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阿波罗13号登月飞船

阿波罗13号(Apollo 13)是美国阿波罗登月计划中的第七次载人飞行任务,原计划进行第三次载人登月任务。但是发射后两天,服务舱的氧气罐发生的爆炸严重损坏了航天器,使其大量损失氧气和电力;三位宇航员使用阿波罗13号的登月舱作为太空中的救生艇。指令舱系统并没有损坏,但是为了节省电力在返回地球大气层之前都被关闭。三位宇航员在太空中经历了缺少电力、正常温度以及饮用水的问题,但仍然成功返回了地球。

飞船名称阿波罗13号英文名称Apollo 13
研制国家美国任务结果失败
发射时间1970年4月11日19时13分00秒发射场肯尼迪航天中心
运载工具土星5号运载火箭宇航员吉姆·洛威尔、杰克·斯威格特、弗莱德·海斯

宇航员

吉姆·洛威尔(James A. Lovell,曾执行双子星座7号、12号、阿波罗8号任务),指挥官

杰克·斯威格特(Jack L. Swigert),指令/服务舱驾驶员

弗莱德·海斯(Fred W. Haise),登月舱驾驶员

替补成员

替补成员同样接受任务训练,在主力成员因各种原因无法执行任务时接替。

约翰·杨(John Young,曾执行双子星座3号、10号、阿波罗10号、16号、STS-1以及STS-9任务),指令长

杰克·斯威格特(Jack Swigert),指令/服务舱驾驶员

查尔斯·杜克(Charles Duke,曾执行阿波罗16号任务),登月舱驾驶员

变更

肯·马丁利是原计划中的指令/服务舱驾驶员,但是他由于接触了风疹,在发射前3天被杰克·斯威格特替换。肯·马丁利后来成为担任了阿波罗16号任务的指令/服务舱驾驶员。

飞船介绍

阿波罗号飞船由指挥舱、服务舱和登月舱3个部分组成。

指挥舱

指挥舱是宇航员在飞行中生活和工作的座舱,也是全飞船的控制中心。指挥舱为圆锥形,高3.2米,重约6吨,最大直径3.9米。指挥舱分前舱、宇航员舱和后舱3部分。前舱内放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等。宇航员舱为密封舱,存有供宇航员生活14天的必需品和救生设备。后舱内装有10台姿态控制发动机,各种仪器和贮箱,还有姿态控制、制导导航系统以及船载计算机和无线电分系统等。

服务舱

服务舱的前端与指挥舱对接,后端有推进系统主发动机喷管。舱体为圆筒形,高6.7米,直径4米,重约25吨。主发动机用于轨道转移和变轨机动。姿态控制系统由16台火箭发动机组成,它们还用于飞船与第三级火箭分离、登月舱与指挥舱对接和指挥舱与服务舱分离等。

登月舱

登月舱由下降级和上升级组成,地面起飞时重14.7吨,宽4.3米,最大高度约7米。

下降级:由着陆发动机、4条着陆腿和4个仪器舱组成。

上升级:为登月舱主体。能容纳2名宇航员,宇航员完成月面活动后驾驶上升级返回环月轨道与指挥舱会合。上升级由宇航员“座”舱、返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱和控制系统组成。有导航、控制、通信、生命保障和电源等设备注:这里的宇航员“座”舱只是一个能容纳2名宇航员的站位,登月舱内没有供宇航员座的座椅。

任务介绍

阿波罗13号任务开始时也曾出现过一次不甚闻名但同样危险的事故。土星5号运载火箭第二级火箭燃烧时,中间的5号推进器提前关闭了,使其他四台推进器必须延长燃烧时间。工程师们事后发现这个问题的起因是纵向耦合振动(pogo oscillation),而这种情况足以把第二级火箭撕裂。当时推进器承受着16赫兹的频率,68G的重力,发动机架被拉长了约7.6厘米(3英寸)。幸运的是,震动导致了推进器压力降低,控制电脑自动将其关闭。小幅度的纵向耦合振动也曾在之前的阿波罗任务中出现过(甚至在最早的巨人-双子星无人任务时就被认为是潜在的问题),但在阿波罗13号时涡轮泵中的气穴与纵向耦合的非正常作用时震动幅度加大。后来的任务中,火箭进行了反纵向耦合修改(阿波罗13号之前就已经在进行),解决了这一问题。修改是在中间推进器的液体氧线上添加一个氦气储存罐,以降低振动的概率,并保证在这一办法无效时5号推进器会自动关闭,以及在所有五个第二级火箭推进器上简化的燃料阀门。

爆炸

在阿波罗13号前往月球的航程中,离地球321,860公里时,服务舱的二号氧气罐发生爆炸。当时指挥中心要求三位太空人搅动氧气罐,以确保氧气均匀分布。斯威格特搅动氧气罐后,损坏的氧气罐特氟纶绝缘电线起火,使氧气罐内气压增加(标准气压为7百万帕)导致爆炸。爆炸的确切原因不明,一种说法是小行星击中了服务舱乃至于登月舱。

爆炸同时也损坏了服务舱其余部分,一号氧气罐尤其严重。爆炸后,指挥/服务舱失去了两个氧气罐中所有的氧气。服务舱里的氧气是指挥/服务舱供电系统的必要部分,换句话说,航天器的电力在爆炸后便所剩无几。指挥舱里还有返回大气层时所需的电池,但只能使用约十小时。由于电力必须留待返航大气层时使用,所以三位太空人不得不把登月舱当作“救生艇”。登月舱作为“救生艇”的步骤在阿波罗13号出发不久前才刚开始有模拟训练。

