坎坷曲折的“阿波羅”載人登月之路

龐之浩

20世紀60-70年代，美國成功實施了“阿波羅”載人登月工程，使12名航天員登上了月球表面。但該計劃并非一帆風順，它曾屢遭磨難，其中最慘痛的是1967年1月27日阿波羅1號飛船發(fā)生的悲劇，這是第一次被全世界人民所知道的重大惡性航天事故。后來，阿波羅12、13號載人飛船都曾遇險，尤其是阿波羅13號因飛船服務艙在途中爆炸，不僅使這次載人登月計劃夭折，還差點讓航天員有去無回。

1 出師未捷身先死

1967年1月27日，3名美國航天員進入位于肯尼迪航天中心內(nèi)的“阿波羅”飛船，做發(fā)射前的飛行試驗。這3名“天使”都是從美國首批和第2批航天員中選拔出來的太空“精英”，其中：指令長格里索姆中校已參加過2次航天飛行；懷特中校則曾乘雙子星座4號飛船升空，并且是美國第一個到艙外進行太空行走的英雄；另一名航天員是查非少校。

阿波羅1號飛船的3名航天員進行訓練

這次試驗的方案是3名航天員在采用1/3大氣壓和純氧的阿波羅1號飛船指令艙中進行模擬太空飛行。假若這次試驗圓滿成功，這3名航天員便能乘阿波羅1號飛船升空，為登月飛行做準備。然而，意外的事情發(fā)生了。在試驗中突然有一個電路短路出現(xiàn)火花，只聽“砰”的一聲，火焰頓起，全艙一片火海，3名航天員被濃煙和火舌包圍，有人不禁大喊：“著火了！快放我們出去”。但無論是艙內(nèi)還是艙外一時間都打不開艙門，因為這個艙門被設計成需要1.5分鐘才能打開，而此刻，艙內(nèi)著火形成負壓，人再有勁也無濟于事了。就這樣，3名航天員在這次試驗中遇難。

其實在此之前，指令長格里索姆已做好了任何準備。他曾說過一段感人至深的話：“如果我們死了，請大家不必大驚小怪，而是把它看成一件普通事件，因為我們從事的是一項冒險事業(yè)，我們希望不要影響計劃及進程，征服宇宙是值得冒生命危險的。”這段話充分表現(xiàn)了航天員們視死如歸的大無畏精神，至今讓人難以忘懷，給后人以極大的鼓舞。

遭受火災燒毀后的阿波羅1號試驗飛船指令艙外表面

“阿波羅”工程并沒有因此而擱淺。在安葬了這些先烈后，有關人員總結了沉重的教訓，從安全角度出發(fā)，改進了飛船結構，使艙門能在2～3秒內(nèi)自動打開，把所有能出現(xiàn)明火之處都改成暗火，對防火、生命保障系統(tǒng)等也進行了不同程度的改進，并決定先發(fā)射幾艘無人試驗飛船。此后才慎重地在1968年10月用阿波羅7號飛船進行了第一次載人飛行。

不過，阿波羅12號、13號載人登月飛行也遇到大小不一的風險。

2 以為是敵人破壞

1969年11月14日，110米高的土星5號火箭豎立在肯尼迪發(fā)射場，其上裝有阿波羅12號飛船。這是美國第2次載人登月飛行，因此很受重視。時任總統(tǒng)尼克松、副總統(tǒng)阿格紐和國務卿基辛格等顯要人物全來到發(fā)射場觀看。

但天不作美，沒多久就下起了大雨，把在露天等待的觀看者淋成了“落湯雞”。發(fā)射前半小時，雨勢減小，但還是細雨綿綿，遠處還有雷聲。從設計上講，阿波羅12號是允許雨中發(fā)射的，但怕雷擊。所以，發(fā)射負責人曾考慮延期發(fā)射。不過，因有總統(tǒng)親臨現(xiàn)場，名人又多，所以又擔心推遲發(fā)射影響不好。此時氣象部門報告，在發(fā)射陣地上空32千米范圍內(nèi)無閃電，而且發(fā)射前1小時液氧補加裝置已失靈，若延期發(fā)射，蒸發(fā)的液氧無法補加。根據(jù)這些情況，發(fā)射負責人決定在上午11時準時發(fā)射。

