断裂的缆绳与振动的万向节:阿波罗 16 号的硬件博弈

历史
阿波罗 16 号任务过去 54 年后,它依然是探讨机构风险偏好如何决定科学产出的教科书式案例。

指令舱主发动机的一个备份万向节电机正在剧烈摆动。1972年4月20日,John Young和Charlie Duke在登月舱Orion中等待了六个小时,等待任务控制中心宣布取消下降。根据NASA飞行规则的严格参数,在月球轨道上出现冗余电机故障意味着必须自动中止任务。

登月是一场与轨道力学的博弈,但坚持使用一台有缺陷的发动机是一次经过计算的违规冒险。Apollo 16最终还是着陆了。五十四年后的今天,这次任务被视为对20世纪70年代硬件的一次严酷压力测试,也提醒人们,现代航空航天采购中已不复存在那种体制性的风险偏好。

Descartes目标

机组成员的目标是Descartes高地,这是一个崎岖的山区,与之前任务访问过的平坦玄武岩平原截然不同。科学家们确信Cayley平原的丘陵和Descartes地层是由厚而粘稠的熔岩流形成的,非常类似于安第斯山脉的火山景观。任务要求是找到月球的火山核心。

为了做到这一点,机组成员必须在一个衣橱大小的舱室中生存三天,并将他们的月球车推向机械极限。在总计20个小时的三次舱外活动中,他们行驶了16英里。他们测绘了Stone Mountain的陡峭坡度,并绕过了North Ray Crater的边缘,全程都在安全回收范围之外运作。

绊断的电缆与破损的压力服

月球实地地质学的现实很少是优雅的。该任务最关键的科学失败完全是人为的。当穿着笨重的加压服移动时,Young的靴子钩到了热流实验的电缆上。

电缆瞬间断裂。数月的科学规划和精密工程被一个失误彻底摧毁。这有力地提醒了人们,人类操作员与精密遥测硬件之间的接口是多么脆弱。

当时年仅36岁、成为登月史上最年轻宇航员的Duke,差点在账本上增加了一起致命的工程事故。为了在摄像机前表演高跳,他失去了平衡,直接向后摔倒在生命维持背囊上。如果宇航服的压力容器或氧气供给管破裂,他会在几秒钟内窒息死亡。

从轨道绘制尘埃图

当Young和Duke在月球尘埃中穿行时,Ken Mattingly在指令舱Casper中从轨道上操作一套测绘传感器。Mattingly为了这次轨道转换等待了两年;他曾因接触麻疹病毒而在发射前仅72小时被从Apollo 13机组中除名。

在月球表面,机组成员部署了由天体物理学家George Carruthers设计的远紫外相机/光谱仪。它是第一个在另一个世界运行的真正意义上的天文观测台。该仪器捕捉到了被我们大气层完全遮挡的波段中的地球地冕和遥远恒星,证明了基于月球观测的商业和科学可行性。

日益缩小的风险偏好

尽管发生了电缆被绊断和险象环生的情况,Apollo 16还是获取了95.7公斤的岩石,这些岩石最终颠覆了科学界。但资助这些硬件的地缘政治窗口正在迅速关闭。当Young和Duke返回时,公众已经对登月感到疲劳,国内焦点转向了越南战争和Watergate事件的动荡。

尼克松政府在应对疲软的经济时,已经取消了最后三次Apollo任务。这种快速、高风险的硬件部署方式,是现代航天机构——特别是目前深陷Ariane 6延误和规避风险的采购策略中的ESA——只能以一种既羡慕又恐惧的心情回望的往事。

今天,一个万向节电机摆动会引发为期数年的调查并使供应链瘫痪。而在1972年,这仅仅意味着在降落到高地之前延迟了六个小时。

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Readers Questions Answered

Q 为什么阿波罗16号在宇航员抵达月球表面前差点中止着陆?
A 此次下降推迟了六个小时,因为指令舱主发动机的一个备用万向节马达开始出现不可控的摆动。按照当时美国国家航空航天局(NASA)的标准飞行规则,该冗余系统的故障本应触发自动任务中止。然而,任务控制中心选择绕过规程并继续着陆,尽管硬件受损,但这一决定体现了该机构为了确保任务抵达笛卡尔高地而展现出的极高风险承受能力。
Q 阿波罗16号任务的主要地质目标是什么?
A 任务目标是笛卡尔高地——一个崎岖的山区,其科学理论基础是该区域由类似于安第斯山脉发现的厚而粘稠的熔岩流形成。宇航员的任务是寻找月球火山核心的证据。为实现这一目标,他们驾驶月球车穿越了16英里的地形,包括石山(Stone Mountain)的陡坡和北射线坑(North Ray Crater)的边缘。
Q 人为错误如何影响了月球表面的科学实验?
A 最严重的科学失误发生在约翰·杨(John Young)穿着臃肿的压力服操作时,他的靴子挂到了电缆上。热流实验的线路瞬间断裂,导致硬件永久性损坏。这一事故严峻地提醒人们,人类操作员与精密遥测设备之间的界面非常脆弱,证明了即使经过多年的工程设计和规划,也可能因为月尘中一个不慎的脚步而前功尽弃。
Q 阿波罗16号在月球上部署了什么独特的观测工具?
A 宇航员部署了由天体物理学家乔治·卡鲁瑟斯(George Carruthers)设计的远紫外相机/光谱仪,这是在地球之外运行的第一个真正的天文观测台。该仪器在紫外波长下捕捉到了地球地冕和遥远恒星的图像,而这些波长通常会被地球大气层阻挡。它的成功证明了月基观测的可行性,并提供了当时任何地面望远镜都无法获取的科学数据。

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