阿波罗13号在32万公里外剧烈爆炸,航天员奇迹生还,这能造假吗?

1970年4月11日,3名航天员进入了土星五号火箭顶端的阿波罗13号飞船,准备执行美国第三次载人登月任务。13这个数字在西方不算太吉利,但考虑到阿波罗11号、12号都已经成功登月,人们觉得这次应该也没什么问题。

有人指出阿波罗13号是在休斯敦时间13点13分发射的,并且会在4月13日进入月球引力范围,因此更加不吉利。不过飞船是在肯尼迪航天中心发射的,那里的时间是14点13分。

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阿波罗13号发射升空

阿波罗13号的指令长为吉姆·洛威尔,指令舱和登月舱驾驶员分别为杰克·斯威格特和弗莱德·海斯。美国东部时间14点13分,总高度超过110米的巨无霸火箭土星五号点火,火箭发出巨大的轰鸣,喷出长长的火焰,将阿波罗13号送上了天空。土星五号的可靠性极佳,全部发射无一失败,但这次却出了一点问题:

火箭第二级有5台J-2发动机,位于中心位置的那一台提前关闭了,因此不得不延长另外4台发动机的燃烧时间。第三级的一台J-2发动机也延长了工作时长,终于成功将阿波罗13号准确送达了环绕地球的停泊轨道。在停泊轨道又飞行1圈半后,第三级发动机再次启动,飞船正式飞向月球。

阿波罗飞船采用三舱结构,在发射时登月舱位于最下方,上面依次是服务舱和指令舱。进入地月转移轨道后指令/服务舱还要与登月舱分离,调个头之后再重新对接,形成正确的组合方式。在这之后的几十个小时,可以用“无聊”来形容,一切似乎都很顺利,飞船与地球的距离已经经超过了32万公里,按照计划,他们将在月球表面的弗拉-毛罗高地着陆。

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阿波罗飞船的三舱结构

不过地面控制人员和航天员都不知道的是,这艘飞船上存在着一个“定时炸弹”,即将发展成要命的事故:指令/服务舱使用3台大型氢氧燃料电池为设备供电,所需的氢气和氧气分别储存在液氢罐和液氧罐中。服务舱中有两个液氧罐,每个装有148公斤液氧,“定时炸弹”就是其中的2号液氧罐。

在土星五号发射前曾进行了一次演练,演练完成后,工作人员需要清空2号液氧罐,他们使用了加热的方法,为液氧罐中的加热器接通了65V的电压。但液氧罐中的电路原先的设计温度是28V。加热开始后,罐内的温控开关被烧得熔化了,在8个小时的加热过程中,罐内温度一度超过了500℃。电线的绝缘层被烧坏破损。

然而当时却无人知道这一情况。在发射后,航天员曾多次开启2号液氧罐的搅动风扇,以确保液氧均匀分布。除了第1次出现了液氧储量显示不正确的问题外,第2、第3次都很正常。在发射后第55小时53分58秒,地面控制人员要求再次开启搅动风扇,22秒后,风扇被启动。

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阿波罗飞船的指令/服务舱

这一操作招来了灾难,由于绝缘破损,风扇和罐内加热装置之间出现了电火花,在氧气环境下,绝缘层被点燃,引发了爆炸。在一声震耳欲聋的爆炸声后,B路供电总线出现低电压报警,斯威格特向地面报告:“我们有了麻烦”。在地面人员询问后,指令长洛威尔再次确认:“我们有麻烦了!”

这次确实麻烦大了:2号液氧罐的爆炸不仅炸毁了自己,还破坏了离它不远的1号液氧罐,3个燃料电池中的两个损坏。指令舱内的航天员一开始并不清楚发生了什么问题,直到爆炸十三分钟后,洛威尔望向舷窗外,看到了恐怖的情景:

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“我们有麻烦了!”(电影场景)

“我们在向太空中泄出一些东西!”毫无疑问,这些东西就是氧气。地面人员通过望远镜也发现了服务舱的异常。爆炸的冲击力还使飞船偏离了航线。一开始,航天员们只是感到沮丧:这次登月任务很可能泡汤了。但很快,他们发现要担心的不是登月,而是自己的生命:现在连能不能活着返回地球都成了未知数!

液氧罐中的氧气不仅用于燃料电池发电,也用于航天员的呼吸,平时的饮用水也来自发电后形成的水,另外还需要用电来保暖。现在2号液氧罐已经基本空了,1号液氧罐内的氧气也在迅速流失,仅存的一块燃料电池电压也在下降,指令舱配备的蓄电池将要耗尽。如果航天员继续留在指令舱中,将会面临没氧气、没水也没电的境地,是死路一条。

最关键的是:飞船的主发动机装在服务舱上,启动主发动机也需要用电。现在服务舱被炸得一片狼藉,要想使用主发动机来变轨回到地球,几乎已经不可能了。此时,地面控制中心和航天员都想到了救命稻草:登月舱。

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登月舱(左)和被炸坏的服务舱(右)

登月舱拥有2181安时的蓄电池,可满足45小时的登月任务需求,还携带有氧气,经计算可以供应3名航天员90小时的呼吸所需。而为了登月和返回,登月舱还装有下降级发动机和上升级发动机,可以用于飞船变轨。

没有别的选择了,在第58小时40分,登月舱被启动,指令/服务舱则被关闭。但这时还不能将指令舱抛弃,因为只有乘坐指令舱才能够再入大气层回到地面。此时,三名航天员均已进入了登月舱,在爆炸发生5个小时后,登月舱下降段发动机进行了第一次工作,持续了34.23秒,将飞船从月球进场轨道转移到了地月自由返回轨道。