阿波羅12號在蒙蒙細雨中離開了發(fā)射臺，飛船指令長不時回答地面問話：“感覺良好，一切正常。”但在起飛后36.5秒，突然一道閃電劃空而過，飛船指令艙的紅色警示燈亮了，警鈴也鳴叫起來，3名航天員均驚呆了。在場的人們也在火箭與發(fā)射臺之間看到了一道藍色閃光，包括總統(tǒng)在內(nèi)所有觀看者一時間不知所措。一陣騷動后，時任總統(tǒng)尼克松馬上詢問情況，飛船指令長回答：“燃料電池失靈，飛船上穩(wěn)定平臺失靈。”此時氣氛驟然緊張，因為這有可能危及航天員的生命。就在這千鈞一發(fā)之機，飛船指令長康拉德果斷命令駕駛員立即啟用備份電池，以保證飛船正常工作。經(jīng)過1分鐘的緊急“搶險”，電源故障及其他毛病被排除了，飛船順利進入繞地軌道。重新校準后，穩(wěn)定平臺也恢復了正常。一場災禍總算幸免了，真是有驚無險啊！

阿波羅12號航天員在月面布置的太陽風儀

事后，時任總統(tǒng)尼克松感到有失顏面，下令調(diào)查此事。結果是沒有敵人破壞，而是一次由于火箭飛行而引起的“激發(fā)閃電”現(xiàn)象。

有道是禍不單行。阿波羅12號載人登月飛船剛剛躲過一場災難，緊接著升空的阿波羅13號載人登月飛船又在太空遇到更大的危險。

3 突然遭滅頂之災

13這個數(shù)字在西方是不吉利的，人們忌諱和13有關聯(lián)的事物。從這個角度說，阿波羅13號的災難似乎帶有一種宿命的味道。

阿波羅13號乘組在升空前一天的合照（左起：海斯、施韋格特、洛弗爾）

1970年4月11日，阿波羅13號載人登月飛船順利升空了。剛開始一路平安，航天員們也輕松愉快。4月13日晚，飛船已正常飛行了56小時，此時距月球只有6萬千米左右了。當夜9時零8分，飛船上忽然傳來一聲巨響，把3名航天員從勝利的憧憬中驚醒。他們面前的警燈全亮了，主要電器的電壓也在下降。

指令長洛弗爾立即意識到大難臨頭，馬上向地面控制中心報告：“休斯頓，我們有麻煩了”。接著，航天員施韋格特說：“我們這里出事了，已聽到一聲巨響，主線路電壓不足。”在洛弗爾從窗口看到一股股氣流從飛船服務艙冒出來時，又立即補充道：“服務艙正向空中放出什么東西，好像是某種氣體。”此時，另一航天員海斯急忙從登月艙返回指令艙，在他經(jīng)過2艙之間的通道時，聽到了一種金屬折曲的聲響，飛船也晃了起來。當海斯到達指令艙時，他看到一些電器的電壓已降到零，服務艙的三組燃料電池壞了兩組。然而險情還在加劇，更多的紅燈在閃爍，另一組電池也快不行了。

服務艙內(nèi)共安裝了兩個大型的液態(tài)氫罐和兩個液態(tài)氧罐。2號貯氧箱發(fā)生爆炸，1號貯氧箱也被它炸裂，壓力也在迅速下降，對指令艙中的生命保障系統(tǒng)、導航和電力系統(tǒng)都產(chǎn)生了很大影響。這是由于氫氧燃料電池的貯氧箱還擔負著為飛船生命保障系統(tǒng)供應氧氣和水的任務，因此航天員面臨著電能不足、供水供氧困難、環(huán)境溫度下降的處境。所以全部希望只能寄托在登月艙有限的電力、水和氧氣了。

休斯敦控制中心及時分析后認為，液氧貯箱爆炸起火，使得飛船上的氫氧燃料電池損壞，而且航天員也處于極端危險之中，于是地面控制中心果斷決定：中止登月飛行，利用完好的登月艙立即返回地球，千方百計保全生命，設法安全返航。

爆炸發(fā)生后25分鐘，飛船指令艙內(nèi)的氧氣只能再供應15分鐘，3名航天員唯一生還的希望就是外殼薄得幾乎可用拳頭砸一個洞的登月艙。但飛船升空前根本就沒有應急計劃，所以他們沒有學習如何緊急啟動登月艙維生設施。

為此，航天員在地面控制中心的指導下，一步步往登月艙的計算機中輸入復雜的數(shù)字，他們知道，哪怕輸錯一個數(shù)字，對他們來說就意味著死亡。最后，就在指令艙中的氧氣含量只剩下5分鐘可用時，登月艙的功能終于被激活。

從阿波羅13號登月艙-指令艙中拍攝的服務艙被嚴重損壞

由于指令艙內(nèi)的氧氣不夠3人用，因此只有洛弗爾和海斯進入了登月艙，把登月艙當作臨時救生艇。施韋格特1人留在指令艙內(nèi)，他把服務艙中剩下的氧氣輸送到指令艙的后備貯箱內(nèi)，把應急電池組接到指令艙的自動控制設備上，使它能運行到登月艙推進系統(tǒng)啟動為止。

