在所有的航天事故中,只有一次事故被称为成功的失败,那就是阿波罗13号爆炸事件,虽然登月的计划落空了,但三名宇航员在数千名航天工作者的共同努力下,历经险象环生的各种变故,最终成功返回了地面,这次营救行动让人类知道,人类可以创造怎么样的奇迹。
阿波罗13号登月计划
在阿波罗11号、阿波罗12号成功登月之后,1970年,美国发射了阿波罗13号,阿波罗系列飞船最前端是指挥舱,是太空船的控制中心及太空人的生活空间。接着是服务舱,内设有火箭引擎主机,作为太空船的行进动力,提供从近地轨道进入地月转移轨道,以及之后从月球返回时的推力。同时有一套高增益天线,加强通讯能力。
阿波罗服务舱里还有电力系统,阿波罗飞船使用一套复杂的电池以及3台大型燃料电池为其所有设备提供电力供应,其中燃 料电池会承担飞行阶段的大部分电力供应任务。
这种燃料电池的 工作原理是将氢和氧进行反应,从而产生1.4kW的30V直流电, 并在过程中产生少量水。因此在阿波罗飞船的服务舱内安装有两个大型的 液态氢罐(每个内部装有13千 克的液氢),另外还有两个液态氧罐(每个内部装148千克的液 氧)。
这样产生的电力将用于驱动飞船各大系统,而产生的水则将被用于飞船系统冷却,以及宇航员的日常饮 用、卫生用水,还包括给脱水食物加水等其他各种用途。而携带 氢气和氧气的最方便方式就是使 它们处于液态
最后就是登月舱,由两部分组成,登月舱下降段负责登陆月球,而上升段则是离开月球部分。登月舱在宇航员登陆月球过程中要自主飞行,因此登月舱中有独立的供电、供氧设备,还有能提供动力的发动机。登月舱的下降段会留在月球上,登月舱上升段点火将宇航员们送回绕月轨道后,会与指令舱、服务舱对接,并返回地球。
阿波罗13号共搭载了3名宇航员:吉姆·洛威尔、杰克·斯威格特、弗莱德·海斯。在阿波罗13号升空的第三天,地面指挥中心发出一条指令,他们希望宇航员杰克•斯威格特能够搅动液氧罐,为什么要搅动液氧罐呢?类似液氧这类的液态冷冻液体在微重力环境下会倾向于‘分 层,也就是说,在缺乏重力作用的情况下,它们会倾向于形成不同的分层并在其所处的空间内向周围扩散。
当这一空间只是液氧罐内部空间时,这种分层效应就会让测量液氧罐内部的液体量变得十分困难,所以需要搅拌以确保氧气均匀分布,然而按钮按下的一刹那,服务舱的二号液氧罐发生爆炸。
严重的故障令指挥中心当机立断决定取消登月任务,阿波罗13号飞船上唯一有直接掉头功能的服务推进系统就位于服务舱尾部,服务舱受损情况不明,点燃推进系统,可能会再次引起爆炸。
地面人员计算出的最佳逃生路线
最后,地面控制人员计划,利用月球引力返航,也就是绕过月球背面让阿波罗飞船进入返回轨道。洛威尔和海斯两人进入登月舱,与留在指令舱中的斯威格特一同开始抢险救灾的工作。他们首先把服务舱中剩余的氧气导入指令舱中,再将指令舱的电源切换到登月舱的蓄电池中。
为了尽可能的节省登月舱里极为有限的电能,宇航员们关闭了一些非必需设备,使飞船进入了超级省电模式,功耗降低到了正常情况下的1/5。在飞船上,需要喝水的除了三位宇航员外,还有各种电子器件的水冷设备。为了尽量节省用水,宇航员们每天的饮水量只有正常情况下的五分之一。
