你知道吗?阿波罗11号任务数度面临中止,最后几乎船毁人亡

引子

长久以来,“阿波罗11号”一直被誉为美国在冷战时期最非凡的科技成就之一。毕竟,这是人类首次用火箭将自己送到月球表面,然后安全返回地球。

但是,就在这次划时代的成功任务背后,有不少不为人知的问题可能令其以悲剧收场。当时,处于冷战时期太空竞争的考虑,很多问题被作为机密锁进了档案柜。即使有些问题在后续的飞行中得到了解决,对外人而言,一切都像没有发生一样。本文将通过最新的揭密资料,向读者简单描绘一下当年的场景,从另一个侧面来说明太空探索项目背后的风险。

今年是阿波罗首次登月50周年,可是阿波罗11号登月任务有好几次面临中止,甚至船毁人亡

现在,我国已经成功地将宇航员送入了太空,并实现了太空行走。围绕地球的中国太空站也即将发射。但是,在这些成功的光环后面,也必定存在不少鲜为人知的类似秘密。本文的另一个作用就是让读者用美国首次登月作为参照,体会无数奋战在中国航天前线的科技人员艰辛和不易

作者注:文末有福利!

1202!1202!计算机警报

着陆前四分钟,就在“阿波罗11号”代号“鹰”的登月舱和代号“哥伦比亚”的指令舱在环月球轨道分离不久,本次任务计划登月的两名宇航员——尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)看到计算机屏幕上出现了一行代码“1202”。这是一个程序错误告警,但是他们不知道它到底是什么意思。

阿姆斯特朗迅速将这一情况通知了位于休斯顿的地面任务控制中心,希望地面人员可以提供足够的信息。令人失望的是地面人员似乎也不熟悉这一代码,他们不得不翻阅字典一样厚的手册,企图找到和该代码相关的信息。时间正在一分一秒的流逝。

登月舱中安装的导航计算机

“给我们一个关于该程序报警的解释。”控制中心麦克风中传来阿姆斯特朗略显紧张的声音。很难相信,此时此刻在离地球38万六千公里外的一艘朝着月球表面迅速下降的脆弱机器中,正在进行着一场生死攸关的斗争。另外,首次登月的飞行主任吉恩·克兰兹(Gene Kranz)发现登陆飞船在动力曲线上稍稍落后于时间表。

大多数人都知道登月是危险的。世界各地有许多无线电爱好者听到了宇航员和休斯顿之间的紧张沟通,似乎表明有一些很紧迫的事情正在发生。但光靠着那四位数字,很少有人知道阿姆斯特朗和奥尔德林到底面临着什么样的危险。这些不是理论,也不是模拟器;此时此刻,他们正在太空中为自己的命运而斗争。

地面任务控制中心也不清楚1202的具体含义,迅速找人翻查手册

几十年后,克兰兹在回忆起“阿波罗11号”任务过程中所下的赌注时,淡然说道: “对于我们而言,只有三个结果:要么成功登陆月球,要么在试图降落时坠毁,亦或者中断登月进程。最后两个结果并不好。”

这也许是一个对“阿波罗11号”登月行动的最轻描淡写地描述。

错误码1202代表了计算机过载,按照标准流程,需要中止登月立即返航

在整个登月过程中,通信状况一直不好。奥尔德林不断地调整登月舱上的天线,休斯顿的任务控制中心也尽可能地完成地面上可以做到的事情,但是无线电连接始终时断时续。

终于,地面控制中心找到了错误代码1202的解释——计算机过载。通俗一点讲,计算机正在告诉两位宇航员:“我有太多事要做,但是现在已经忙不过来了。所以我要停下来,重新启动并重新开始。”按照任务规则,如果发生这种情况,要求立即中止登月任务。因为这时候计算机接收的数据超出了它的处理能力,登月舱着陆时的导航能力会受到影响。

地面中心的登月控制员斯蒂夫·贝尔斯(Steve Bales)做出了最后决定:“只要警报是间歇性的,就可以继续登月近程。”他的理由是在着陆过程中,尝试用出错的计算机中断登月进程和继续着陆几乎具有同样的危险。因此,在平衡了两个风险之后,地面中心认为最安全的事情就是继续执行着陆进程。

导航计算机包括输入键盘(下),告警指示灯(上左)和显示屏幕(上右)

当时的飞船通信专员(CAPsulate COMmunicator,CAPCOM)——之后阿波罗16号的宇航员查理·杜克(Charlie Duke),他是第10位也是迄今为止最年轻的登月者——向太空传达了这个信息:“我们继续!”几分钟后,计算机再次发出警报:1201。这是和1202同类的警告,所以他们仍然决定继续。“同一类型(错误),我们继续,不要停下!”杜克通过电台说。

我们错过了登月点!燃料告急!!

