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太陽神13號

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太陽神13號
任務徽章
Apollo 13-insignia.png
任務概要
任務名稱 太陽神13號
口令 指揮/服務艙(CSM):奧德賽
登月艙(LM):水瓶座
隊員人數 3
發射地點 佛羅里達州甘迺迪航天中心
LC 39A
發射 1970年4月11日
19:13:00 UTC
返回 1970年4月17日
18:07:41 UTC
21°38′S 165°21′W / 21.633°S 165.350°W / -21.633; -165.350
任務時間 5天22小時54分鐘41秒
遠地點 185.6公里
近地點 181.5公里
地球軌道周期: 88.07分鐘
地球軌道傾角 33.5°
質量 指揮艙:28,945千克
登月艙:15,235千克
隊員合照
左起:洛威爾、斯威格特、海斯
左起:洛威爾、斯威格特、海斯
導航
前次任務 後次任務
AP12goodship.png 太陽神12號 Apollo 14-insignia.png 太陽神14號

太陽神13號Apollo 13)是太陽神計劃Project Apollo)中的第三次載人登月任務。發射後兩天,服務艙的氧氣罐爆炸,太空船嚴重毀損,失去大量氧氣和電力;三位太空人使用航天器的登月艙作為救生艇。導航與控制系統沒有損壞,但是為了節省電力,在返回地球大氣層之前都被關閉。三位太空人在太空中面臨維生系統損壞所導致的種種危機,但最後仍成功返回地球。

任務成員[編輯]

替補成員[編輯]

替補成員同樣接受任務訓練,在主力成員因各種原因無法執行任務時接替。

備選組員[編輯]

備選組員並不接受任務訓練,但被要求能夠在會議時代替某位太空人,並參與任務計劃的細節敲定。他們也經常在任務被執行時擔任地面通訊任務。

變更[編輯]

肯·馬丁利是原計劃中的指令/服務艙駕駛員,但是他由於接觸了風疹,在發射前3天被傑克·斯威格特替換。肯·馬丁利後來成為擔任了太陽神16號任務的指令/服務艙駕駛員。

任務數據[編輯]

氧氣罐爆炸[編輯]

  • 1970年4月13日,02:08:53.555 UTC
    • 當時太陽神13號離地球321,860公里。

距月球最近點[編輯]

  • 1970年4月15日,00:21:00 UTC
    • 距月球約254.3公里;
    • 距地球400,171公里(此距離可能是一個記錄,請參閱下文)。

名言[編輯]

「休士頓,我們有個麻煩。」(Houston, we have a problem.)其實不是當時實際的情況所說的。

真實的情況是:「好,休士頓,我們這裏有麻煩了」(Okay, Houston, we've had a problem here.[1],出自斯威格特之口。稍後洛威爾則回報了一句類似的話:「休士頓,我們有麻煩了。」(Houston, we've had a problem.

任務介紹[編輯]

太陽神13號損壞的服務艙 (NASA)

太陽神13號任務開始時也曾出現過一次不甚聞名但同樣危險的事故。第二級火箭燃燒時,中間的5號推進器提前關閉了,使其他四台推進器必須延長燃燒時間。[2] 工程師們事後發現這個問題的起因是縱向耦合振動(pogo oscillation),而這種情況足以把第二級火箭撕裂。當時推進器承受着16赫茲的頻率,68G的重力,發動機架被拉長了約7.6厘米(3英寸)。幸運的是,震動導致了推進器壓力降低,控制電腦自動將其關閉。[3] 小幅度的縱向耦合振動也曾在之前的太陽神任務中出現過(甚至在最早的巨人-雙子星無人任務時就被認為是潛在的問題),但在太陽神13號時渦輪泵中的氣穴與縱向耦合的非正常作用時震動幅度加大。[4] 後來的任務中,火箭進行了反縱向耦合修改(太陽神13號之前就已經在進行),解決了這一問題。修改是在中間推進器的液體氧線上添加一個氣儲存罐,以降低振動的機率,並保證在這一辦法無效時5號推進器會自動關閉,以及在所有五個第二級火箭推進器上簡化的燃料閥門。

爆炸[編輯]

在太陽神13號前往月球的航程中,離地球321,860公里時,服務艙的二號氧氣罐發生爆炸。當時指揮中心要求三位太空人攪動氧氣罐,以確保氧氣均勻分佈。斯威格特攪動氧氣罐後,損壞的氧氣罐特氟綸絕緣電線起火,使氧氣罐內氣壓增加(標準氣壓為7百萬帕)導致爆炸。爆炸的確切原因不明,一種說法是小行星擊中了服務艙乃至於登月艙。

太陽神指揮/服務艙(NASA)

