阿波罗13号(Apollo 13)是阿波罗计划中的第三次载人登月任务,于1970年4月执行。发射后两天,服务舱的氧气罐爆炸,太空船严重毁损,大量氧气和电力损失。事故发生后,三位航天员立刻展开自救。太空中,他们面临生命保障系统损坏所导致的种种危险,用航天器的登月舱作为救生艇,克服种种困难,最终成功返回地球。

中文名

阿波罗13号

地球轨道倾角

33.5°

所属国家

美利坚合众国

首飞时间

1970年4月11日

发射时间

1970年4月11日世界时19:13:00

首飞任务

阿波罗计划中的第三次载人登月任务

升空次数

1

搭载航天员数量

3

地球轨道周期

88.07分钟

外文名

Apollo 13

指令舱质量

28,945千克

登月舱质量

15,235千克

指令舱代号

奥德赛

登月舱代号

水瓶座

降落地点

南纬21度38分 西经165度21分

降落时间

1970年4月17日世界时18:07:41

发射地点

佛罗里达州肯尼迪航天中心LC 39A

运载火箭

土星5号 SA-508

任务成员

正式成员

吉姆·洛威尔

吉姆·洛威尔

小詹姆斯·亚瑟·洛威尔(James 'Jim' Arthur Lovell, Jr. ),昵称“吉姆”,阿波罗13号指令长,美国海军飞行员、试飞员、美国国家航空航天局宇航员。1928年3月25日出生于美国俄亥俄州克利夫兰,1952年以海军少尉军衔从美国海军学院毕业,1954年加入美国海军航空兵部队,担任F-2H战斗机驾驶员。1958年1月,洛威尔在海军飞行测试中心(Naval Air Test Center,现美国海军试飞员学校,U.S. Naval Test Pilot School)接受为期六个月的训练,并以班级第一的成绩毕业,在帕图森河海军基地担任试飞员。同一年,洛威尔与其他109名试飞员一同参与水星计划的航天员选拔,但遗憾的是当时洛威尔胆红素偏高,没能胜出。1962年,洛威尔申请加入第二组宇航员选拔,这一次他成功晋级,担任双子星4号的替补驾驶员。1965年12月,洛威尔作为飞行员搭乘双子星7号升空,在轨时间14天。之后,由于双子星9号宇航员埃利奥特·希和查尔斯·巴塞特因坠机事故不幸罹难,洛威尔成为了双子星9A号的替补指令长。1966年11月,洛威尔作为指令长与后来大名鼎鼎的登月第二人—巴兹·奥尔德林搭乘双子星12号再度升空。

之后洛威尔担任了阿波罗计划的宇航员,他原本计划担任阿波罗9号的替补宇航员,由于飞船上出现技术问题,洛威尔被分配到阿波罗8号上担任指令舱驾驶员,提前开始了他的第三次飞行任务,他也由此成为了第一批绕月飞行的宇航员之一。洛威尔作为替补宇航员参与了阿波罗11号的训练活动,并准备指挥阿波罗14号登月,然而考虑到准备搭乘阿波罗13号的宇航员缺乏训练,美国航空航天局再次进行了人事调动,这才将洛威尔和两位搭档的飞行计划变更为阿波罗13号。

在阿波罗13号发生事故后,洛威尔和两位宇航员同僚成功将飞船轨道修正,期间他两度手动操纵登月舱的引擎和机动推进器,靠着在行动指令目录上作的计算,配合手表和舷窗作简单导航将飞船带到正常轨道上。他本人因为这次事故成为目前为止唯一一位两度抵达月球轨道却没能登月的宇航员,同时也创下了滞空715小时、经历太空日出269次的纪录,这个纪录直到1973年9月才被天空实验室3号的宇航员打破。

1973年,洛威尔以上校军衔从海军和航空航天局退役,在德克萨斯州休斯顿的休斯顿湾牵引公司(Bay-Houston Towing Company)工作,在1975年成为该公司的首席执行官,1977年担任菲斯克电话公司(Fisk Telephone Systems)的经理,后来又在森泰尔公司(Centel)任职,1991年退休时担任该公司副总裁。在1995年上映的电影《阿波罗13号》中,洛威尔本人客串了搜寻阿波罗13号的硫磺岛号两栖攻击舰舰长,用他本人的话说这与他的军衔正好对应(注:英语中海军上校与舰长恰好是一个词—“captain”)。

