來源：牧夫天文
2020年4月11日是阿波羅任務(wù)13號發(fā)射五十周年的紀(jì)念日，與前一年七月成功把人類首次送上月球的阿波羅11號不同，這次任務(wù)遇到了極其嚴(yán)重的爆炸事故。然而在所有人的共同努力下，三名航天員于1970年4月17日（50年前的今天）成功返回地球。因此，這次任務(wù)被稱為一次成功的失敗，值得后人紀(jì)念。
阿波羅13號任務(wù)紀(jì)念幣
一次太空任務(wù)最糟糕的結(jié)局大概就是把人送上天的同時人也順便升天（非字面意義）了吧。NASA（美國國家航空航天局）可說是現(xiàn)今世界上最成功的組織之一了，但是再成功的組織也會遇到意外。1961年，當(dāng)時的美國總統(tǒng)約翰·F·肯尼迪設(shè)立了要在1970年前載人登陸月球的目標(biāo)。同年，剛剛成立三年的NASA啟動了“阿波羅”計劃。這項登月計劃耗資254億美元，成為NASA當(dāng)時最昂貴的太空計劃。按通貨膨脹率計算，今天的這個方案約為1530億美元（約一兆人民幣）。
“阿波羅”計劃第一次使用三個部分構(gòu)建飛船。它們分別是：指令艙（CM）、服務(wù)艙（SM）和登月艙（LM）。飛船發(fā)射時的最前端是指令艙（CM），該模塊搭載了三名航天員。然后，服務(wù)艙（SM）連接到指令艙的后面，為航天員提供動力和生命支持。兩者結(jié)合起來構(gòu)成了指令服務(wù)艙（CSM）。飛船的最后一部分是登月艙（LM），在離開地球軌道后登月艙會跑到指令服務(wù)艙之前（見動圖），最終將兩名航天員帶到月球表面，而另一名航天員則留在沿月球軌道飛行的指令服務(wù)艙中。在航天員重新進(jìn)入地球大氣層之前，服務(wù)艙和登月艙將被丟棄。這一革命性的設(shè)計為火箭節(jié)省了質(zhì)量和燃料。
阿波羅系列任務(wù)的火箭結(jié)構(gòu)示意圖，從左至右分別是登月艙LM，指揮艙CM和服務(wù)艙SM。注意左邊是前面月球方向。| pixabay
經(jīng)過廣泛的測試，阿波羅號火箭準(zhǔn)備行動。阿波羅計劃的頭幾次發(fā)射，即阿波羅1-10號，是首次登月的“練習(xí)”。阿波羅1號原計劃是近地軌道載人飛行實驗，但在地面演習(xí)中發(fā)生了火災(zāi)，三名航天員不幸喪生。這次任務(wù)原本名稱是AS-204，任務(wù)后三名航天員的家屬希望人們不要忘記這次事故，NASA便保留了“阿波羅1號”這一名稱。鑒于阿波羅1號出師不利，NASA只好將后續(xù)的任務(wù)改成無人實驗，繼續(xù)檢驗安全性能和技術(shù)性能。從阿波羅4號到6號，分別無人測試了指令服務(wù)艙、生命維持系統(tǒng)、主發(fā)動機(jī)、登月艙等子系統(tǒng)。阿波羅7號到10號則為各種載人實驗，每一次都為之后的載人登月累積了寶貴的經(jīng)驗。然后，1969年7月16日，阿波羅11號發(fā)射升空。在穿越無盡深邃的太空之后，1969年7月21日，尼爾·阿姆斯特朗（Neil Alden Armstrong）和巴茲·奧爾德林（Buzz Aldrin）降落在月球上。當(dāng)時美國的每個電視臺都通過電視廣播登月，慶祝這個國家成為第一個將人類送上月球的國家，擊敗了當(dāng)時正在冷戰(zhàn)另一端的蘇聯(lián)人。然而，每一次成功，都注定伴隨著背后的失敗。
阿波羅11號登月的巴茲·奧爾德林（Buzz Aldrin）| Wikipedia