因為爆炸的碎片和泄漏的氣體彌漫在飛船周圍，經(jīng)太陽強烈的反射擋住航天員的視線，所以無法找到導航的基準天體。為此，地面控制中心讓航天員把一個窗口始終對準太陽以確定航向。此后他們遇到的主要問題是：按設計，登月艙的電力只能供2人用45小時，而今卻是3人要用100小時。航天員海斯也在計算，如關閉登月艙的大部分系統(tǒng)，則電力能延長4天，但冷卻水是一個問題，要保持飛船的電子設備不致過熱，冷卻水是必不可少的。不過這時只能頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳了。海斯關閉了艙內(nèi)的部分系統(tǒng)。這一做法與地面中心的想法不謀而合，因而休斯敦中心對此備加贊賞。

為了節(jié)省電力，航天員們鋌而走險關掉飛船上的計算機、導航系統(tǒng)和其他電力設備，讓飛船的電流消耗量降低到12安培—只相當于一個家庭攪拌機使用的電量。當加熱設備關閉后，登月艙中的溫度急劇下降，盡管他們穿上了航天靴和剩余的內(nèi)衣褲，仍然凍得無法入睡。

4 用引力彈弓效應

經(jīng)過艱難、細致的分析，在爆炸后的某一時間，休斯敦地面控制中心果斷做出逃生計劃第一步的決定：繼續(xù)向前飛，認為這是最省燃料的返回軌道方式。這是由于當時飛船已離月球較近，在月球引力的牽扯下，如果阿波羅13號飛船采用掉轉(zhuǎn)航向的方式，不僅將耗光飛船所有的燃料，而且很可能被月球的引力拉扯住，墜毀在月球表面。

繼續(xù)向前飛是利用引力彈弓效應來給阿波羅13號飛船加速，以此來節(jié)省燃料和時間。阿波羅13號飛船的逃生第一步是應該繼續(xù)朝月球飛行，并繞月球轉(zhuǎn)一個大圈，飛到月球黑暗的背面，等飛船再次出現(xiàn)時，再立即啟動登月艙的發(fā)動機，將飛船投擲進返回軌道。

當然，這里面也存在極大的風險，因為登月艙是用來登月的，它并沒有被設計用來帶著沉重的服務艙和指令艙繞月球軌道飛行。而且，登月艙上的燃料只夠進行一次啟動嘗試的，如果失敗，他們將永遠不會活著返回地球。不過，登月艙的表現(xiàn)沒有讓航天員們失望，當阿波羅13號從月球的另一邊重新露面時，登月艙的引擎開動，使飛船以每小時8700千米的速度飛離了月球，駛向地球的方向。

具體過程是這樣：當飛船距離月球218千米時，洛弗爾啟動登月艙的降落發(fā)動機進入繞月飛行的軌道。4月15日上午飛船繞月21小時后，海斯再次啟動登月發(fā)動機，飛船進入了返回地球的航程。在此期間，3名航天員困乏已極，他們輪流休息。盡管通過登月艙的窗口已可看到一個巨大、灰色而帶麻點的月球，月面上的隕石坑用肉眼就可一目了然，但此時他們毫無觀賞興趣。

沒過多久，阿波羅13號上的航天員們又遇上了一個致命的危險，即服務艙爆炸后，不僅造成了水、氧氣的外泄，同時還損壞了飛船上的電池組及二氧化碳過濾設備。登月艙原本只設計供2名航天員使用2天，如今卻有3名航天員要靠它存活4天。雖然登月艙上儲備的氧氣夠3名航天員們使用，但其上的過濾二氧化碳空氣過濾器卻堅持不了那么長時間，飛船上的二氧化碳濃度一度觸發(fā)了報警，提示航天員有中毒身亡的危險。

盡管飛船指令艙中儲備了一些備用空氣過濾器，但是指令艙的過濾器接口是方形的，它無法與登月艙圓形的接口兼容。在千鈞一發(fā)之際，地面上的工程師們緊急行動起來，利用阿波羅13號上當時有的物資進行試驗并找到了解決方案。航天員們在地面控制中心科學家的指導下，用一些黏性膠帶、一塊從飛行手冊后面撕下的紙板以及從他們太空內(nèi)衣褲上扯下的一些塑料片，做成了一個能幫助空氣過濾器有效工作的粗糙適配器，然后拼裝上了兩種不同形狀的空氣過濾裝置，成功使登月艙內(nèi)的二氧化碳下降到正常水平。