杰克·斯威格特

杰克·斯威格特

小约翰·莱昂纳德·斯威格特(Jack Leonard Swigert, Jr. ),昵称“杰克”,阿波罗13号指令舱驾驶员,美国空军飞行员、试飞员,美国国家航空航天局宇航员、机械师、航空航天工程师。1930年8月30日出生于美国科罗拉多州丹佛市,1953年毕业于科罗拉多大学,随后加入美国空军,在日本和韩国服役,退出现役后加入美国空军国民警卫队,并先后在普拉特·惠特尼集团公司与北美航空公司担任试飞员。1965年,斯威格特从伦斯勒理工学院毕业并获得理学硕士学位,主攻航空航天工程方向,次年入选美国国家航空航天局第五组宇航员,1967年获得哈佛大学的工商管理硕士学位。斯威格特原本是被安排作为阿波罗13号的替补宇航员,但是,宇航局的医疗团队怀疑正式成员有感染麻疹的可能,而三人之中只有指令舱驾驶员肯·马丁利没有得过麻疹,换句话说他对麻疹没有免疫力,因此航天局高层决定撤换马丁利,让斯威格特替补。

阿波罗13号返回地球后斯威格特获得了总统自由勋章,1977年,他从航天局退休并投身政界。斯威格特终身未婚,也没有子嗣,1982年12月27日,他在代表共和党参加科罗拉多州的参议院议员选举期间,因淋巴癌去世,享年51岁。

弗莱德·海斯

小弗莱德·华力士·海斯(Fred Wallace Haise, Jr.),阿波罗13号登月舱驾驶员,美国空军飞行员、试飞员,美国国家航空航天局宇航员、航空航天工程师。海斯1933年11月14日出生于密西西比州比洛克西,1959年从俄克拉荷马大学获得航空工程学学位。他于1964年在美国空军试飞员学校下属的爱德华空军基地完成了研究生课程,还于1972年在哈佛大学商学院完成了PMD课程。他于1954年完成了美国海军的飞行训练,成为了一名美国海军陆战队的战斗机飞行员。1959年,海斯在美国国家航空航天局的刘易斯研究中心(Lewis Research Center)成为了一名航空研究飞行员,并于1963年在德来顿飞行研究中心(Dryden Flight Research Center)服役,1966年,还与杰克·斯威格特一道被选入第五组宇航员,他是同僚的第一个获得太空任务的人。海斯担任了阿波罗8号、阿波罗11号以及阿波罗16号的替补成员。1970年,海斯作为登月舱驾驶员参与了阿波罗13号任务。根据原本的计划,他还要在后来被取消的阿波罗19号任务中担任指令长。在1977年的企业号航天飞机任务中,海斯担任指令长。1979年6月,海斯从航空航天局退役,在格鲁曼飞机工程公司担任经理直到1996年退休。

替补成员

替补成员同样接受任务训练,在主力成员无法执行任务时接替。

• 约翰·杨(John Young,曾执行双子星3号、双子星10号、阿波罗10号、阿波罗16号、STS-1以及STS-9任务)指令/服务舱驾驶员。

• 杰克·斯威格特(Jack Swigert,曾执行阿波罗13号任务),指令长。

• 查尔斯·杜克(Charles Duke,曾执行阿波罗16号任务),登月舱驾驶员。

备份机组

备份机组并不接受任务训练,但被要求能够在会议时代替某位宇航员,并参与任务计划的细节敲定。他们也经常在任务被执行时担任地面通讯任务。

• 文斯·布兰德(Vance Brand),曾执行阿波罗-联盟测试计划、STS-5、STS-41-B以及STS-51任务。

• 杰克·洛斯马(Jack Lousma),曾执行天空实验室3号以及STS-3任务。

• 约瑟夫·科文(Joseph Kerwin),曾执行天空实验室2号,STS-85任务。

成员变更

肯·马丁利

是原计划中的指令/服务舱驾驶员,但是他由于接触了麻疹,在发射前3天被杰克·斯威格特替换。他后来成为担任了阿波罗16号任务的指令舱驾驶员。

飞控主任

• 白队:吉恩·克兰兹(Gene Kranz),首席飞控主任

• 黑队:格林·伦尼(Glynn Lunney)

• 褐队:米尔特·温德勒(Milt Windler)

• 金队:格瑞·格里芬(Gerry Griffin)

任务介绍

阿波罗13号任务开始时也曾出现过一次不甚闻名但同样危险的事故。第二级火箭燃烧时,中间的5号推进器提前关闭了,使其他四台推进器必须延长燃烧时间。工程师们事后发现这个问题的起因是纵向耦合振动,而这种情况足以把第二级火箭撕裂。当时推进器承受着16赫兹的频率,68G的重力,发动机架被拉长了约7.6厘米。幸运的是,震动导致了推进器压力降低,控制电脑自动将其关闭。小幅度的纵向耦合振动也曾在之前的阿波罗任务中出现过,但在阿波罗13号时涡轮泵中的气穴与纵向耦合的非正常作用时震动幅度加大。后来的任务中,火箭进行了反纵向耦合修改(阿波罗13号之前就已经在进行),解决了这一问题。修改是在中间推进器的液体氧线上添加一个氦气储存罐,以降低振动的几率,并保证在这一办法无效时5号推进器会自动关闭,以及在所有五个第二级火箭推进器上简化的燃料阀门。

