阿波罗13号:生存的奥德赛

太空
Apollo 13: The Odyssey of Survival
为庆祝我们的品牌重塑并迁至标志性的 apollothirteen.com 域名,本文将深度回顾阿波罗13号的任务历程、危机时刻及绝境求生。

第一部分:常规的终结

要理解为什么阿波罗13号(Apollo 13)至今仍是人类探索史上最扣人心弦的故事,首先必须了解1970年4月的那种宁静。那是一种奇怪的宁静——它并非源于紧张,而是源于乏味。

在 Neil Armstrong 和 Buzz Aldrin 踏上静海(Sea of Tranquility)后不到一年,曾经的不可能已迅速演变成了平凡。这场“太空竞赛”感觉就像一场已经分出胜负的游戏。苏联已被击败,旗帜已经插上,美国民众正准备转换频道。当阿波罗13号于1970年4月11日中部标准时间(CST)13:13准时升空时,它的分类仅仅是一次“常规”飞行。

这种冷淡是显而易见的。受当时收视率算法驱动的主要电视网认为,宇航员们的黄金时段电视特辑戏剧性不足,不足以停播《多丽丝·戴节目》The Doris Day Show)。任务进行到第55小时,指令长 Jim Lovell、指令舱驾驶员 Jack Swigert 和登月舱驾驶员 Fred Haise 在飞船中漂浮,向地球传回一段参观导览。Lovell 在广播结束时祝大家晚安。

当时没人知道,就在摄像机切断画面几分钟后,飞船就开始走向毁灭。

这次任务本应是从工程演示向严谨科学的转变。任务徽章上的格言是 Ex Luna, Scientia——“知识来自月球”。他们前往的是弗拉·毛罗高地(Fra Mauro highlands),这是一个崎岖的丘陵地带,被认为隐藏着月球古老地质历史的秘密。但他们永远无法踏上那里。相反,阿波罗13号将成为对该计划韧性的最高考验,将一场地质考察转变为一场终极的生存大戏。

第二部分:人类变量

阿波罗13号的戏剧性在发射前很久就开始了,由生物学和偶然因素决定。这是一个关于人类免疫系统的复杂性如何改变历史进程的故事。

最初的首发机组是一个紧密的团队:Lovell、Haise 和 Ken Mattingly。作为原定的指令舱驾驶员,Mattingly 是这艘飞船的操纵大师。他在模拟器中度过了数百小时,专门针对 Lovell 和 Haise 在月表期间他将进行的孤独轨道操作进行训练。他对飞船的布线了如指掌。

然而,在发射前七天,候补登月舱驾驶员 Charles Duke 从他的孩子那里感染了风疹(德国麻疹)。他曾与首发机组共同训练多日,呼吸着同样的空气。NASA 的飞行医生随即介入。他们确定 Lovell 和 Haise 具有免疫力,因为他们童年时患过此病。但 Ken Mattingly 体内没有抗体。

医生们向 NASA 管理层提交了一个严峻的可能性:如果 Mattingly 参飞,他可能会在独自驾驶指令舱环绕月球时爆发红疹并发烧。如果在关键的交会对接机动中他丧失了行动能力,他将无法从月球表面接回 Lovell 和 Haise。那将是一个死刑判决。

在一项令 Mattingly 感到崩溃的决定中,他在飞行前仅72小时被禁飞。他的位置由候补驾驶员 Jack Swigert 接替。Swigert 是一位38岁的单身汉,曾任空军战斗机飞行员,拥有机械工程背景。他胜任、聪明且渴望任务,但他没有像 Lovell 和 Haise 那样针对这次特定的任务流程进行过长期的团队整合训练。他是“新人”,在几乎没有时间进行心理调整的情况下被推上了座位。

虽然1995年的电影戏剧化了 Swigert 与其他成员之间的摩擦,但录音稿显示,这个团队以非凡的专业精神完成了融合。然而,这次更替以一种谁也无法预料的方式挽救了任务。它让 Ken Mattingly 留在了地球。当飞船瘫痪时,正是 Mattingly 将自己锁在休斯顿(Houston)的模拟器中,利用他对飞船的深入了解,设计出了最终带宇航员回家的紧急程序。

