平面摄影技术研习社

营救阿波罗13号 Saving Apollo 13(下)

快门中的时光与人生 2017-10-24 00:27:41

===== 第11章 巨响后的24小时 (GET 56 - GET 80) =====

在温德勒的栗色团队和格里芬的金色团队当班的16小时里,地面飞控的中心任务是,想方设法让回归地球的飞船承载活人而不是尸体。

最左站立者是鲁尼,最右者是温德勒,背向照相机者是斯雷顿。


解决问题的思路很简单:以目前的速度,飞船将于GET 152溅落印度洋。所以,只要保证飞船上的各类资源,比如水、电、氧气等等,以现有消耗速度,也能够撑到GET 152就成了。

温德勒一查:
    氧气能够支撑到GET 233,绰绰有余;
    电能够支撑到GET 127,短缺25小时;
    水能够支撑到GET 94,短缺58小时。
    食物,没有统计。斯瓦格从指令舱搬了很多,除了冻得比较结实以外,没有大问题。

为啥液氧罐爆了,氧气还如此充沛?原来,按计划登月舱着陆月球表面后,舱门打开,宇航员出舱做科学考察,同时舱内空气全部逃逸。舱门关闭后,登月舱重新充气,包括氧气。登月舱的氧气量,除了提供两个宇航员平时的呼吸,还包括了足够数量能够完成上述充气动作至少两次。现在虽然多了一个人呼吸,但是不必重新放气充气,所以氧气大大的有。

那为啥电力短缺?因为登月舱的设计是2个宇航员在月面生存1.5天而已,而不是现在的3个宇航员生存4-5天。

为啥水比电更短缺?水,除了饮用,还用于仪器冷却。登月舱的主导航系统(PGNS Primary Guidance & Navigation System)非常耗水,正常登月着陆过程很短,它耗水没有多大妨碍。现在连续开动主导航4天飞回地球,麻烦就大了。

那能否从指令舱搬点水到登月舱,一如斯瓦格解决食品问题那样?指令舱并没有携带水,用水都靠服务舱的燃料电池。电池混合液氢液氧发电,顺便产生水,供仪器、宇航员使用。现在服务舱的液氧罐爆了,没有氧气,也就没有水。

最左者是鲁尼,格里芬。最右者是斯雷顿。站立者是阿波罗项目主管、前宇航员阿波罗9号队长麦克迪韦特(Jim McDivitt)。


GET 77+09,阿波罗13号飞船进入月球背面,与地面失去联系。吹毛求疵的评论家指出,在《阿波罗13号》电影里,飞船窗外的月面从明亮变为黑暗,以此显示飞船进入月球背面。那其实,月球背面(即背向地球那面)和月球黑暗面(即背向太阳那面)是不同的。那天月亮是半月,所以在飞船绕到月球背面的一半时间里,宇航员看到的月面是明亮的。

25分钟后,飞船出现在月球另一侧,重新和地面取得联系。

22分钟后,土星SIVB火箭段撞击月面,阿波罗12号宇航员安放的地震仪成功纪录到地震波,展开了人类首次月球地震勘探。飞控团队在百忙中没有忘记,有项实验是不受事故影响,可以继续按照计划实施的。

土星SIVB火箭段撞击月面形成的陨石坑。


阿波罗12号地震仪纪录到的地震波


资源短缺怎么办?当然是运用放之四海皆有效的法宝---开源节流。

开源,就是缩短行程。即使飞船面前已经在回归地球的轨道上,地面飞控计划增加一次变轨PC+2。这次变轨的目的是加速,把飞船溅落时间提前10小时,从GET 152 变成GET 142。同时,把溅落地点从印度洋改到太平洋,因为太平洋里有硫磺岛号航母舰队,能够覆盖更大的飞船回收范围。当时印度洋只有四艘美国护卫舰、驱逐舰啥的,还不一定能够及时赶到飞船溅落地点。

在讨论PC+2变轨的过程中,曾经讨论过是否抛弃服务舱的问题。讨论结果是,指令舱,即返回舱,的底部有隔热瓦。目前这层隔热瓦紧贴着服务舱,抛弃服务舱将导致隔热瓦暴露在太空数日,太空陨石、日光辐射等等可能损坏隔热瓦。所以决定暂不抛弃服务舱,把它当作一个大盾牌使用。万物皆有用,没有用不到,只有想不到。