返回

阿波罗13号飞船受损使原定在弗拉·毛罗高地的登月任务被迫取消。指挥中心有人提议立刻让飞船掉头并加速返回地球。但是整个飞船上唯一有直接掉头所需推力的服务推进系统(SPS)位于发生事故的服务舱尾部,由于损坏状况不明,点燃推进系统有再次引起爆炸的风险,为了安全考量,指挥中心决定不使用推进系统。他们选择利用月球引力返航,绕过月球背面再让飞船进入自由返航轨道。为了进入自由返航轨道,必须校正一次飞行轨道;正常情况下会使用服务推进系统来校正轨道,但由于事故影响,在工程师团队长时间研究后,指挥中心决定使用登月舱的降落火箭。绕过月球后,登月舱降落火箭被点燃,进行PC+2(PeriCynthion,近月点+2小时)燃烧,以加速返回地球。返回地球途中登月舱降落火箭再次点燃,以完成一次简单的轨道校正。

如何操纵严重受损的飞船安全返回地球是三位宇航员和地面指挥人员最大的难题。登月舱原本只设计供两名宇航员使用两天,如今却有三名宇航员要靠它存活四天。登月舱上用以过滤二氧化碳的氢氧化锂过滤器无法负荷这种需求。尽管指挥舱另有备用过滤器,但它们与登月舱上的接口形状不同。在二氧化碳浓度不停升高的情况下,地面指挥即时想出了解决办法,他们指导宇航员飞船上仅有的物资拼装连接起两种不同形状的过滤装置,成功降低登月舱的二氧化碳浓度。

爆炸后的服务舱

图:爆炸后的服务舱

在飞船逐渐接近大气层时,美国航空航天局作了一个特殊决定:拍摄服务舱的照片以便分析事故起因,先抛弃服务舱而不是常态下应先被抛弃的登月舱。当三位宇航员首次看到服务舱时,他们惊讶地发现燃料电池和氧气罐上整块面板都被炸飞了。

地面指挥中心还担心返航途中为了省电关闭维生系统而失温的指挥舱,会因为水凝结导致电子控制系统短路,这无法预防,只有在系统重开机的当下才会知道系统是否顺利运作。幸运的是最后一切正常。

三位宇航员最终安全返回了地球,尽管海斯由于缺少饮用水以及排尿困难患了尿道感染必须住院。

返回途中,三位宇航员被告知不可将尿液或其他液体排出舱外,因为在没有推进器校正轨道的情况下,这会影响飞船的运行轨道。

尽管事故本身非常不幸,但三位宇航员仍应该感到幸运,飞船是在去月球途中出现问题,而非回程;否则他们在紧急情况下可调动的剩余资源会大大减少。如果服务舱的爆炸发生在绕月或返航途中,三位宇航员生还的机会非常渺茫。(若正常完成登月任务,登月舱会被抛弃,三位宇航员就没有救生舱)

矛盾的是,爆炸前氧气罐的另一次故障可能刚好救了阿波罗13号三位宇航员的性命。任务开始后46小时40分钟后,二号氧气罐指针读数异常,一度超过100%。为了找出原因,斯威格特被要求搅动氧气罐:这次额外的搅动原本会被安排在登月之后。如果真的是这样,洛威尔和海斯可能登月后就再也没有机会回到地球了。

航空航天局事后进行了详细调查,并修改了航天器设计以避免再发生类似事件。

事故的起因

阿波罗13号上发生的爆炸引起了一场漫长的事故原因调查。由于阿波罗计划保留了详细的制造纪录和问题纪录,液态氧气罐几近灾难的爆炸原因最终被缩小到几个小故障的共同作用。

电影《阿波罗13号》

电影《阿波罗13号》电影《阿波罗13号》真实的还原了阿波罗13号飞船遇到的情景,脚本的依据是当事人的回忆录《与月球失之交臂》。那次登月飞行虽然失败,但飞船的返回本身在美国太空探索史上却具有极为深远的意义。

该片可以说是一部惊险片,自始至终,观众时刻关注着远离地球二十五万英里的三名太空英雄的命运。悬念层出不穷,飞船上的事故一个接一个出现,而人们却不知道到底出了什么事。当地面指挥站中的电脑屏幕上那些闪烁的光点和变化的数据告诉人们阿波罗13号处于危机时,观众的心情立刻被紧紧抓住了。没有枪战,没有谋杀,牺牲发生在不可测验的太空,人们只能看着而无能为力。惊险性来自于对命运的抗争,只有所有人都努力,才能脱离危险,打败死神。

影片重现了1970年的壮举,高度赞扬了宇航员们勇于挑战厄运的英雄主义精神,具有非常实在的教育意义。拍摄时是采用了零度重力的状态,演员们在阿波罗13号的模型中上上下下地来回体验失重与正常的情况,呕吐是必不可少的。但影片的真实性却得到了客观实现。主角杰姆·弗洛尔由两届影帝汤姆·汉克斯扮演,他进行了长期的阅读与实验准备工作。正如他愿,他的演出让真正的太空英雄弗洛尔也大为赞赏。汉克斯又再次成为美国人民心目中的英雄偶像。

通过影片,我们可以更加清晰的了解当时阿波罗13号所遇到的灾难,以及三位宇航员在地面人员的指导帮助下,克服各种困难安全返回地面的故事。

阿波罗13号登月飞船
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最新更新:2015-07-29 21:23
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