第三部分:机器与缺陷

要理解这场灾难,必须审视其硬件。阿波罗“组合体”是一个冗余设计的奇迹,一座技术的摩天大楼。

  • 土星5号(Saturn V): 有史以来最强大的机器,产生760万磅的推力。
  • 指令舱(Odyssey): 母船和再入载具。
  • 登月舱(Aquarius): 蜘蛛状的着陆器。
  • 服务舱: 携带燃料、主发动机和生命支持系统的巨大圆柱形舱体。

缺陷深藏在服务舱内部的 2号氧气罐 之中。

几年前,这个特定的氧气罐(序列号 10024X-TA0009)曾安装在阿波罗10号上,但后来被拆下进行改装。在拆卸过程中,一个吊装夹具断裂,氧气罐跌落了两英寸撞在工厂地板上。这看起来只是轻微的震动,但在内部,精细的注液管组件被震松了。

时光流转到1970年,阿波罗13号发射前几周。在发射架上进行的一次“排氧”测试中,地勤人员由于那个受损的导管而无法排空罐内的氧气。为了解决这个问题,他们决定开启罐内的内部加热器将氧气煮干。他们将加热器连接到了65伏的地面电源上。

他们不知道的是,氧气罐内部的恒温开关额定电压仅适用于飞船的28伏直流系统。当高电压接入时,开关由于电弧作用焊死在了闭合位置。在八个小时里,加热器持续运行,使氧气罐内部温度超过1000华氏度(538摄氏度)。高温如此剧烈,以至于熔化了风扇电机接线上的聚四氟乙烯(特氟龙)绝缘层。

当罐内为飞行充满了液氧时,那些裸露、焦黑的电线就处于一个充满纯氧的高压容器中。它成了一个纵火炸弹,只待一个火花。

第四部分:爆炸

在任务进行到 55小时54分53秒 时,任务控制中心请求了一项常规操作。“13号,有机会的话,我们还有一个项目要交给你。我们希望你搅拌一下低温储罐。”

储罐中含有糊状的液氧,容易产生分层;需要风扇进行搅拌,以获得准确的油量读数。Jack Swigert 拨动了开关。

在2号罐内部,电流流向风扇电机。火花在暴露的电线之间跳跃。在100%的纯氧环境中,残余的特氟龙绝缘层瞬间起火。压力在几毫秒内飙升。氧气罐破裂,以手榴弹般的威力炸掉了服务舱侧面13英尺长的铝制面板。

飞船剧烈摇晃。主警报声响起。“OK,休斯顿,我们这里出问题了(we've had a problem here),”Swigert 说道。他的声音平稳,训练素质占据了上风。“这里是休斯顿,请重复。”“休斯顿,我们出问题了,”Lovell 重复道,“我们遇到了B总线欠压(Main B Bus Undervolt)。”

起初,休斯顿的飞行控制员们——由传奇人物 Gene Kranz 领导——感到困惑。他们看到了不可能的读数。本应独立的系统正在同时失效。这看起来像是仪表错误。

接着,Jim Lovell 漂浮到舱门窗口向后看去。“我们正在向……向太空排放某种物质,”他报告道。

那是来自1号罐的氧气。爆炸要么损坏了管路,要么震裂了第二个氧气罐。宇航员们正看着他们的生命支持系统流失到虚空之中。没有氧气,燃料电池(通过氧和氢结合产生电能)就停止了工作。没有电力,指令舱 Odyssey 迅速变成了一座寒冷的坟墓。

第五部分:救生艇策略

随着 Odyssey 走向毁灭,宇航员们不得不进行一次绝望的转移。他们放弃了母船,穿过对接通道进入了 Aquarius,即登月舱。

登月舱(LM)的设计初衷是在月球表面支撑两名人员度过两天。现在,它必须在深空的冰冷真空里支撑三名人员度过四天。它从未被设计为独立飞行,更不用说推着挂在它鼻尖上的指令舱和服务舱那巨大的死重了。