阿波羅11號飛行任務(wù)之后，NASA計劃進(jìn)行更多發(fā)射，以進(jìn)行更多的測試。在正常程序中，如果主要機(jī)組人員任何一人無法執(zhí)行任務(wù)，則整組替換成后備小組去執(zhí)行，因為團(tuán)隊合作和航天員的共同訓(xùn)練對于空間生存很重要。但是，在發(fā)射前一周的一次例行體檢中，后備組員查理·杜克（Charlie Duke）被發(fā)現(xiàn)感染了風(fēng)疹。為了避免疾病傳播的風(fēng)險，醫(yī)生進(jìn)行了進(jìn)一步的檢查，他發(fā)現(xiàn)只有原組員肯·馬汀利（Ken Mattingly）從小到大都沒有感染過風(fēng)疹，因此沒有對這一疾病的抵抗力。考慮到兩組組員一起訓(xùn)練，有交叉感染的風(fēng)險，指揮中心擔(dān)心肯·馬汀利可能會在任務(wù)中發(fā)病。而原本應(yīng)該要整組換成后備小組的程序因為后備組員查理·杜克還在生病中所以無法執(zhí)行。NASA不得不決定提拔后備組員杰克·斯威格特（Jack Leonard Swigert， Jr。）來填補(bǔ)他的空缺。最終就是原組員小詹姆斯·亞瑟·洛威爾（James Jim Arthur Lovell， Jr。）和小弗萊德·華力士·海斯（Fred Wallace Haise， Jr。）帶后備組員杰克。這場突然的變化是注定要發(fā)生的阿波羅13 號不幸事件鏈中的第一個事件。
在新組員一起訓(xùn)練僅三天之后，1970年4月11日到了。那天是任務(wù)的一天，航天員在2：13 PM發(fā)射升空。發(fā)射的第一階段進(jìn)展順利，但在第二階段過早切斷助推火箭時出現(xiàn)了一個小問題。為了試圖彌補(bǔ)這一錯誤，航天員點燃了第三級火箭，時長比計劃的要長一些。這個小錯誤似乎不是什么大問題，最終整個發(fā)射流程是如此的精確，以至于取消了計劃中的第一次航向校正。
任務(wù)開始后55小時53分鐘，當(dāng)航天員離地球約33萬公里時，災(zāi)難性的事故發(fā)生了。由經(jīng)驗豐富的吉恩·克蘭茲（Gene Kranz）領(lǐng)導(dǎo)的休斯頓指揮中心要求杰克對服務(wù)艙中的氫氣和氧氣風(fēng)扇進(jìn)行例行循環(huán)，以解凍儲罐并提供更準(zhǔn)確的讀數(shù)。杰克運行風(fēng)扇后兩分鐘，航天員聽到了“相當(dāng)大的爆炸”。
“嘿，我們這里出了個問題?！苯芸撕艚小?/p>
“這是休斯頓；請再說一次。”膠囊通訊器傳來回答。
“休斯頓，我們遇到了問題（原句其實是Houston， we’ve had a problem而不是電影里有名的Houston， we have a problem）。我們的主B總線電壓過低?！苯芸苏f道。
這種低電壓是指航天器兩個主要電路之一的功率下降。第一次對話為阿波羅13號機(jī)組人員和休斯頓指揮中心帶來了一系列嚴(yán)重問題。一位記者稱其為“空間探測歷史上最大的公共緊急事件和最戲劇性的救援”。斷電后不久，兩個低溫氧氣罐中的一個氧氣含量降至零，這意味著如果航天員保持正常消耗水平，那么指令服務(wù)艙很快就將沒有動力，也沒有氧氣。休斯頓指揮中心開始迅速提出挽救航天員的方案?，F(xiàn)在，這次任務(wù)有了新的目標(biāo)：安全地將這些航天員送回家。
休斯頓指揮中心 |nasa.gov
休斯頓指揮中心和航天員認(rèn)為，最好的做法是將其登月艙用作一種“救生艇”，因為如果按常規(guī)程序使用指令服務(wù)艙，它將僅剩15分鐘的動力。機(jī)組關(guān)閉了指令服務(wù)艙中的所有系統(tǒng)，希望它們可以節(jié)省足夠的動力、氧氣和冷卻水以供再次進(jìn)入大氣層。然后，將機(jī)組人員轉(zhuǎn)移至登月艙。但是，這又帶來了另一個問題：登月艙沒有長時間供電的相關(guān)設(shè)計。因此，即使外部溫度接近絕對零度，機(jī)組也關(guān)閉了所有不必要的系統(tǒng)，包括暖氣。
