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        阿波羅登月50周年:和火箭相關的五個數字

        2019-08-12 06:16:08理查德·霍林漢姆
        海外星云 2019年14期
        關鍵詞:格里芬土星美國宇航局

        理查德·霍林漢姆

        土星號高達米,重達2950噸

        111:土星5號火箭的高度(單位:米)

        1969年7月16日凌晨,摩根開車來到卡納維拉爾角火箭發(fā)射基地39a發(fā)射臺的停車場,監(jiān)督給巨大的土星5號火箭注入燃料的工作。背靠漆黑的海洋,航天器沐浴在氙弧燈的燈光中,燃料箱排出的氧氣云彌漫環(huán)繞。摩根說:“絕對是壯觀的一幕。我人站在停車場,看了好一會兒,因為場景太美了?!?/p>

        土星5號有36層樓高,是人類在20世紀其中一項最偉大的技術和工程成就。由天才的火箭科學家馮·布勞恩牽頭研發(fā)。馮·布勞恩甚至在當年為希特勒制造V2火箭的時候,就夢想著造出一枚可以將人送上月球的火箭。美國宇航局的火箭工程師、后來成為高級經理的霍尼卡特說:“馮·布勞恩“不僅技術能力超強,而且有卓越的領導才能,很善于跟政府負責這些項目資金的官員打交道?!?p>

        土星號的研發(fā)應歸功于德國火箭科學家馮·布勞恩的專業(yè)知識(右)

        這枚火箭以液態(tài)氧和煤油為燃料,由多級推進器組成。最底下部分,或者說第一級火箭,安裝了五個巨大的F-1發(fā)動機。另外兩級火箭推進器,共計有六個發(fā)動機,負責將土星5號送入太空軌道。推進器上面是裝著登月艙,然后是三名宇航員的服務和指揮艙的隔熱層。土星5號的頂部裝有一枚逃生火箭,發(fā)射過程中若出現任何差池,能將指揮艙送到安全的地方。霍尼卡特說,“你想不到那東西真就飛起來了。幾百米高,然后尖頭上那個小小的東西竟然還能回到地球,實在是非常了不起的工程成就。”

        送人上月球的火箭本來會比土星5號更大。美國宇航局最初的計劃是研發(fā)一個名叫“新星”的火箭,有八個F-1發(fā)動機,運載一個更大的能夠在月球著陸,然后返回地球的單一航天器。

        2:履帶式運輸車的最大速度(單位:千米/小時)

        土星5號在運載器裝配大樓(VAB)組裝。這座建筑是個龐然大物,大到有自己的天氣系統(tǒng)。組裝完備后工程師面臨的挑戰(zhàn)是,要如何把如此巨大的火箭運送到大約5公里外的發(fā)射臺。一開始的建議是用駁船將航天器運過去,后來決定建造一種巨大的履帶式運輸車。

        土星5號團隊不得不對火箭進行重新設計,以確保它不會產生令宇航員斃命的力量

        土星5號第三級發(fā)動機

        履帶式運輸車有8條巨大的履帶,由2臺發(fā)電機發(fā)電,16臺馬達驅動,行馳與其說是駕車不如說是靜水行船。而且,和行船一樣,駕駛員也是操作人員和工程師團隊的一員,他們負責讓運輸車緩緩地駛向發(fā)射臺,速度慢如蝸牛。駕駛員達夫說,“運輸車每小時可走大約3.2公里,不過,你真的不想跑到那么遠,尤其是負載量這么大的情況下,我們最多就跑大約1.6公里?!彪m然駕駛員坐在駕駛室里,但履帶式運輸車的核心是控制室。達夫說,“控制室真的是操作人員的大腦和神經中樞。測試主管就坐在倒數第二個控制臺上,控制著車上的一切?!?/p>

        在阿波羅計劃期間,將裝載了航天器的土星5號從裝配大樓送至發(fā)射臺需要16個小時,但從發(fā)射臺到進入軌道則只要8分鐘。

        3500萬:土星5號升空時的推力(單位:牛頓)

        土星5號是有史以來功率最強大的火箭。

        首次載人繞月飛行的阿波羅8號的指揮官博爾曼說: “我感覺我們就像位于一根針尖上,這是一根非常巨大的針。我好像被人綁架著去,沒有可以控制一切的感受,發(fā)射時的噪音和震動給你一種地動山搖的感覺。”

        阿波羅8號是太空史上最大膽、最危險的任務之一。與博爾曼一起進入阿波羅指揮艙的還有洛弗爾和安德斯,他們認為成功的概率只有30%。之所以認為這項任務如此危險,是因為之前對土星5號(有時被稱為阿波羅6號)的無人駕駛測試并不順利。阿波羅的飛行主管格里芬說:“我們在阿波羅8號之前進行的試飛幾乎是一場災難,幾乎所有方面都出了問題。”