轨道问题 阿波罗13号当时并不在返回地球的航线上。它正处于前往弗拉·毛罗着陆点的混合轨道上。如果他们什么都不做,他们将以4万英里的距离错过地球,永远漂流在太阳轨道上。他们必须掉头。

使用受损服务舱上的主发动机是绝不可能的——如果爆炸波及了燃料管路或发动机喷管,点火可能会炸毁整艘船。他们必须使用登月舱的下降级发动机(DPS)。

休斯顿的工程师们必须计算一次从未演练过的点火。在飞行第61小时,宇航员启动 DPS 发动机持续了30秒。这次“自由返回轨道”点火利用月球引力将他们甩回地球。

但仅仅走上这条路是不够的。他们需要更快地回家,否则有限的水和电力将会耗尽。在绕过月球背面两小时后——这创下了人类至今为止的最高高度记录——他们再次启动了发动机。这次“PC+2”点火(过近月点后2小时)非常完美。它缩短了10个小时的航程,并将目标定在了太平洋溅落。

第六部分:漫长的寒冷航行

回家的旅程是一场长达四天的匮乏磨难,以三个截然不同的危机为特征:空气、寒冷和导航。

“邮箱”:方榫圆卯 最迫切的威胁是窒息。登月舱有充足的氧气,但它无法过滤男人们呼出的二氧化碳(CO2)。登月舱的圆形氢氧化锂(LiOH)罐在24小时内就饱和了。二氧化碳水平攀升至 15 mmHg。在这种水平下,宇航员会变得神志不清、嗜睡,并最终死亡。

指令舱里有一堆新鲜的 LiOH 罐,但它们是方形的。它们在物理尺寸上无法放入登月舱的圆形插槽中。

在休斯顿,乘员系统部将一堆飞船设备倒在桌子上——塑料袋、飞行手册的纸板封面、宇航服软管和灰色胶带。他们必须临时拼凑出一套方案。他们制造了一个适配器,利用宇航服软管将空气吸入方形罐中。

任务控制中心向宇航员宣读了说明。“拿个塑料袋……用灰色胶带……”宇航员们组装了这个装置,亲切地称之为“邮箱”(The Mailbox)。当他们用胶带将其固定到位后,二氧化碳水平立即降至接近零。那是美国灰色胶带的胜利。

深冻

为了节省登月舱的电池(总共只有2181安培小时),宇航员关闭了几乎所有设备的电源。没有电脑,没有导航系统,没有加热器。船内温度骤降至38华氏度(3摄氏度)。

冷凝水浸透了墙壁。水滴在舱内漂浮。宇航员没有厚衣服——Lovell 和 Haise 穿上了月球靴,但 Swigert 没有。他们试图躲在对接通道里,挤在一起取暖,但寒气刺骨。睡眠不足开始损害他们的认知功能。

更糟糕的是,他们不得不配给饮水。水需要用来冷却飞船的电子设备,因此人类排在第二位。他们每天喝水量不足6盎司。Fred Haise 患上了严重的肾脏和尿路感染。当他们到达地球时,他正因发烧而痛苦地颤抖。

以太阳导航 爆炸使飞船周围笼罩着一层碎片云。数以千计晶莹剔透的冻氧薄片和金箔正随飞船一同飞行。这些“五彩纸屑”干扰了导航计算机的恒星追踪器——它无法从碎片中辨别真正的恒星。

在最后一次中途修正中,宇航员必须手动校准飞船。他们使用了唯一能肯定辨认的恒星:太阳。通过将窗口十字准线与地球的晨昏线(昼夜交界线)对齐,他们保持了航向正确。这是一次原始的手动驾驶,让人回想起风帆战舰的时代。

第七部分:再入与黑障

随着4月17日的黎明到来,地球填满了窗口。但最危险的阶段才刚刚开始。指令舱 Odyssey 是一个死寂、冰冷的庞然大物。必须将其通电以管理再入过程。

Ken Mattingly 在模拟器中花了几天时间编写核对表。序列非常微妙;如果耗电过多,再入电池就会耗尽,降落伞将永远无法打开。如果控制面板内部的冷凝水引起短路,计算机就会烧毁。