计算机警报风波过去后,奥尔德林专注于仪表显示,不断地报告飞船高度,速度和其他关键数据,因为阿姆斯特朗接管了着陆进程,采取了手动控制。

之所以这样的原因是在于他们错过了原定的着陆点。他们无法到达他们应该去的地方。由于月亮引力的影响和他们和指令舱分离时获得的一些额外速度,阿姆斯特朗和奥尔德林已经飞过了原计划的着陆区。

阿波罗11号登月点周边地区地图

更糟糕的是映入阿姆斯特朗眼帘的是一个突如其来的陨石坑。月球似乎并不欢迎远道而来的访客。根据轨道地图显示,这里原本应该是一片光滑的平原。现在则呈现出了一个巨大的陨石坑,其中布满了卡车大小的巨石。此刻,阿姆斯特朗已经切换到了手动飞行。尽管飞船的燃料不足,他还是决定采取平飞,去另外寻找一个平坦的着陆地点。

他可能不知道,正在地面控制中心的查理·杜克看着飞船的轨迹,手里直冒汗。杜克后来回忆道:“尼尔(阿姆斯特朗的昵称)在大约400英尺(122米)高度平飞,速度很快。这种操作和我们所接受的训练完全不同,远远不是曾在模拟器中所看到的。所以我开始有点紧张。他们(阿姆斯特朗和奥尔德林)并没有告诉我们出了什么问题。我们所知道的仅是他们正在沿着一条奇怪的轨迹飞行。”

从位于月球轨道的”哥伦比亚“号指令舱拍摄的”鹰“登月舱照片

事实上,他们正在为自己的生命而飞翔!

登月舱下降发动机的燃料在迅速地消耗着,他们很快就会迎来60秒大关——一分钟后登月行动会因为燃料耗尽而被强行中止。没有人知道在这个高度中止登月,登月返回舱是否可以和着陆舱其余部分正常分离,上升发动机紧急点火是否能够成功。

飞船通信专员杜克向登月舱“鹰”通报了仅剩60秒燃料警告。此时,阿姆斯特朗继续专注于寻找飞船飞行路线前方的平坦着陆点,奥尔德林继续不断地报出速度和高度。之前计划在着陆时,应该还会剩下大约两分钟的燃料。可实际情况是当60秒警告亮起的时候,登月舱距离月面还有一百英尺(30米)距离。

阿波罗11号登月舱控制面板局部,燃料剩余显示其位于比较中心的部分

这是一个关键阶段。之后当燃料仅剩30秒余量时,还会有另一个告警。“那时,真的需要开始倒吸一口凉气了。”飞行主任克兰兹说道。现在他开始认真思考,需要真正为继续还是中止登月做个决定。在宇航局内部,有一个不常听到的名词叫做“死人的曲线(Dead Man's Curve)”。没有人愿意贸贸然就进入这条线的下方,因为在这个高度以下,你没有足够的时间(在坠毁前)完成登月中止操作全过程。如果,你在那里遇上问题,你基本上就是一个死人了。最后的决定正如大家早已知道的,登月进程将继续进行。

奥尔德林后来回忆说:“当燃料储备真的降到30秒时,飞船距地面约10英尺(3米)或更近。现在我可以偷偷地向窗外看一眼,因为到这个节骨眼上,我不认为尼尔还关心那些数字具体是什么。他正在看着外面。我可以看到太阳的影子在我们身前。”事实上,下降发动机在这个高度上掀起了如此多的尘埃,以至于飞船的阴影和登月舱观察窗上贴着的按照阿姆斯特朗身高进行了水平较准的线条是唯一可以用来帮助他测量登月舱与月面之间剩余高度的参考。

登月舱的透视图,以及它在火箭发射时和CSM模块的相对位置

然后,一条从着陆腿伸出的长金属杆触及了月球表面,标志着他们终于在月球表面着陆了。控制台上亮起了蓝灯——“接触灯”,登月过程顺利结束了。

“休斯敦,这里是静海基地......老鹰降落了。”阿姆斯特朗用简洁的语气说道。此时,剩余的燃料只够下降发动机继续坚持20秒。

月面问题:我们出不去了

当阿姆斯特朗的声音停止后,地面控制中心内一片沉默。

人们花了几秒钟才真正意识到登月已经成功了。然后,观察室里的人们开始欢呼,拍手,和跺脚。克兰兹清楚的记得:“在这个时候,我情绪紧张,以至于我真的无法说话。但我必须让我的团队重回正轨。”他采取了一种物理行为让他回归现实——他的手臂在控制台上猛地砸了一下,弄断了他的铅笔!当他的情绪完全平稳后,开始打电话给那些控制员:“好吧!你们这些家伙都给我安定下来。好吧!让我们重新开始!!”