GET 79+27+38.30,宇航员成功进行PC+2变轨。

节流,就是省。关掉各类仪器,包括宇航员供暖,把平均耗电量砍一半,从27安培压到15.4安培以下。关闭极其耗水的登月舱主导航系统PGNS,改用登月舱撤离导航系统(AGS Abort Guidance System),同时告诫宇航员少喝水,并且让医生签名同意宇航员喝干净的非饮用水。

没有取暖以及节省饮水的后果是,体质最弱的海斯很快患上了尿路感染。他开始瞒着其他人,后来洛弗尔看见他浑身发抖,才知道他病倒了。后来回到地球他直接进医院治疗,花街游行都没能参加。

GET 80,节流后的资源统计结果是

    氧气能够支撑到GET 233;
    电能够支撑到GET 163;
    水能够支撑到GET 155。

这个时刻,据克兰兹说,是他第一次觉得,这次救援行动可能成功,飞船能够把宇航员活着带回家。

===== 第12章 巨响后的第2天  (GET 81 - GET 104) 和 第3天  (GET 105 - GET 128) =====

在这48小时内,地面飞控的工作节奏,和前一天相比,恢复了不少正常。虽然有很多琐碎的事情发生,都没有之前那么疯狂,主要是保持既定援救方案的实施,保持有限资源的低消耗,保持通讯畅通,保持宇航员尽可能健康。

电、水、氧气的消耗状况,每小时统计一次,总的趋势是情况越来越好,预计资源耗尽时间越来越长。比如,GET 114资源统计结果是:

    氧气能够支撑到GET 247;
    电能够支撑到GET 169;
    水能够支撑到GET 163,全部超过GET 142。

此次援救,成功的关键之一,就是事发之时飞船处于资源丰富状态,登月舱能够顶替服务舱损失的资源。如果事发登月之间或者之后,宇航员失去服务舱、登月舱资源却能够活着回家,是不可想象的。

48小时内,唯一比较有戏剧性、好莱坞也搬上屏幕的情节,是二氧化碳过滤器问题。阿波罗飞船的指令舱、登月舱空间狭小,宇航员呼出的二氧化碳需要及时清除,否则浓度上升会导致中毒。清除二氧化碳的方法是在空气管道中放置过滤器,二氧化碳和过滤器中的氢氧化锂(lithium-hydroxide)起化学反应,达到清除目的。

这样的清除方法表明,过滤器是消耗品。登月舱按设计只支持2个宇航员生活2天,所以舱内有两个圆柱形,能够清除相应的二氧化碳。但现在是3个宇航员生活4天,需要6个过滤器。这原本不是问题,和食物一样,过滤器可以从指令舱拿。问题出在指令舱、登月舱是两个公司独立设计,过滤器并不兼容,指令舱的过滤器个大,而且是立方体,不是圆柱体。

《阿波罗13号》里的桥段是,地面科研人员拿了一大把物件,扔在桌上,说:“这是宇航员能够拿到的所有东西,让我们想个办法,把方的过滤器塞进园的管道里。”方砖进圆孔,是商学院最滥用的陈词滥调之一,NASA科学家在巨大压力下疯狂思考,居然解决了这个貌似无解的问题,很漂亮的桥段。

真实历史完全不同。解决方案的发明,远早于阿波罗13号,是阿波罗8号模拟训练的时候,由美国前宇航员科文(Joseph Kerwin)做出来的。那个模拟训练,后台人员故意搞坏了某个螺丝,导致指令舱的二氧化碳过滤器无法正常安装。这个问题事先没有通知宇航员,而且并无答案,但是宇航员和飞控团队被要求在模拟飞行期间解决该问题,而且找不到答案不结束模拟。

作为飞控团队之一的科文,当时想到的方法是把过滤器用胶带缠绕黏贴在指令舱吸尘器管道上,开动吸尘器达到过滤空气的目的,团队得以顺利通过模拟飞行。事后谁都没有把这个答案当回事,没有书面记录记载科文具体的制作方法,因为这类古怪题目和答案在模拟飞行里出现太多了。