Jack Swigert 遵循 Mattingly 的核对表。他拨动了开关。电路板上的三防漆阻挡了水分。Odyssey 苏醒了。

永别 在进入大气层之前,他们必须抛弃多余的重量。首先,他们抛弃了服务舱。随着它翻滚而去,宇航员们终于看到了伤口。“那艘飞船的一整侧都消失了,”Lovell 惊呼道。面板从顶部一直炸到了发动机喷管。隔热罩没有裂开简直是个奇迹。

接着,他们抛弃了 Aquarius。登月舱,他们的救生艇,没有隔热罩。“永别了,Aquarius,我们谢谢你,”任务控制中心在无线电中说。这艘救了他们的船在高层大气中焚毁,带着原本用于月球实验的小型核发生器,安全地坠入了汤加海沟深处。

静默 指令舱以时速2.5万英里撞击大气层。隔热罩在5000华氏度的高温下烧蚀,在舱体周围形成了一层电离等离子体鞘。这种等离子体会阻断所有电磁波。

正常的阿波罗黑障持续三分钟。但阿波罗13号以浅角度切入,以尽量减轻筋疲力尽的宇航员所承受的重力负荷。黑障时间不断延长。三分钟过去了。接着是四分钟。

在任务控制中心,静默令人窒息。Gene Kranz 站在控制台前,抽着雪茄,盯着屏幕。是隔热罩失效了吗?是降落伞冻住了吗?

在4分27秒时,一个声音划破了静电噪音。“OK,Joe。”是 Swigert。

在主屏幕上,三顶美丽的橙白相间的降落伞绽放开来。太空舱溅落在太平洋中,距离回收船 硫磺岛号USS Iwo Jima)不足四英里。奥德赛之旅结束了。

第八部分:遗产与电影

调查这起事故的科特赖特委员会(Cortright Commission)确认了一连串错误:掉落的氧气罐、电压不匹配、被忽视的温度表。调查导致了阿波罗14号到17号的彻底改进。增加了一个备用氧气罐。风扇被移除。电线套上了不锈钢护套。

但阿波罗13号的文化遗产可以说比技术遗产更强大。在几十年里,这次任务只是一个脚注。直到1994年 Jim Lovell 和 Jeffrey Kluger 撰写了《失落的月球》Lost Moon)一书,以及随后的1995年 Ron Howard 导演的电影《阿波罗13号》Apollo 13),世界才真正理解了当时发生了什么。

这部由 Tom Hanks、Ed Harris 和 Kevin Bacon 主演的电影基本准确,但也进行了一些艺术虚构:

  • 冲突: 电影展示了宇航员之间的争吵和喊叫。现实中,录音显示宇航员们异常冷静。他们知道恐慌会消耗氧气,而他们付不起那种奢侈。
  • “小故障”: 电影描绘爆炸在搅拌后立即发生。现实中,从拨动开关到爆炸之间有令人困惑的90秒延迟,增加了故障的神秘感。
  • 台词: 著名的台词“Houston, we have a problem”是好莱坞对实际对话的精简,原话是:“Houston, we've had a problem。”

尽管有这些改动,电影仍将“失败不是选项”(Failure is not an option)这句话烙印在了文化词汇中(这句话是由编剧构思的,尽管它完美捕捉了 Gene Kranz 的哲学)。

第九部分:从阿波罗到阿尔忒弥斯

今天,近60年后,随着 NASA 准备通过 阿尔忒弥斯计划Artemis program)重返月球,阿波罗13号的回响比以往任何时候都更加响亮。1970年吸取的教训正直接影响着2026年的硬件设计。