地月自由返回轨道是一个绕过月球背面的8字型轨道,它巧妙地利用了月球的引力,不需要额外的推进就可以返回地球,只需要在中途作小幅修正。因此,航天员的命运似乎有所改观:他们不会被抛弃在冰冷孤寂的外太空了,而是重新获得了返回地球的希望。

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地月自由返回轨道

但到目前为止也仅仅是希望而已,虽然登月舱可以提供回家的推力,但3名航天员需要在里面呆上80多个小时,如此长的时间里要呼吸,要喝水,还要不被冻死,这些在地球上很容易满足的事情,在距离地球数十万公里外的阿波罗13号上,都成了生死攸关的难题。

登月舱的氧气虽然足够,但人在呼吸时会不断排出二氧化碳,如果二氧化碳浓度过高,会引起中毒、昏迷甚至死亡。去除二氧化碳要用到氢氧化锂过滤罐,而登月舱的过滤罐不够用,于是航天员们便把指令舱中的过滤罐拿了过来。

此时他们惊奇地发现:两种过滤罐的规格不同!登月舱是格鲁曼公司研制的,过滤罐和对应的安装开口是圆形,而指令舱由北美航空公司设计,配备的是方形过滤罐,存在“驴唇不对马嘴”的问题。

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两种规格的过滤罐

随着时间流逝,登月舱内的二氧浓度不断升高,情况危急。地面人员用袜子、胶带等各种能想到的东西做试验,终于给出了解决方案:

用硬纸板盖在方形过滤罐背面,并做成一个拱形以便气体流通,再套上塑料袋,开一个口并用胶带连上航天服的呼气软管,软管另一头用胶带连接登月舱的圆形过滤罐入口。这样一套手工制作的“复杂”的应急设备,竟然解决了二氧化碳浓度高的问题,并且效果良好!

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纸板和胶带解决了问题

呼吸的问题解决了,喝水的问题却没那么容易。由于无法通过燃料电池来制水,航天员在进入登月舱时的水储量只有可怜的12.8公斤左右。这些水还要有一部分用于冷却电子设备,因此能喝的水就更少了。

为了节约用水,也为了省电,登月舱非必要的电器都被关闭了,包括保温系统。能耗降低到原来的五分之一,冷却水消耗量也随之降低。而航天员为了节水也极力节食,每天的食物摄入量也降到了正常水平的五分之一,最后每个人都脱水严重,有一个人的体重竟减轻了14公斤以上。

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航天员在阿波罗13号上

在失去保温系统的情况下,舱内温度降低到了3.3度,航天员被冻得瑟瑟发抖,能坚持几天实属不易。但节省下来的电力得以为指令舱电池充电,这是他们能够再入大气层回到地面的关键。最终在登月舱被抛弃时,只剩下20%的电。

以上这些困难都是可以克服的,但如果接下来的操作不成功的话,会使飞船错过地球,或是在大气层中烧毁。在飞船绕过月球背面后,需要在正确的方向上点火约4分半钟,以便修正航向,但如何找到这个方向却成了难题。

正常情况下导航用的是星光,即寻找一颗导航星,根据它的方位就可以校准飞船的方向。但爆炸后的服务舱释放出了大量碎片,在飞船四周飞舞,它们反射的阳光使得导航用的望远镜无法对准真正的星星。

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损坏的服务舱产生了很多碎片

NASA为此想出了一个简单粗暴的方法:将导航望远镜对准了太阳,虽然太阳直径较大,会产生一定误差,但却不会受到碎片的干扰。洛威尔根据太阳方位进行了手工计算,完成了导航,发动机点火263.82秒后,基本达到了航向修正效果,但还是存在一定的速度误差。

为了弥补这些误差,阿波罗13号后来又陆续进行了两次修正,发动机分别点火了14秒和21.5秒。有一些资料称:由于为了省电而关闭了计算机,因此计时是用航天员佩戴的手表完成的。不管该说法的真实性如何,这两次修正的效果倒是非常好。

在距离进入大气层还剩下约2小时40分钟时,服务舱终于被抛弃了。航天员第一次有机会看到了服务舱的状况:一块很大的面板被完全炸掉,里面满目疮痍,损坏极为严重。

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满目疮痍的服务舱

再入大气层之前的1小时10分钟,陪伴了航天员几天之久的“诺亚方舟”——登月舱与指令舱分离。航天员已经进入了指令舱准备着陆,登月舱此时已经没有用了。它在此次任务中的功劳甚大,相信在航天员的心目中有着特殊的地位。

在发射后的142小时40分45秒,在爆炸发生4天后,在太空中总共呆了6天之久的阿波罗13号终于返回了大气层,返回速度约11公里每秒,经历了惊心动魄的热障后,于格林威治时间4月17日18:07溅落在太平洋,距离预定地点仅偏了1海里,航天员随后被硫磺岛号航空母舰救起。

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阿波罗13号指令舱溅落在太平洋

阿波罗13号被称为“一次成功的失败”,是载人航天史有着重要的地位。在得知其遇险消息后,全世界都给予了密切关注。这次事件的起因和处理过程,对以后的登月飞船,以及其它载人航天任务都有着很好的借鉴意义,产生了深远的影响。而3名航天员在如此危境之下,临危不乱,出色地完成了各项关键操作,最终自救成功。他们强大的心理素质也着实令人钦佩。

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三名死里逃生的航天员

那么问题来了:有很多人质疑整个阿波罗登月计划是造假,并给出了众多理由,但阿波罗13号事件,能造假吗?或者说,有必要造这个假吗?

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页面更新:2024-03-06

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