登月50年|氧氣罐爆炸!阿波羅13號:一次真實的太空營救

2020-12-05 快科技

1969年7月20日下午4時17分42秒,美國太空人阿姆斯特朗將左腳小心翼翼地踏上了月球表面,這是人類第一次踏上月球。

如今時間已經過去了50年,但阿姆斯特朗那句「我的一小步,人類的一大步」的經典獨白,仍然深深地刻在每個人的心裡。

騰訊科技聯合知乎發起「登月50年」系列策劃,聚焦人類探索月球的點點滴滴,一起回顧人類和月球的往事。

1970年4月11日, 美國阿波羅13號飛船起飛進入太空,準備執行登月計劃。這次任務被稱為史上「最成功的失敗」的任務。事故到底怎麼發生的?「登月50年」系列策劃本群揭秘,作者:知乎機構號中科院之聲

在太空探索題材的電影中,營救在太空中遇險的太空人是編劇導演們喜愛的素材。從《地心引力》到《火星救援》,這些影片在獲得不俗的票房成績的同時,也向公眾傳播了與航天活動相關的科普知識。

與這些虛構的影片相比,湯姆·漢克斯主演的《阿波羅13號》顯得極為特別。這部斬獲兩個奧斯卡獎項的影片是根據1970年美國阿波羅登月計劃中的一次真實事故改編的。

47年前,在奔月的路上,阿波羅13號飛船突然遭遇了服務艙氧氣罐爆炸的險情。在地面控制人員和航天員的通力配合下,重重危機終於被化解,太空人們也得以成功返回地面,讓阿波羅13號任務成為NASA歷史上「最成功的失敗任務」。

1970年,那是一個春天,阿波羅13號飛船正在飛往月球富拉· 摩洛高原的旅程中。作為阿波羅計劃的第三次登月任務,阿波羅13號的飛行在一開始顯得頗為順利。

除了土星5號火箭有一點無關緊要的異常外,任務的各個系統都在正常工作。在發射後的第46小時43分鐘,地面負責與太空人訊通的工作人員打趣地抱怨道:「飛船的狀況太好,我們已經無聊到流淚了。

」發射後的第55小時46分鐘,阿波羅13號上的太空人通過電視直播,向地面觀眾展示了他們舒適的太空生活。在49分鐘的電視直播結束時,太空人吉姆·洛威爾向關注這艘飛船的人們道了晚安。

然而等待阿波羅13號的,卻是一場噩夢。

登月的阿波羅飛船採用三艙式的結構。位於飛船尾部的服務艙產生飛船變軌所需的動力,同時為指令艙提供電力和氧氣等供給。飛船中部的指令艙是太空人在大部分時間所處的艙段。

太空人們可以在這裡控制飛船的飛行,也會乘坐指令艙返回地球。飛船頂部的登月艙由上升段和下降段兩部分組成。在登月時,登月艙與飛船分離並在月球表面著陸。

在太空人們完成月球表面的各項活動後,登月艙的下降段會留在月球上,上升段點火將太空人們送迴繞月軌道,與指令艙、服務艙對接,並返回地球。

在電視直播結束後十多分鐘,太空人傑克·斯威格特按照地面的指令開始攪動服務艙中的氧氣罐,以獲得更準確的氣壓讀數。忽然,服務艙傳來一陣巨響,飛船內的告警燈隨即開始閃亮。斯威格趕緊向地面控制人員報告:「休斯頓,我們這攤上事了!」(Houston,we've had a problem here.)

飛船的各個系統中,最先出現異常的是B總線的電壓讀數。B總線是飛船的兩個主要供電迴路之一,爆炸發生後B總線的電壓讀數開始下降。

隨後,太空人接連收到了一系列告警:兩個燃料電池失效,服務艙中一個氧氣罐內的氧氣不翼而飛,另一個氧氣罐的氣壓也在不斷下降中。

巨響剛剛發生時,太空人們忙於處理駕駛艙內各個儀表的告警,直到十三分鐘後,洛威爾望向飛船舷窗之外,才真正發現了意外的來源:服務艙已經被爆炸破壞,正在向外冒氣!