此刻,阿姆斯特朗和奥尔德林已经在登月飞船上完成了所有安全操作,关闭了着陆系统,开始执行他们的登月后和出舱前检查清单项。月球上的一切看上去都很好。但在任务控制中心,又出现了一件意料不到的事。

登月舱分两部分,下面这部分被永远留在月球表面,上面部分最终会在飞船脱离月球轨道前被抛弃。

成功着陆后几分钟之内,监控登月舱下降阶段的控制台发出了下降发动机燃油管道压力迅速增加,接近潜在危险的警告。

发动机停机后,月球表面的极端寒冷让登月舱下降段(作者注:登月舱将永久遗留在月球上的那部分)的温度急剧下降。这导致一条燃料管道的一段被冻住了,造成了堵塞......谁也说不上之后会发生什么。冰可能会自己融化;或者它可能会导致减压筏破裂,从而释放压力;又或者它可能会导致灾难性的爆炸。

就在地面控制中心讨论要不要把该消息告诉宇航员,并直接启动返回程序时,好运降临了。发动机产生的热量使形成的冰融化,发动机压力恢复正常,问题就此消失了。地面控制人员大大地松了一口气,甚至没有打扰正在进行出舱前检查的航天员们。

舱门打开,阿姆斯特朗终于走出登月舱沿着梯子缓缓下降。马上他就要在月面留下那句名言。

在三个小时内,阿姆斯特朗和奥尔德林完成了出舱准备,现在只剩下探索月球了。但是当他们准备迈出登月舱时,又出现了另一个问题——他们无法将全部空气排出。宇航员打开阀门,看着氧气排出......但即使读数为零,也无法打开舱门。着陆器内部的压力仍然太大。航天员们试图将门拉开,但是气压让它纹丝不动。阿姆斯特朗和奥尔德林对此感到非常沮丧,因为他们不知道自己还有没有机会踏上月球表面。他们为了这一刻花费了无数的时间和心血,现在看上去所有的这些可能因为这一扇看上去相当脆弱的门而付之东流。

奥尔德林最终采取的行动是剥开前舱盖一个边缘的密封条。这需要非常仔细,不能弄坏整扇门。否则,他们需要在剩下的月面任务中,始终处于真空状态。谢天谢地,他非常完美地完成了这次“破坏”工作。现在门开了!

美国宇航员和登月舱在一起

在奥尔德林的帮助下,阿姆斯特朗向打开的舱门移动。当他企图倾斜笨重的宇航服,从而可以完成出舱时,一个小东西被破坏了。因为此时舱内已经处于真空状态,没有人听到阿姆斯特朗的背包撞坏上升引擎防误启动开关(作者注:如果这个开关不到位,上升引擎的开关将不起作用)的声音。21小时之后,当他们准备离开月球时,阿姆斯特朗用一支由渔人太空圆珠笔公司(Fisher Space Pen)开发的专用太空书写圆珠笔成功地翻转了破损的开关残留,避免一场新的危机。

上述这些故事现在已经在航天爱好者和历史学家之间广泛分享。

这面铝箔制作的美国国旗并不是被风吹起来的

新的发现,不为公众所知的更严重危险

最近科学记者兼作家南希·阿特金森(Nancy Atkinson)在他的新书《八年登月:阿波罗任务的历史》中,首次透露了阿波罗登月过程中,另一个更为严重的问题。一个被丢弃的太空舱(作者注:服务舱)几乎撞到了机组人员乘坐的返回舱(作者注:指令舱)。根据阿特金森的消息来源,同样的问题也威胁到了另外三次阿波罗任务(分别是之前的阿波罗8号/10号,和之后的阿波罗12号)。而该问题一直被列为机密,从未公开。

该问题发生在阿波罗11号返回地球准备在太平洋海域溅落前不到一小时。直到宇航员们成功返回地球几周后,美国宇航局才开始调查这一问题,大多数人当时都没有意识到他们曾经离危险如此之近

阿波罗飞船组成部分,从左到右:服务舱,指令舱,和登月舱

在为期八天登月任务的大部分时间内,阿波罗11号上的宇航员都位于一个叫做指令舱的圆锥形飞船内。这个飞船位于服务舱——一个装有物资,推进剂和大型火箭发动机的大圆筒——的顶部。美国宇航局将这个由两部分组成的航天器统称为命令和服务模块(Command and Service Module,CSM)