當(dāng)時，機(jī)組人員離月球還有8萬公里，20個小時的路程。機(jī)組人員計劃繞月球飛行并利用其引力通過“自由返回軌道”將航天員運送回地球。由于計劃的變更，航天員開啟登月艙試圖進(jìn)行航向校正以執(zhí)行此操作。但是，在之前嘗試節(jié)電的過程中，陀螺儀和其他導(dǎo)航儀器電源已關(guān)閉。因此，船員們以地球和太陽為基準(zhǔn)，使他們的“救生艇”不會迷失在茫茫星海中。
當(dāng)機(jī)組人員抵御寒冷并停留在返回地球的登月艙上時，二氧化碳水平開始上升到有毒水平。這是因為登月艙原本只用于過濾兩位航天員而非三位航天員使用的氧氣。這使休斯頓的指揮中心急忙尋找解決方案。指令服務(wù)艙的過濾器和登月艙的過濾器彼此不兼容，因此這不是一個可行方案。休斯頓的團(tuán)隊不得不想出一種方法，使指令艙的圓柱形過濾器相容于登月艙中的矩形過濾器。為此，他們制造了一個名為“郵箱（Mailbox）”的設(shè)備，該設(shè)備是一個額外的太空服的導(dǎo)管，使空氣通過過濾器返回。
解決了他們的氧氣問題之后，接下來地面需要制定機(jī)組人員重返地球大氣層的計劃。這個問題尤其困難，因為指令服務(wù)艙所剩電量不多，而登月艙沒有隔熱罩。指揮中心請肯·馬汀利（就是沒有風(fēng)疹抵抗力所以沒能執(zhí)行任務(wù)的那位組員）制定了一項計劃，用電池中剩余的少量能量為指令服務(wù)艙供電。他在地球上的模擬環(huán)境中用組員有的材料和工具制定了計劃，讓組員可以只為重新進(jìn)入大氣層所必需的設(shè)備供電。在馬汀利的計劃中，航天員將動力從即將廢棄的登月艙轉(zhuǎn)移到指令服務(wù)艙，以便有足夠的能量為所有必需的系統(tǒng)供電。
他們再次點燃了登月艙的發(fā)動機(jī)以調(diào)整軌道并制定了再入計劃后，機(jī)組人員準(zhǔn)備好了再入飛行。杰克進(jìn)入指令艙，以啟動所需的儀器。詹姆斯和小弗萊德關(guān)閉了登月艙并轉(zhuǎn)移到指令艙。隨后他們分離了高度受損的服務(wù)艙和他們的救生艇登月艙。
經(jīng)過數(shù)小時的寒冷低溫和漫長的夜晚，航天員重新回到地球的引力范圍內(nèi)。盡管已采取了所有節(jié)能的程序，但他們?nèi)匀徊恢滥芊衿桨不貧w，不知道隔熱罩是否已損壞或降落傘是否凍結(jié)而無法正確展開。
航天員為重返大氣層作好防沖擊準(zhǔn)備，與此同時休斯頓則不得不在無線電中斷 的黑障期間等待六分鐘。中斷時間比預(yù)期長87秒，全世界都以為已經(jīng)失去了他們。最終，詹姆斯通過無線電廣播讓世人得知航天員已經(jīng)幸存。飛船最后降落在太平洋上，美國和蘇聯(lián)的船只前來接回他們。
重新進(jìn)入地球大氣層后的“阿波羅13號”指揮艙 |pixabay
NASA與世界其他地方一樣松了一口氣。NASA組成了一個專家小組，對造成失敗的原因進(jìn)行了理論分析。他們得出的結(jié)論是，氧氣罐風(fēng)扇接線上的絕緣不良導(dǎo)致短路，從而點燃了絕緣層。這會引起氧氣罐爆炸，從而損壞了氧氣罐和周圍設(shè)備。
調(diào)查結(jié)果出來之后，NASA重新設(shè)計了氧氣罐，并增加了第三個氧氣罐。電線用不銹鋼覆蓋，以防止絕緣層著火。他們還對閥門和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了更新，以便在出現(xiàn)問題時，航天員和控制中心可以更快地做出反應(yīng)。阿波羅13號任務(wù)本來應(yīng)該是登月任務(wù)，對于這個目標(biāo)而言任務(wù)本身是一次徹底的失敗。然而，爆炸后，阿波羅13號成功完成了其新任務(wù)：將航天員帶回。航天員的安全歸來意味著阿波羅13號被認(rèn)為是NASA的“最大成就”之一。因此阿波羅13號又被稱為“成功的失敗”。而不論任務(wù)是成功還是失敗，阿波羅13號都避免了一次生命的悲劇，航天員和地面上的指揮人員都是偉大而值得贊揚的！
從南太平洋歸來的阿波羅13號成員 |Wikipedia