现在阿波罗13号出问题,有人就联想到,问题和阿波罗8号模拟飞行的问题大同小异。于是大家不是满世界寻找答案,而是满世界寻找科文。幸亏科文记忆力好,花了1-2个小时重做了一回DIY过滤器连接,被冠以绰号“邮箱”。其余的时间就是大批人员仔细把科文的动作仔细转化为书面的标准执行流程,然后由科文亲自通过CAPCOM传达给飞船宇航员。这个DIY东东工作非常理想,其后的旅程里,二氧化碳再也没有成为问题。

所以,这段被电影、坊间津津乐道的桥段,在正式飞控记录里,只有三两句话提及,科文的名字都没有被提到。如果这一桥段意在体现阿波罗团队的聪明才智,那么这样的才智阿波罗团队每个队员在每天的工作中就一直在体现。

斯雷顿向他的老板们演示“邮箱”


这段时间里,技术挑战渐渐退居第二位,能做的都做了,剩下的就是等待。宇航员在严酷生活,不,生存环境中的挣扎,成为首要挑战。地面飞控的企图是,让宇航员在工作之余尽可能休息。但是,溅落前25小时,洛弗尔报告说登月舱已经冷得无法入睡。食物也成问题,比如宇航员试图吃热狗,结果咬到的是冰棍一样的肉条,无法食用。

事后马丁利问宇航员们为啥不穿上暖和的宇航服,他们回答“当时又冷又累,脑子锈住了,没想到。”其实马丁利当时没有把这个点子通过CAPCOM传话给宇航员们,他脑子也锈得不轻。

即便又困又累,宇航员们依旧完成了两次变轨,微调飞船重入大气层的角度。在这两天的最后8个小时里(GET 120+22至GET 127),逐条记录地面飞控传达的最新的操作流程,包括分离登月舱、分离服务舱、重启指令舱电源及仪器、重启登月舱电源及仪器等等。这份毅力是非常惊人的。

电影《阿波罗13号》里,辛尼兹扮演的马丁利为了编写上述操作流程,一个人钻进黑暗的模拟飞船里没日没夜地工作,并且激昂地说:“(洛弗尔)他们没能休息,我也不会休息。”实际情况并非如此,编写新的操作程序,无需钻进模拟飞船,而是需要重新排列组合现有操作流程。流程编写完毕,的确有一个在模拟飞行器里验证流程的过程,但是验证流程有三个宇航员同时进行,其中也没有马丁利。如同前文说的,他是自己临时飞去休斯顿飞控中心,并无具体任务或者岗位,事发之后他在各个工作小组间做参谋,从宇航员视角给大家提供意见,仅此而已。

聚集在CAPCOM面前的工作人员,最左站立者是马丁利


===== 第13章 巨响后的第4天  (GET 129 - GET 142) =====

飞船返回地球的时刻终于到来。GET 135,克兰兹打乱换班顺序,带领白色团队替下了温德勒的栗色团队,站最后一班岗,做飞船返回地球的飞行控制。事后看,克兰兹像是去抢镜头的,电影《阿波罗13号》里,也确有哈里斯扮演的克兰兹的特写镜头,他激动地揉了揉眼角,刚毅的面庞上似乎流下了激动的泪水。但是,事前,没人知道飞船返回是否会顺利:

一是返回舱的轨道在过去两天里,一直莫名其妙的比计划的要浅,意思是飞船入射大气层的角度偏低,飞船会被弹射回太空,变成绕日飞行器。海斯扛着疲劳和病痛,做了三次变轨,以抵消轨道变浅的现象。宇航员们甚至计划好了,如果飞船重返太空,他们将一直报道沿途所见所闻,直到氧气耗尽,尽显宇航员们的冒险家本色。

二是返回舱电力不足,只有正常电力的20%,很多仪器必须关闭,保证足够电力弹射三个巨型降落伞。比如,返回舱落水后,原本会发出自动定位信号,便于飞机、军舰搜索。因为没电,该装置被关闭,这事海军和NASA吵了很久,NASA说我都把飞船从几十万公里以外带回来了,你搜索几百公里很困难么?