在阿波罗飞船离开地球轨道之前,登月舱和CSM要进行机动,重新组合成这种头对头连接

CSM会通过机动在绕地球轨道和阿波罗飞船的第三部分——登月舱——头头相接,然后一起飞向月球。进入月球轨道后,奥尔德林和阿姆斯特朗将进入登月舱,飞向月球表面,而宇航员迈克尔·柯林斯(Michael Collins)则留在指令舱中,继续在月球轨道上飞行。当月面任务结束后,奥尔德林和阿姆斯特朗乘坐登月舱的上升段返回月球轨道和科林斯会合。四小时后,登月舱上升段被丢弃,三名宇航员在CSM中踏上返程之路,这大约又花了​​差不多三天的时间。

阿波罗14的CSM已经解决了服务舱分离后跟随指令舱一起下降问题

宇航员准备再入大气层,于太平洋上溅落前大约15分钟,CSM需要被完全分成两部分,同时指令舱要调整到再入姿态。这是必需的,因为只有装载宇航员的指令舱才有隔热罩。隔热板通过偏转和吸收来保护宇航员免受飞船以超过四万公里/小时的速度(比高速子弹的速度快十几倍)进入地球大气层时产生的摩擦热量。

艺术家笔下的指令舱再入大气层图

无用的服务舱需要被抛弃。为了避免这两个部分分离后存在碰撞风险,服务舱的分离轨迹被设计成像打水漂一样,在地球的大气层上弹跳着远离指令舱。

但这一设计并未在阿波罗11号的任务中发生。事实是阿波罗11号的服务舱同指令舱一起下降,并在下降过程中追赶着后者。

“休斯顿,我看到了服务舱。有点高,有点向右,”从指令舱窗口望出去的奥尔德林通过无线电告诉任务控制中心。片刻之后,他补充说:“它从右到左在我们身前穿过。”

随着等离子体在飞船前部的积聚,飞船和地面的无线电通信(如预期的那样)暂时中断。这也阻止了宇航员提供更多细节。但是在溅落海域等待飞船返回的支援飞机飞行员同时发现了返回地球的指令舱和服务舱,后者正因为空气阻力和剧烈摩擦,被分裂成许多闪闪发光的碎片。

空中等待阿波罗11号回归的飞行员看到的服务舱碎片和大气摩擦产生的亮点

曾在阿波罗计划中担任电气工程师的加里·约翰逊(Gari Johnson)告诉阿特金森,服务舱根据设计应该“完全无法接近指令舱”。而阿波罗11号所经历的事情相当危险,如果服务舱与载有宇航员的指令舱发生碰撞,则可能使整个飞船瘫痪或撞毁或失控。即使服务舱已经解体,也可能有大块残骸击中飞船,导致灾难性的后果。

“如果事情变得糟糕,我们本可能会失去阿波罗11号上的宇航员。”约翰逊告诉阿特金森说。 “我们很幸运!”

成功返回地球的阿波罗11号现在看来是那么的幸运

为什么阿波罗11号CSM分离的问题并不为人所知?

直到几周后,宇航员,任务控制人员和通信人员在向美国宇航局汇报登月任务全过程时,才明白存在问题。

美国宇航局根据他们的报告展开调查,发现之前的两个任务——阿波罗8号和阿波罗10号——也遭遇了同样的问题。由于,那些宇航员并没有在窗户外看到服务舱,所以他们没有报告。 但在对当时的雷达记录进行回顾后发现,这两个任务中的服务舱也曾经及其危险地在指令舱附近陪伴飞行。

阿波罗13号的三名机组成员,他们的沉着冷静最终让这次不成功任务划上了完美的句号

问题的根本原因是控制器中用于抛弃或分离指令舱和服务舱的程序序列发生了错误。美国宇航局意识到同样的问题会在1969年11月发射的阿波罗12号任务中出现,但由于时间紧迫,决定不加以修理。因此,阿波罗13号任务是第一个修复了该问题的飞行,之后再也没有发生服务舱和指令舱分离后,一起下降的情况。

根据约翰逊的说法,美国宇航局将阿波罗11号的报告扣留了一段时间。关于这一异常现象的官方报告于1970年11月发表——在吸引了所有人注意的阿波罗13号任务失败后大约六个月——并以某种方式设法避开了新闻媒体的关注。

阿波罗13号因为服务舱发生爆炸,不得不中止登月。它也是唯一没有完成登月的登月飞船

鉴于当时美苏之间激烈而略显疯狂的太空竞赛,美国迫切需要继续下一次飞行。因此,该事件从未被列入阿波罗11号的正式任务报告,并且在某种程度上被遗忘了。而第一次解决这个异常问题的阿波罗13号上发生的事大家都知道。阿波罗11号登月成功的兴奋以及阿波罗13号任务这一“成功的失败”,让该问题可能基本上被遗忘了。

文后福利:阿波罗登月是怎么实现的

作者注:图片是全英文的。不懂的就看图说话吧!我实在懒得翻了。

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