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阿波罗13号

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简介编辑本段回目录

 阿波罗13号标志
 阿波罗13号标志

阿波罗13号(Apollo 13)是由美国国家航空航天局(NASA)发射的第三艘载人登月宇宙飞船,在阿波罗载人登月计划(Project Apollo)中是第7次执行载人任务。1970年4月11日,“阿波罗13号”升空,开始执行美国第三次登月计划。“阿波罗13号”的登月舱被命名为“宝瓶座(宝瓶号)”,指令舱被命名为“奥德赛”。 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;三位宇航员使用航天器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。在“阿波罗13号”返航过程中,宇航员呼出的二氧化碳会导致他们缺氧,并最终使他们窒息死亡。负责地面指挥的工程师们很快想出办法,让宇航员利用飞船上的现有仪器置换了二氧化碳。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。

2005年4月17日是美国“阿波罗13号”平安返回地球35周年纪念日。美国GlobalSpec公司19日在休斯敦太空中心为当年成功挽救“阿波罗13号”并帮助3名宇航员死里逃生的工程师们颁发了集体荣誉奖———一个水晶球,以表彰他们的杰出贡献。

基本资料编辑本段回目录

任务名称:阿波罗13号

呼号(指令/服务舱):奥德赛

登月舱(LM):水瓶座

成员人数:3

发射地点:佛罗里达州肯尼迪航天中心 LC 39A

发射时间:1970年4月11日 19:13:00 UTC

降落时间:1970年4月17日 18:07:41 UTC

降落地点:南纬21度38分,西经165度21分

任务时间:5天22小时54分钟41秒

远地点:185.6千米

近地点:181.5千米

地球轨道周期:88.07分钟

地球轨道倾角:33.5°

指令舱质量:28,945千克

登月舱质量:15,235千克

任务成员 编辑本段回目录

  阿波罗13号机组人员由以下宇航员组成,左起詹姆斯·A·洛弗尔、约翰·L·斯威格特、费雷德·W·海斯。 阿波罗13号机组人员由以下宇航员组成,左起詹姆斯·A·洛弗尔、约翰·L·斯威格特、费雷德·W·海斯。

吉姆·洛威尔:(曾执行双子星7号、12号、阿波罗8号以及阿波罗13号任务),指令长。

杰克·斯威格特:(曾执行阿波罗13号任务),指令/服务舱驾驶员。

弗莱德·海斯:(曾执行阿波罗13号任务),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,曾执行阿波罗13号任务),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

备份机组

备份机组并不接受任务训练,但被要求能够在会议时代替某位宇航员,并参与任务计划的细节敲定。他们也经常在任务被执行时担任地面通讯任务。

文斯·布兰德(Vance Brand,曾执行阿波罗-联盟测试计划、STS-5、STS-41-B以及STS-51任务)

杰克·洛斯马(Jack Lousma,曾执行天空实验室3号以及STS-3任务)

威廉·波格(William Pogue,曾执行天空实验室4号任务)

约瑟夫·科文(Joseph Kerwin,曾执行天空实验室2号任务) 

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。他后来成为担任了阿波罗16号任务的指令/服务舱驾驶员。 

任务数据 编辑本段回目录

 氧气罐爆炸

1970年4月14日,02:08:53.555 UTC ,当时阿波罗13号离地球321,860千米。

距月球最近点:1970年4月15日,00:21:00 UTC ,距月球约254.3千米; 距地球400,171千米

登月过程 编辑本段回目录

阿波罗13号 阿波罗13号

1970年4月11日,美国又一次用土星5号运载火箭将阿波罗13号飞船发射升空,进行计划中的第3次登月飞行。这次飞行的航天员是洛威尔、海斯和斯威加特。飞船飞行到46小时40分02秒时,航天员发现2号贮氧箱贮量显示超差。55小时53分时,l号贮氧箱压力偏低,指令舱报警器报警。55小时54分53.3秒时,飞船遥测数据丢失1.8秒,主母线电压下降,报警系统报警。差不多就在这个时刻,“砰”的一声,服务舱中的2号贮氧箱发生爆炸。飞船的报警灯亮了,报警器响了,主电压继续下降。 斯威加特当即向休斯敦飞控中心报告,海斯从登月舱的通道爬到指令舱,看到一些系统的电压已降到零,也立即做了报告。这些情况都用电视实况转播给了全美国、全世界,使成千上万的人目瞪口呆。无数的美国人为他们祷告。休斯敦飞控中心及时分析,认为是液氧贮箱爆炸起火,使得飞船上的氢氧燃料电池损坏,使得登月已经不可能,而且航天员也处于极端危险之中。经过飞控中心科学家工程师们艰苦细致的分析,休斯敦飞控中心果断地决定:中止登月飞行,利用完好的登月舱,立即返回地球。

当时飞船离地球已经38万公里,已经越过地球引力界面,飞船正在月球引力下往月球飞去。如果要返航,必须有足够大的火箭推力来克服月球吸引力。登月舱显然难于胜任。休斯敦飞控中心科学家们经过周密计算,并让地面航天员进入登月舱模拟,最后得出了一个最省燃料返回轨道:飞船继续飞行,绕过月球,再启动登月舱发动机,以进入返回轨道。由于氢氧燃料电池的贮氧箱还担负着飞船生命保障系统氧气和水的供应,因此航天员面临着电能不足、供水供氧困难、环境温度下降的处境。但3名航天员在地面飞控中心的指挥下,以顽强的意志和毅力,强烈的求生欲望,战胜了恐惧、寒冷、黑暗、疲劳等困难,和地面飞控中心人员密切配合,积极稳妥地实施着地面制定的救生方案,飞船在茫茫的太空中继续往月球飞去。当飞船距离月球27.6公里时,航天员启动登月舱下降发动机,工作了30.7秒。飞船进入了环月轨道。4月15日上午9时41分,在飞船转过月球后,再启动登月舱发动机4.5分钟。飞船进入了返回地球的轨道。登月舱的氧气、水、电越来越少,飞控中心指挥员一直和他们保持着联系,并提醒他们吞服镇静剂。