5 一次成功的失敗

雖然休斯敦已編完了返地飛行程序，可是阿波羅13號上的導航系統(tǒng)因故障無法使飛船精確瞄準地球，為此航天員只得使用航行望遠鏡尋找恒星作為參照物。然而事故發(fā)生后，阿波羅13號周圍的天空充滿了閃爍的碎片，根本無法找到恒星，真是雪上加霜。危急時刻，地面導航專家告訴他們：“你們可用太陽來定向，那是一定能找到的。”結果還真獲得成功，可謂雪中送炭。

阿波羅13號飛船朝地球奔去。在返回途中，飛船上所剩的水、氧、電都越來越少，航天員們感到悲觀失望，地面人員不時提醒他們吞服興奮劑，以驅(qū)散疲勞、寒冷和失望。為了節(jié)省電力，以備再入大氣層時使用，飛船溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)被關閉了，艙內(nèi)溫度降至4℃，為了取暖，3名航天員緊圍在一起，互相擁抱而坐……

在阿波羅13號飛船處在最艱難境地時，美國國會動員全國為航天員的安全祈禱，并呼吁、懇請世界13個國家提供飛機和艦只救援。這3名航天員的生命安全引起了全世界的關注。

到了4月16日下午7時30分，休斯敦向阿波羅13號發(fā)出了最新編制的重返大氣層的程序表。到了午夜，航天員們開始興奮，因為已隱約看到一輪似眉毛形狀的地球，而且一分鐘一分鐘地變大。不過，阿波羅13號飛船已偏離了重返地球大氣層的正常軌道，故此時須精確地選定進入地球的角度，如角度太陡，飛船會在大氣層中燒毀；如太平，飛船將從大氣層表面彈出，再也無法回到地球了。不知是老天開恩，還是從哪里來了一股力量，阿波羅13號奔向淺平軌道，指令長洛弗爾抓住這一千載難逢之機啟動登月艙的姿控火箭，使飛船進入了正確軌道位置。這真是不幸中的萬幸啊！此時休斯敦中心十分擔心，航天員們已極為疲勞，很容易失誤，萬一出錯就難以挽救了。但他們不知道還有更糟糕的情況，航天員海斯尿道感染正在發(fā)燒，人很虛弱。

進入正常軌道后，休斯敦中心指令施韋格特在指令艙內(nèi)開動爆炸螺栓，擲掉已被炸壞的服務艙。此時航天員們才看到了拋掉的服務艙嚴重損壞的模樣。

洛弗爾和海斯又重新回到了指令艙，封閉了通向登月艙的艙門。施韋格特打開指令艙制導系統(tǒng)的開關，發(fā)現(xiàn)電力還較充足，電子儀器也沒有因寒冷而損壞，這才放心。于是便帶著一種傷感和感激之情，把拯救過他們而完成了使命的登月艙拋到九霄云外，但心里卻永遠也不會忘記它的救命之恩。休斯敦的人們也喊道：“別了，登月艙，我們感謝你！”

隨著飛船逼近大氣層，休斯敦中心云集了幾乎全體工作人員。4月17日，阿波羅13號掛在3把漂亮的大傘之下緩緩濺落在萬頃波濤的太平洋中。沒過多久，3名航天員溫文爾雅地走出船艙，美國時任總統(tǒng)尼克松趕到降落地，歡迎這3位太空英雄的歸來。此刻，美國國家航空航天局（NASA）爆發(fā)出一片歡呼聲，“他們勝利了! ”全世界的人們也向歷時6天、經(jīng)歷艱險、戰(zhàn)勝困難、平安生還的3名航天員投以欽佩的目光，慶幸這次登月飛行“成功的失敗”。

美國時任總統(tǒng)尼克松出席慶祝阿波羅13號航天員成功歸來典禮

事后的事故分析表明，阿波羅13號飛船服務艙爆炸并非隕石碰撞所致。在地月軌道轉(zhuǎn)移期間，低溫推進劑混合時液氧貯箱爆炸。爆炸毀壞了2號液氧貯箱和其他系統(tǒng)，造成供氧與供電困難。這次故障的根源在服務艙液氧貯箱加熱系統(tǒng)的兩個恒溫開關上。這種開關在1962年設計時采用28V電壓，1965年在改進設計時把許可電壓提高到65V，可是制造這種開關的廠商生產(chǎn)的開關額定工作電壓沒有做出相應的改變，仍是28V。雖然這種開關在一定條件下也能承受65V電壓，但是長時間超負荷工作時產(chǎn)生了電火花，破壞了絕緣材料聚四氟乙烯塑料的性能，從而導致了液氧貯箱的爆炸。

不過，幸虧阿波羅13號航天員藝高人膽大，排除萬難，安全返回了地球，成就了航天史上一次“最偉大的失敗”。此后，美國還把阿波羅13號的返航稱為美國國家航空航天局最美好的時刻，1995年上映的《阿波羅13號》巨片生動地再現(xiàn)了這次飛行。