在地面上,NASA和飞船承包商的工程师们不分旦夕地工作。发送给航天员的每一条指令,都需要工程师们反复设计,并在模拟器上进行测试。从而确定最佳的返程路线。因为时代的原因,宇航员们用一个原理与六分仪类似的望远镜寻找导航用的星星,飞控计算机会帮助宇航员们算出飞船正确的前进方向。然而爆炸的发生使得导航望远镜丧失了部分功能,宇航员们最后依靠测量太阳的方位才找到了自己回家的路。
当飞船距月球只有 218 千米时,洛威尔启动登月舱的降落发动机进入绕月飞行的轨道。 飞船绕月飞 行 2 1 小时后 , 海斯启动登月舱的上升发动机 , 使飞船进入返回地球的航程。
因为登月舱电力有限的原因,为了确保可以返回地球,宇航员们作出了一个危险的决定,关掉飞船上的计算机、导航系统和其他电力设备,让飞船的电流消 耗量降低到12安培----只相当于一个家庭搅拌机使用的电量。当加热设备关闭后,登月舱中的温度急剧下降,尽管他们穿上了宇航靴和剩余的内衣裤,仍然冻得无法入睡。
也因为如此,登月舱中的小型空气过滤器无法处理3名宇航员排出的大量二氧化碳气体 ,他们面临中毒身亡的危险,他们在NASA科学家的指导 下,用一些黏性胶带、一块从飞行手册后面撕下的纸板以及从他们太空内衣裤上扯下的一些塑料片,做成了一个帮助空气过滤 器更有效工作的粗糙适配器,登月舱的空气最后终于从毒性状态回到了清洁状态。
宇航员们临时拼装的二氧化碳过滤装置,
经历了整整4天,他们才最终返回地球,返回地面时,三位宇航员因为脱水,体重总共降低了31.5磅,海斯特还因为缺水引起的排尿困难症入院治疗。
返回地球之后,科学家也开始寻找事故的原因,最终,科学家发现,事故的元凶居然是液氧罐,这是一个二手液氧罐,最初的制造 目的是安装在 1969年发射升空的阿波罗10号上。但就在阿波罗10号发射之前,这个液氧罐却被拆卸了下来进行维护和改装,并曾在这一过程中发生过掉落事件一一这个罐子曾经从6厘米的高度摔落下来。
也正因为这次掉落,导致了液氧罐一段导线的损坏,但是检测人员并没有发现,因此美国宇航局便将这个二手液氧罐分配给 了阿波罗13号的服务舱继续使用。
技术人员在发射前,再次对各项部件进行了严格检查,在其中一次检查中,这个液氧罐被发 现无法正确地排空液氧(其原理是将气态的氧气充入液氧罐,将 液氧全部挤压出来,但由于一条 管路损坏,无法做到完全排出)。然而技术人员并没有放弃这个液氧罐,而是执拗地想要把它修好。
最终测试组决定通过加热的手段排空液氧罐。可他们此时犯下了 一项严重的错误:液氧罐本身带有加热装置,其设计目的是通过适当加热,帮助氧气在管路系统中的流动。
根据设计,该加热装 置应当通过飞船的28V直流电力 系统供电,但测试组却将它与 65V的地面线路连接了长达8小 时之久,随着电压增高,功率是成平方数增长的,所以电压从28V增加到65V,实际上通过导线的电流增加了5.38倍。
从而导致加热器开关被烧化,液态氧罐内的温度超过了规定的20多倍,因此这个液氧罐绝缘层被破坏,失去了效果。
因此,宇航员每一次启动液氧罐的搅拌叶片,电流都将会通过受损的线路,而缺乏了绝缘层的保护,最终引发了爆炸。科学家怎么样也没有想到,事故居然是因为一个二手液氧罐。
在此次事件之后,科学家重现为阿波罗14号设计了液氧罐,3名宇航员本来可以登上月球,却因为这样的小疏漏丧失了机会,他们后来再也没有重返过月球,斯威格特在 1982年死于癌症,而洛威尔和海斯现在仍活在世上。这或许是他们一生的遗憾吧。