阿尔忒弥斯2号与自由返回 即将进行的阿尔忒弥斯2号(Artemis II)任务计划搭载四名宇航员环绕月球,其轨道与阿波罗13号被迫飞行的轨道惊人地相似。与登月任务不同,阿尔忒弥斯2号采用了“自由返回”飞行剖面。这意味着一旦月球转移轨道射入点火完成,飞船将自然地绕过月球并依靠引力返回地球,即使主发动机发生故障也是如此。这种轨道选择是对 Lovell、Swigert 和 Haise 所验证的安全规程的直接致敬。

猎户座 vs. 阿波罗 新的猎户座(Orion)飞船是阿波罗指令舱的精神继承者,但它的设计充分考虑了阿波罗13号的教训。

  • 太阳能: 与依靠易出问题的氧气燃料电池的阿波罗不同,猎户座使用太阳能电池阵列。如果猎户座的氧气罐爆炸,灯依然会亮着。
  • 独立生命支持: 猎户座的生命支持系统更为强大,采用了源自国际空间站的闭环技术,降低了困扰 Aquarius 的“二氧化碳危机”风险。

回收发动机 作为一个奇特的尾声,阿波罗时代的遗产字面上是从深海中被打捞上来的。2013年,由 Jeff Bezos 资助的探险队从大西洋海底发现并回收了土星5号火箭的 F-1 发动机。在扭曲的金属中,他们找到了序列号。保护专家使用了来自阿波罗13号事故调查的相同应力分析数据,以了解金属在撞击水面时是如何变形的,从而帮助保护这些文物以供博物馆展览。

结论

阿波罗13号没有带回月球岩石。它没有插上旗帜。在任务目标的二元逻辑中,它是一个失败。然而,历史对它的评价截然不同。

它被誉为“成功的失败”,展示了受过高度训练的人在拒绝向环境屈服时会发生什么。它剥去了太空探索的华丽外衣,揭示了其坚韧、危险的核心。它告诉我们,我们可以建造飞向恒星的火箭,但当这些火箭损坏时,我们可以用纸板、胶带和绝不认死的意志修筑一条回家的路。

当人类望向火星——一段没有“自由返回轨道”且无法快速回家的旅程时——阿波罗13号的教训就是生存手册。这次任务证明了任何飞船中最宝贵的组件不是计算机或发动机,而是人类的大脑。

James Lawson

James Lawson

Investigative science and tech reporter focusing on AI, space industry and quantum breakthroughs

University College London (UCL) • United Kingdom

Readers

Readers Questions Answered

Q Why was the Apollo 13 mission initially considered a routine flight?
A By April 1970, Apollo 13 was viewed by the public and media as mundane because the Space Race had already been won with the successful moon landings of Apollo 11 and 12. Interest had waned significantly, and the mission was perceived as a routine engineering demonstration rather than a dramatic event, leading major television networks to prioritize entertainment programs over broadcasting the crew’s scheduled television special.
Q How did Ken Mattingly's grounding impact the outcome of the mission?
A Ken Mattingly was removed from the prime crew just 72 hours before launch because he lacked immunity to Rubella after his backup had contracted the illness. While his replacement, Jack Swigert, capably served on the flight, Mattingly’s grounding proved pivotal on the ground. He spent the crisis locked in Houston simulators, using his deep familiarity with the spacecraft systems to help develop the critical emergency procedures that ultimately ensured the crew returned to Earth safely.
Q What caused the catastrophic failure of Oxygen Tank No. 2?
A The disaster stemmed from an internal short circuit caused by damaged wiring insulation. During a ground test, the tank's internal heaters were powered with a high voltage that welded thermostatic switches shut, causing the heaters to run for hours at extreme temperatures. This heat melted the Teflon insulation off the fan wiring inside the tank. Once the tank was filled with liquid oxygen for the flight, the exposed wires created an imminent explosion hazard.
Q What was the intended scientific objective of the Apollo 13 mission?
A The mission was intended to shift from engineering demonstrations toward hard science, as reflected in the crew patch motto, Ex Luna, Scientia, meaning From the Moon, Knowledge. The astronauts were specifically targeted for a landing in the Fra Mauro highlands, a rugged geological formation. Scientists believed this area held critical clues regarding the moon's ancient geological history, but the mission's focus shifted to survival after the oxygen tank explosion.

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