡輸入數據,改變墜落地點。在中國上空,他們開啟了反推火箭,開始再入大氣層的過程。這個地方完全在美國的測控網覆蓋範圍之外,地面已經沒辦法看到他們的情況了。最後,他們掉在了衝繩島以東 800 公裡,橫須賀以南 1000 公裡的海上。這地方是前不著村後不著店。在海上漂浮著,完全孤立無援。


雙子座8號等待救援


美國負責救援的人員也抓瞎了,這是世界上飛船返回地面,偏離落點最大的一次。偏出去半個地球啊。還是一架 C54 巡邏機發現了他們,這是一架固定翼飛機,沒辦法懸停,但是有三個救援人員跳傘下來,開著橡皮艇過來,把兩個太空人從艙裡拉出來。太平洋是一點都不太平,風吹浪打,這 5 個人都開始暈船。就這麼在海裡飄了 3 個鐘頭,梅森號驅逐艦才開到附近,他們連雙子座飛船一起全都撈上來了。順便說一句,梅森號後來被美國送給了臺灣,改名叫「綏陽」號,2003 年沉在了臺東外海,成了人工珊瑚礁。


兩個太空人在船上睡了 9 個鐘頭,第二天驅逐艦開到了衝繩的那霸。有宇航局的官員來迎接他們,把他們帶到了嘉手納空軍基地,從那兒搭飛機回了佛羅裡達。阿姆斯特朗回去還遭到質疑,有一種說法是他按錯了按鈕。不過我想不應該,可能還是飛船本身的問題。靜電導致某個姿態調整發動機一直不聽話,一直在噴氣,弄得飛船一直打滾。後來所有的控制電路都增加了屏蔽,而且改成了獨立線路,防止出現靜電幹擾問題。


後面幾次雙子座飛船就比較的順利,美國人太空行走的經驗越來越多。一開始是延長到了 49 分鐘,後來在外面飄幾個小時也不成問題了。雙子座 12 號任務,奧爾德林完成了 5 小時的太空行走


雙子座12號,奧爾德林太空行走


為什麼奧爾德林能夠大幅度提高太空行走的時間呢。這和地面訓練是分不開的。奧爾德林提出用一個大水池來模擬太空的漂浮環境,這樣就可以在地面上訓練太空人的艙外活動經驗。這的確是個好辦法。在此之前,每次艙外活動都把太空人弄得一身的汗,臉憋得通紅,在太空的失重環境下,渾身找不到發力點,精神又緊張,一個個都心跳加速,手忙腳亂。所以,能在地面解決那是最好不過的事情,現在水池訓練成了太空人的必修科目之一


蘇聯那邊一直不太順,宇宙 133 失控了,不得不開啟自毀,另一艘飛船乾脆火箭在地面就炸了,連代號都沒有。下一艘實驗飛船編號為宇宙 140 號,還是從拜科努爾發射升空。這艘飛船還是老毛病,跟 133 號一樣,在太空裡姿態控制有問題。但是地面人員還算能控制住局面。就這麼在太空裡堅持了兩天,再入大氣層的時候,因為飛船姿態控制的問題,角度有偏差,導致飛船像打水漂一樣彈出去了。這一下就偏離了原定的著陸地點,偏出去好幾百公裡。這一歪不要緊啊,倒是打得挺準的。飛船直接砸穿了鹹海的冰層,掉進了 10 米深的水下。


1989的鹹海和2004年的鹹海對比


當年的鹹海總面積 6.8 萬平方公裡,是世界第 4 大湖泊。比兩個渤海還大,那真是煙波浩渺,湖水還是蠻深的。現在的鹹海基本已經幹透了,水面變成了 4 個不相連的湖泊,總面積只剩下過去的 10%,即便如此,也比我國最大的青海湖要大。