爆炸同時也損壞了服務艙其餘部分,一號氧氣罐尤其嚴重。爆炸後,指揮/服務艙失去了兩個氧氣罐中所有的氧氣。服務艙里的氧氣是指揮/服務艙供電系統的必要部分,換句話說,航天器的電力在爆炸後便所剩無幾。指揮艙里還有返回大氣層時所需的電池,但只能使用約十小時。由於電力必須留待返航大氣層時使用,所以三位太空人不得不把登月艙當作「救生艇」。登月艙作為「救生艇」的步驟在太陽神13號出發不久前才剛開始有模擬訓練。[5]

返回[編輯]

航天器受損使原定在弗拉·毛羅高地的登月任務被迫取消。指揮中心有人提議立刻讓航天器掉頭並加速返回地球。但是整個航天器上唯一有直接掉頭所需推力的服務推進系統(SPS)位於發生事故的服務艙尾部,由於損壞狀況不明,點燃推進系統有再次引起爆炸的風險,為了安全考量,指揮中心決定不使用推進系統。他們選擇利用月球引力返航,繞過月球背面再讓航天器進入自由返航軌道。為了進入自由返航軌道,必須校正一次飛行軌道;正常情況下會使用服務推進系統來校正軌道,但由於事故影響,在工程師團隊長時間研究後,指揮中心決定使用登月艙的降落火箭。繞過月球後,登月艙降落火箭被點燃,進行PC+2(PeriCynthion,近月點+2小時)燃燒,以加速返回地球。返回地球途中登月艙降落火箭再次點燃,以完成一次簡單的軌道校正。

如何操縱嚴重受損的航天器安全返回地球是三位宇航員和地面指揮人員最大的難題。登月艙原本只設計供兩名宇航員使用兩天,如今卻有三名宇航員要靠它存活四天。登月艙上用以過濾二氧化碳氫氧化鋰過濾器無法負荷這種需求。儘管指揮艙另有備用過濾器,但它們與登月艙上的接口形狀不同。在二氧化碳濃度不停升高的情況下,地面指揮即時想出了解決辦法,他們指導宇航員用太空船上僅有的物資拼裝連接起兩種不同形狀的過濾裝置,成功降低登月艙的二氧化碳濃度。

在航天器逐漸接近大氣層時,航空航天局作了一個特殊決定:拍攝服務艙的照片以便分析事故起因,先拋棄服務艙而不是常態下應先被拋棄的登月艙。當三位宇航員首次看到服務艙時,他們驚訝地發現燃料電池和氧氣罐上整塊面板都被炸飛了。

地面指揮中心還擔心返航途中為了省電關閉維生系統而失溫的指揮艙,會因為水凝結導致電子控制系統短路,這無法預防,只有在系統重開機的當下才會知道系統是否順利運作。幸運的是最後一切正常。

太陽神13號終於安全返回 (NASA)

三位宇航員最終安全返回了地球,儘管海斯由於缺少飲用水以及排尿困難患了尿道感染必須住院。

返回途中,三位宇航員被告知不可將尿液或其他液體排出艙外,因為在沒有推進器校正軌道的情況下,這會影響航天器的運行軌道。[6]

儘管事故本身非常不幸,但三位宇航員仍應該感到幸運航天器是在去月球途中出現問題,而非回程;否則他們在緊急情況下可調動的剩餘資源會大大減少。如果服務艙的爆炸發生在繞月或返航途中,三位宇航員生還的機會非常渺茫。(若正常完成登月任務,登月艙會被拋棄,三位宇航員就沒有救生艙)

矛盾的是,爆炸前氧氣罐的另一次故障可能剛好救了太陽神13號三位宇航員的性命。任務開始後46小時40分鐘後,二號氧氣罐指針讀數異常,一度超過100%。為了找出原因,斯威格特被要求攪動氧氣罐:這次額外的攪動原本會被安排在登月之後。如果真的是這樣,洛威爾和海斯可能登月後就再也沒有機會回到地球了。

航空航天局事後進行了詳細調查,並修改了航天器設計以避免再發生類似事件。

事故的起因[編輯]

太陽神13號上發生的爆炸引起了一場漫長的事故原因調查。由於太陽神計劃保留了詳細的製造紀錄和問題紀錄,液態氧氣罐幾近災難的爆炸原因最終被縮小到幾個小故障的共同作用。[來源請求]

參見[編輯]

注釋[編輯]

  1. ^ Detailed Chronology of Events Surrounding the Apollo 13 Accident
  2. ^ Apollo 14 Launch Operations (comments on Apollo 13 pogo), Moonport: A History of Apollo Launch Facilities and Operations, NASA
  3. ^ Pogo, Jim Fenwick, Threshold - Pratt & Whitney Rocketdyne's engineering journal of power technology, Spring 1992
  4. ^ Mitigating Pogo on Liquid-Fueled Rockets, Aerospace Corporation Crosslink magazine, Winter 2004 edition
  5. ^ Lovell, Jim, and Jeffrey Kluger. Apollo 13. Boston: Houghton Mifflin, 2000.
  6. ^ Account of Apollo 13 by James Lovell, NASA website

外部連結[編輯]