原來,飛船服務艙中的二號氧氣罐發生了爆炸,在毀壞自身的同時也毀壞了一號氧氣罐。

氧氣罐的洩漏不但直接威脅了太空人的基本生存條件,更連帶引發了多重危機:阿波羅飛船的供電依靠的是液氧與液氫在燃料電池中的反應,當液氧供應不足時,燃料電池就無法繼續工作,飛船面臨的失去電能、在太空中「關機」的威脅。

同時,燃料電池內化學反應產生的水也是太空人飲水的來源,燃料電池停止工作後,飛船同時進入缺水的窘境。

此時,飛船正在從地球向月球飛行的過程中。如果要立即返回地球,必須讓服務艙中的發動機開機才能改變飛船的軌道。在服務艙已經發生爆炸的情況下,誰也不知道發動機開機有會不會引發更大的災難。

登月艙在太空人登陸月球過程中要自主飛行,因此登月艙中有獨立的供電、供氧設備,還有能提供動力的發動機。此時,它成為了太空人求生的唯一依靠。在確定爆炸給服務艙造成的損害無法管制後,洛弗爾和海斯兩人進入登月艙,與留在指令艙中的斯韋格特一同開始搶險救災的工作。

他們首先把服務艙中剩餘的氧氣導入指令艙中,再將指令艙的電源切換到登月艙的蓄電池中。為了儘可能的節省登月艙氧化銀電池裡極為有限的電能,太空人們關閉了一些非必需設備,使飛船進入了「超級省電模式」,功耗降低到了正常情況下的1/5。

在飛船上,需要「喝水」的除了三位太空人外,還有各種電子器件的水冷設備。為了儘量節省用水,太空人們每天的飲水量只有正常情況下的五分之一,這樣雖然勉強維持了生命,卻給太空人帶來了很大的痛苦。

返回地面時,三位太空人因為脫水,體重總共降低了31.5磅(請急於減肥的讀者不要效仿這種方式),海斯特還因為缺水引起的排尿困難症入院治療。

登月艙原本只設計供兩名太空人使用兩天,如今卻有三名太空人要靠它存活四天。登月艙上儲備的氧氣足夠航天員們使用,但過濾二氧化碳的氫氧化鋰過濾器卻堅持不了那麼長時間,飛船上的二氧化碳濃度一度觸發了報警,提示太空人有中毒的危險。

指令艙中儲備了一些備用氫氧化鋰過濾器,但是這種方形的過濾器無法安裝到登月艙過濾系統圓柱形的安裝槽中。在千鈞一髮之際,地面人員想出了解決辦法,指導太空人們用飛船上能夠得到的物資拼裝上了兩種不同形狀的過濾裝置,成功降低了登月艙的二氧化碳濃度。

為了利用登月艙下降級發動機有限的推力返回地球,地面人員計算出了一條利用月球引力返回地面的軌道。

飛船在繞過月球背面後,下降級發動機點火工作一次,以加速飛船返回。在茫茫太空中有如一葉扁舟的阿波羅飛船,使用的導航方式和人類在早期航海中使用的定位導航方式一樣:太空人們用一個原理與六分儀類似的望遠鏡尋找導航用的星星,飛控計算機會幫助太空人們算出飛船正確的前進方向。然而爆炸的發生使得導航望遠鏡喪失了部分功能,太空人們最後依靠測量太陽的方位才找到了自己回家的路。

與危機戰鬥的不止三名太空人。在地面上,NASA和飛船承包商的工程師們不分旦夕地工作。發送給航天員的每一條指令,都需要工程師們反覆設計,並在模擬器上進行測試。

美國總統尼克森親自前往控制中心了解情況。通過新聞媒體不間斷的報導,全美國人民都密切關注著三位太空人的安危。

教皇保羅在梵蒂岡為三位太空人祈禱祝福。就連與美國處在冷戰敵對狀態的蘇聯都公開表示「蘇聯政府已經向他的公民和軍隊下達命令,要求他們利用一切可能的手段幫助美國太空人。」

在歷經艱險之後,回家之路終於快要走完了。在著陸前四個小時,受損的服務艙與指令艙分離,太空人們也得以親眼看到了服務艙的受損情況:服務艙被炸出了一個洞,一塊面板已經被炸飛。

在著陸前一小時,庇護了太空人生命的登月艙完成了任務,與指令艙分離。三名太空人最終乘坐指令艙,降落在南太平洋中,被美國海軍的搜救艦隊打撈,平安返回了地球。

之後的調查讓所有人都大跌眼鏡。在太空中惹禍的2號氧氣罐居然是個二手產品!這個編號為10024X-TA0009的氧氣本來安裝在阿波羅10號上,在安裝過程中不慎被損壞。當阿波羅10號換用其他的氧氣罐成功發射後,這個氧氣罐被修複測試,安裝到了阿波羅13號飛船上。

阿波羅13號在發射前進行的一次測試中,這個氧氣罐的氧氣始終無法徹底排空。控制人員決定啟動罐內的加熱器,排出剩餘氧氣。這個操作需要接通65伏的電源,但氧氣罐內的電路一開始的設計電壓是28伏。在8小時的加熱後,靠近加熱器的導線溫度一度達到了1000華氏度,導線的絕緣層被破壞。在太空中,這段導線短路,點燃了絕緣層,引發了爆炸。

來源:騰訊科技

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