蘇聯派潛水員下去,把飛船給撈出來了。等撈起來一看,大家倒抽了一口涼氣,原來是防熱大底已經被燒穿了一個 30 公分的大洞。聯盟號飛船是個鐘形,和東方號的球形不一樣。返回大氣層的時候是底部朝前拍回地球。只有底部承受高溫,飛船身上溫度不算高。底部要加隔熱層,還要加燒蝕材料,靠燒蝕材料的蒸發來帶走熱量,防止溫度高到燒化的程度。如果防熱大底被燒穿,那是非常危險的事情。


聯盟號飛船的底部


所以,技術人員普遍認為,應該再發射一艘無人飛船做實驗。畢竟這次實驗,稀裡譁啦地出了一堆的問題。但是,領導層認為,這些毛病都很容易解決,即便是不做測試也沒問題。防熱大底被燒穿,那是因為再入大氣層的角度不對造成的,與飛船設計無關。飛船的姿態控制問題,應該是很容易解決的。因為東方號每次返回也會打轉轉。最後不都是有驚無險嘛。所以,他們還是決定,下一次就正式發射載人的聯盟一號飛船,隔一天發射聯盟2號飛船,實現太空對接。美國人只是用雙子座飛船和阿金納飛行器對接,俄國人打算對接兩艘載人飛船,然後交換太空人,這可比美國人強多了。


當然,蘇聯人知道美國已經超過自己的,所以領導層也有點著急。現在美國人白送了一個機會,前些天,他們的新的阿波羅飛船在地面測試的時候炸了,剛好給了蘇聯人翻盤的可能性。


阿波羅飛船


炸了是怎麼回事呢?事情是這樣的,阿波羅飛船是美國的新飛船,比雙子座要大一號,起碼可以運載 3 個太空人,登月計劃也採用這個飛船。所以這是個關鍵。新型的阿波羅飛船總要發射到地球軌道去測試吧。那犯不著用巨大的土星五號運載火箭,用土星 1B 火箭就夠用了。本來阿波羅飛船是要在 1966 年內發射,但是後來推遲到了 1967 年。這次選定的太空人有格裡森,懷特和查菲。


格裡森是老太空人了,參加了水星計劃,他乘坐的自由鐘 7 號因為艙蓋的爆炸螺栓突然啟動,炸開了艙門,導致飛船大量進水,最後沉入了海底。格裡森對此還耿耿於懷呢。後來他還參加了雙子座 3 號任務,所以他算是經驗最豐富的的太空人之一。懷特嘛,不久前剛完成雙子座 4 號任務,成了第一個完成太空行走的美國人。查菲是個新兵蛋子,壓根沒上過太空。所以,這個團隊算是老中青相結合。


格斯·格裡森、埃德·懷特和羅傑·查菲


1967 年的 1 月 27 號,他們來參加聯合演練。這一次並非是發射任務,而是地面測試,看看飛船完全依靠自身的電力,能不能正常運轉。三個人穿好太空衣,和真實發射的流程都是一樣的,然後鑽進了飛船裡,封閉了艙門。


這天早上,工程師們就覺得奇怪,管子裡老是有一股怪味。不知道從哪裡來的,折騰了一個小時,總算是沒有怪味了。然後呢,飛船的無線電出問題了,格裡森在裡邊還挺鬱悶的,如果兩棟大樓之間都無法通話,就更別提上太空了。無線電修來修去修不好,於是整個測試流程就卡住了,進行不下去了。


就在這時候,監控飛船的工作人員發現飛船起火了。馬上聽到了太空人的呼救聲。通過閉路電視可以看到艙內的情況,不知道怎麼回事,艙內燒起來了。通過監控也看到艙內的太空人也在拼命想打開艙門,但是要連開 12 個機構才能把門打開,他們顯然是做不到的。外邊的人也想把飛船打開,可是門就是打不開,最後眼睜睜地看著三個太空人被活活的燒死。


這個門怎麼就打不開呢?我們下回再說。

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