        履帶式運輸車號以英里小時(約千米1.6千米/小時)?的速度,緩慢穩(wěn)當地將巨無霸土星號送至發(fā)射臺

        最嚴重的是,火箭開始上下彈動,這產生的力量有可能殺死宇航員。格里芬還說:“我們也失去了一些燃油管,而且第三級推進器的發(fā)動機沒能重啟?!痹诮酉聛淼?個月里,馮·布勞恩的火箭團隊著手解決所有的問題,然后說服美國宇航局的管理層,土星5號可以安全飛行了。格里芬后來說:“項目的這個部分很大膽,那三個人也很勇敢,他們登上土星5號,進行首次飛行?!?h3>5:土星5號留在月球上的第三級推進器數量

        發(fā)射僅9分鐘后,土星5號的第一級和第二級火箭就脫落,掉進大西洋。隨后只帶一個發(fā)動機的第三級(令人不解的是正式稱為S4B)點燃推進,給阿波羅航天器有足夠的速度到達預定軌道,然后關閉發(fā)動機。

        接下來,在繞地球一周半后,宇航員重啟S4B的發(fā)動機。在一波名為“月球轉移軌道射入”的操作中,第三級火箭以拋物線方式將阿波羅航天器拋出繞地軌道,射往月球方向。

        在宇航員第二次關閉發(fā)動機后,隨著阿波羅航天器從火箭頂部彈出,這枚火箭就該壽終正寢了。不過,由于火箭第三級與阿波羅航天器以同樣的速度和方向前進,除非宇航員改變其運行軌跡,否則這枚用過的火箭也會跟著他們抵達月球。在最初幾次阿波羅任務中,美國宇航局的解決方案是將S4B送入繞太陽的軌道。今天,阿波羅8號、9號、10號和11號的S4B級仍在繞太陽運行。不過,阿波羅12號任務的第三級火箭已經被地球引力重新捕獲。

        對于接下來的阿波羅任務,美國宇航局提出了一個更富想像力的計劃。從阿波羅12號開始,登月的阿波羅宇航員都會在月球上留下阿波羅月球地表實驗數據包(簡稱Alseps,下同),其中包括一個地震儀。這個實驗數據包會將收集的月球數據傳送回地球。美國宇航局會將用完的三級火箭撞向月球,地質學家可以追蹤撞擊月巖產生的震動來確定月球的地質構成。

        隨著任務的繼續(xù),墜毀月球的第三級數目增加,傳回來的數據也增多。Alseps一直在返回數據,直到1977年,美國宇航局終止了這個項目。

        100:阿波羅12號發(fā)射時的云層覆蓋比

        1969年11月14日,在首次登月四個月后,美國宇航局計劃再次登月。阿波羅12號上的宇航員為康拉德、戈登和比恩。

        在一次發(fā)射中,工程師們發(fā)現土星5號自己生成了閃電

        當天有幾場陣雨,冷鋒橫掃佛羅里達州中部,但氣象學家為發(fā)射開了綠燈,發(fā)射的倒計時也進行得很順利。

        在發(fā)射36秒后,土星5號穿過云層時,指令艙中的電子系統(tǒng)出現故障??道潞暗溃澳鞘鞘裁垂??”這是格里芬首次擔任首席飛行指揮,負責監(jiān)督任務控制。格里芬說, “主警報和其他警告燈亮起,告知出了問題,康拉德一看,竟然整個儀表板的燈都亮了起來?!?/p>

        隨著火箭繼續(xù)向軌道前進,格里芬找到了解決辦法?!斑@個畢業(yè)于俄克拉何馬州東南部一所小學院的年輕人艾倫,我猜他大概25歲左右,我打了個電話問他,他說‘讓他試試把SCE推到Aux(備用電源)上?!备窭锓覐奈绰犝f過這個開關,但他讓宇航通訊員卡爾把這個信息轉告宇航員?!翱道乱矎膩頉]有聽說過那個開關,所以他說把SCE推到備用電源是什么鬼東西?但是比恩知道開關在哪里,因為這個開關就在他前面?!彼麄儼聪麻_關,指令艙恢復了工作。導航計算機重置后,宇航員就飛往月球。

        工程師們后來分析這次火箭發(fā)射,發(fā)現火箭自己生成了閃電,發(fā)射產生的廢氣在云層和地面的帶電粒子之間形成了一個電路。幸運的是,那次閃電并沒有影響火箭的獨立計算機,在整起事件中,計算機一直保持著航天器的正常運行。格里芬說:“聽宇航員在那之后的對話真的很有意思,他們咯咯地笑,就像一輛汽車差點出了車禍而幸存……幾乎一直到進入軌道,都很歡樂。”

        (摘自英國廣播公司新聞網)(編輯/諾伊克)

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