爆炸

在阿波罗13号前往月球的航程中,离地球321,860公里时,服务舱的二号氧气罐发生爆炸。当时指挥中心要求三位太空人搅动氧气罐,以确保氧气均匀分布。斯威格特搅动氧气罐后,损坏的氧气罐特氟纶绝缘电线起火,使氧气罐内气压增加(标准气压为7百万帕)导致爆炸。爆炸的确切原因不明,一种说法是小行星击中了服务舱乃至于登月舱。[1]

爆炸同时也损坏了服务舱其余部分,一号氧气罐尤其严重。爆炸后,指挥/服务舱失去了两个氧气罐中所有的氧气。服务舱里的氧气是指挥/服务舱供电系统的必要部分,换句话说,航天器的电力在爆炸后便所剩无几。指挥舱里还有返回大气层时所需的电池,但只能使用约十小时。由于电力必须留待返航大气层时使用,所以三位太空人不得不把登月舱当作“救生艇”。登月舱作为“救生艇”的步骤在阿波罗13号出发不久前才刚开始有模拟训练。

返回

航天器受损使原定在弗拉·毛罗高地的登月任务被迫取消。指挥中心有人提议立刻让航天器掉头并加速返回地球。但是整个航天器上唯一有直接掉头所需推力的服务推进系统(SPS)位于发生事故的服务舱尾部,由于损坏状况不明,点燃推进系统有再次引起爆炸的风险,为了安全考量,指挥中心决定不使用推进系统。他们选择利用月球引力返航,绕过月球背面再让航天器进入自由返航轨道。为了进入自由返航轨道,必须校正一次飞行轨道;正常情况下会使用服务推进系统来校正轨道,但由于事故影响,在工程师团队长时间研究后,指挥中心决定使用登月舱的降落火箭。绕过月球后,登月舱降落火箭被点燃,进行PC+2(

P

eri

C

ynthion,近月点+

2

小时)燃烧,以加速返回地球。返回地球途中登月舱降落火箭再次点燃,以完成一次简单的轨道校正。

如何操纵严重受损的航天器安全返回地球是三位宇航员和地面指挥人员最大的难题。登月舱原本只设计供两名宇航员使用两天,如今却有三名太空人要靠它存活四天。登月舱上用以过滤二氧化碳的氢氧化锂过滤器无法负荷这种需求。尽管指挥舱另有备用过滤器,但它们与登月舱上的接口形状不同。在二氧化碳浓度不停升高的情况下,地面指挥即时想出了解决办法,他们指导太空人用太空船上仅有的物资拼装连接起两种不同形状的过滤装置,成功降低登月舱的二氧化碳浓度。

在航天器逐渐接近大气层时,航空航天局作了一个特殊决定:拍摄服务舱的照片以便分析事故起因,先抛弃服务舱而不是常态下应先被抛弃的登月舱。当三位太空人首次看到服务舱时,他们惊讶地发现燃料电池和氧气罐上整块面板都被炸飞了。

地面指挥中心还担心返航途中为了省电关闭维生系统而失温的指挥舱,会因为水凝结导致电子控制系统短路,这无法预防,只有在系统重开机的当下才会知道系统是否顺利运作。幸运的是最后一切正常。

三位宇航员最终安全返回了地球,尽管海斯由于缺少饮用水以及排尿困难患了尿道感染必须住院。返回途中,三位宇航员被告知不可将尿液或其他液体排出舱外,因为在没有推进器校正轨道的情况下,这会影响航天器的运行轨道。

尽管事故本身非常不幸,但三位宇航员仍应该感到幸运航天器是在去月球途中出现问题,而非回程;否则他们在紧急情况下可调动的剩余资源会大大减少。如果服务舱的爆炸发生在绕月或返航途中,三位宇航员生还的机会非常渺茫。(若正常完成登月任务,登月舱会被抛弃,三位宇航员就没有救生舱)

矛盾的是,爆炸前氧气罐的另一次故障可能刚好救了阿波罗13号三位宇航员的性命。任务开始后46小时40分钟后,二号氧气罐指针读数异常,一度超过100%。为了找出原因,斯威格特被要求搅动氧气罐:这次额外的搅动原本会被安排在登月之后。如果真的是这样,洛威尔和海斯可能登月后就再也没有机会回到地球了。

航空航天局事后进行了详细调查,并修改了航天器设计以避免再发生类似事件。