美国将阿波罗13号未能登月的消息,及时通报给了全世界各国家,并紧急请求有关国家给予救援。包括前苏联在内的13个国家提供了救援舰船和飞机,布在美国军舰未能顾及的海域内等候。4月17日,飞船进入了返回地球大气层的轨道。在进入大气层前,航天员启动4个姿态控制火箭,使登月舱推着服务舱向前加速飞行。随后,点燃分离爆炸螺栓,将服务舱分离。紧接着又启动反推火箭,使登月舱离开服务舱一段距离。然后,登月舱的两名航天员回到指令舱,关闭两舱通道,点燃分离爆炸螺栓,将登月舱抛掉。3名航天员乘坐指令舱返回了地球,平安地降落到太平洋洋面上。

阿波罗13号飞船登月虽然失败了,但依靠人类的智慧和毅力,却奇迹般地将航天员营救回来。所以,航天界称这次飞行是“一次成功的失败”。事后,美国政府成立了事故调查组,查明了事故原因。安在服务舱液氧贮箱中加热系统的两个恒温器开关,由于过载产生电弧放电作用,将其连成通路,使加热管路温度高达500度,烤焦了附近的导线,最后引起氧气爆炸。 [2]

技术改进 编辑本段回目录

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。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,以降低振动的几率,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

爆炸事故编辑本段回目录


被吊回甲板的阿波罗13号指令舱 被吊回甲板的阿波罗13号指令舱

在阿波罗13号向着月球飞行离地球321,860千米时,服务舱的二号氧气罐发生了爆炸。指挥中心要求三位宇航员搅动氧气罐,以保证氧气能够均匀分布。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,使氧气罐内的气压增加(标准气压为7百万帕),并导致爆炸。当时爆炸的原因不明,一种说法是有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的其他部分,一号氧气罐的损坏尤其严重。爆炸后,指令/服务舱的两个氧气罐的氧气全部损失。服务舱里的氧气是指令/服务舱电力产生系统的必须部分,也就是说,航天器的电力在爆炸后便所剩无几。指令舱里还有返回大气层时所需的电池,但只能在接近地球,与服务舱脱离后使用约十小时。由于返回大气层的电池必须保留以安全返回,所以三位宇航员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号之前不久才刚刚开始被模拟。

艰难返回 编辑本段回目录

阿波罗13号

三位机组人员安全返回时与尼克松通话

航天器的严重受损使计划中在弗拉·毛罗高地登月的任务被迫取消。指挥中心有人提出立刻使航天器掉头并加速返回地球以节省时间。但是,整个航天器上唯一有直接掉头所需推力的服务推进系统(SPS)却位于服务舱尾部。由于不知道服务舱的损坏情况有多严重,点燃服务推进系统可能会引起服务舱二次爆炸,所以地面指挥为了安全考虑决定不使用服务推进系统。最终被选择的返回方法是绕过月球,不进入轨道而进入自由返回轨道,使用月球引力将航天器送上返回地球的轨道。为了能够进入自由返回轨道,必须执行一次轨道纠正;通常情况下,轨道纠正会使用服务推进系统,但在不敢保证其安全性的情况下,在工程师进行长时间的研究后,指挥中心决定使用登月舱的降落火箭。在绕过月球后,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纠正。

安全操纵严重受损的航天器返回地球成为了三位宇航员和地面指挥人员所面临的难题。最让指挥人员头痛的问题之一就是登月舱是为两位宇航员生存两天准备的,而三位宇航员需要它提供四天的生存保障。另外,登月舱上用以过滤二氧化碳的氢氧化锂过滤器并不足以坚持四天。尽管指令舱上有备用过滤器,但它们与登月舱上过滤器的接口形状不同。在二氧化碳浓度越来越高的情况下,地面指挥最终设计了一个连接装置,以降低登月舱的二氧化碳浓度。在航天器逐渐接近大气层时,航空航天局作出了一个特殊的决定:先丢弃服务舱而不是常规状态下先会被丢弃的登月舱,拍摄服务舱的照片以对事故进行调查。当三位宇航员首次看到服务舱外表面时,他们发现原来覆盖氧气罐和燃料电池的面板被炸飞了。

当时地面指挥担心由于在返回途中指令舱里过低的温度导致的水凝结会严重损坏指令舱的电子控制系统,而唯一检测的方式是在重新启动指令舱时。幸运的是,指令舱一切正常。三位宇航员最终安全返回了地球,尽管海斯由于饮用水的缺少以及排尿的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要将尿液及其他液体排入太空而是保留在太空舱内,因为在没有推进器纠正轨道的情况下这样会影响航天器的运行轨道。尽管事故本身非常不幸,但三位宇航员仍应该感到幸运航天器在去月球途中出现了问题而不是返回途中;否则他们在紧急情况下可调动的资源、设备以及电力都会大大减少。如果服务舱的爆炸发生在环绕月球或者返回地球途中(如果正常登月,登月舱会在登月任务结束后被丢弃),三位宇航员生存的几率会变得很低。爆炸前氧气罐的另一次故障可能恰恰救了阿波罗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出现了问题,一度超过了100%。为了解决问题,也为了找出原因,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,洛威尔和海斯就可能在踏上月球之后再也没有踏上地球的机会了。任务结束后,航空航天局对整个事件进行了一次详细的调查,并对航天器进行了改进以保证类似事件不会再次发生。 [1]

事故起因编辑本段回目录

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。

 

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