三是隔热瓦,是否在事故中炸裂,是否在回航的低温下冻裂,都是未知数。前文说过,对于这样的不可控因素,飞控团队不会浪费时间去解决,而是接受命运赌博。以克兰兹的性格,飞船出事是自己当班之时,四个总指挥又是自己资格最老,最后接受赌博成败结果,断无让别人上场承担的可能。

GET 137+39+48,宇航员完成最后一次变轨MCC-7。

GET 138+01+48,斯瓦格成功实施服务舱分离。宇航员利用这个机会拍摄服务舱照片,所有人都第一次看见爆炸遗迹:第4号面板全部炸飞,露出服务舱的内部结构、电线,景象有如汽车被掀走了前车盖。

爆炸后的服务舱照片


GET 140+10,斯瓦格成功重启指令舱电源仪器。

GET 141+30+00,斯瓦格成功实施指登月舱分离。

GET 142+39,指令舱进入热障,与地面通讯中断。

电影《阿波罗13号》里,飞船在经历热障的过程中,仪表盘上的霜冻被高温熔化,水珠滴滴。如果真有这事,那只能说明指令舱防热瓦失效,宇航员早死了。洛弗尔说,13号指令舱一直到溅落海面,内部都是冰凉的,直到救援海军打开舱门,他们才结束了漫长的挨冻经历。

返回舱穿越热障,比以往的阿波罗任务都长。电视里热障倒计时结束后83秒,都没有飞船音讯,在场人员和全球观众都非常紧张。这一幕,电影《阿波罗13号》肯定是大书特书,有兴趣的可以看电影,我就不多描写了。

GET 142+45,CAPCOM里传来斯瓦格模糊的声音。

GET 142+50,电视画面出现三个巨大的橙色降落伞,此时飞控大厅才响起一片掌声。因为降落伞是依靠电力打开,没见到降落伞之前,谁也不知道20%的电力够不够。

GET 142+54+47,指令舱溅落太平洋,距离硫磺岛号航母仅4英里,就在航母眼皮底下溅落,无需定位信号,海军终于省心一回。

洛弗尔出现在电视画面中,克兰兹抽胜利雪茄。


飞控总指挥们抽胜利雪茄。自左至右: 克兰兹、鲁尼,格里芬。


===== 第14章 爆炸原因 =====

最后这段是为喜欢刨根问底的泡菜准备的。

事后的调查认为,爆炸的是服务舱的2号液氧罐。

运用一个“为什么-因为”( Why-Because)的分析方法,建立事件链,事故发生的(非常简化的)过程是酱紫的:

服务舱的2号液氧罐爆炸。

为什么爆炸?因为液氧里面混有特氟龙(Teflon)。特氟龙遭遇电流爆炸。

为什么会有电流?因为液氧在太空低温下状态类似水果冰,流动性不够强,容易导致液氧量误读。解决的办法是打开液氧罐内部搅拌桨叶,搅拌后读数就正确了。电流就是来自搅拌桨叶。

为什么会有特氟龙?特氟龙是搅拌桨叶的电线的绝缘材料。飞船发射前,这层特氟龙被超过540摄氏度的高温烧融了。

为什么会有如此高温?因为飞船发射前有演练。演练过程中会把液氧罐充满,演练之后需要把液氧全部排出。排出液氧的正常方法是打入气体,压出液体。不知为何,这个方法在这个罐子不管用。更换罐子会耽误飞船发射,有人建议用罐子自带的加热功能气化液氧,加热过程长达6-8小时。由于液氧沸点很低,加热温度不必很高,罐子内部有恒温器保证温度不超27摄氏度,罐子外部有温度计显示实际温度,以供工作人员监测。不幸的是恒温器和温度计都失灵,导致温度未能保持在27度,而是直升到540度。

为什么液氧无法正常排出?因为在五年多前,有人不小心,从架子上拆卸液氧罐的时候,漏拆了一个螺丝。当工人随后企图搬动液氧罐时,被架子拖动,失手摔落了罐子。罐子摔落的距离很短,只有5厘米,大家都以为不是什么大事,但实际上这一摔磕松了液氧进出管道封口垫圈,导致液氧无法按正常方法排出。

为什么恒温器失灵?因为恒温器被电流击穿。

为什么恒温器会被击穿?阿波罗飞船总线电压是28伏,但是肯尼迪中心的测试总线电压是65伏。为了不耽误测试、同时也不修改飞船总线设计,所有供货商都被通知,电路设计必须在65伏和28伏都能工作。不知为何氧气罐恒温器制造商只看到飞船设计,于是恒温器只能在28伏工作。当液氧罐插上65伏电压加热的一刹那,恒温器被烧穿。

为什么温度计失灵?因为该温度计最大读数就是27度,内部540度时,在外部的显示读数还是27度,导致工作人员误以为罐内温度不高。

(全文完)


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