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阿波罗飞行简史3:撑死胆大的

 q1338 2020-02-27

NASA后续的阿波罗飞行安排的是土星V的首次无人飞行,称为阿波罗4号任务。飞船指令舱是按照火灾的调查结果改进的,其S-II第二级在检查中不断出问题,磕磕绊绊地让NASA和制造商大伤脑筋。

说实话就算没有那场火灾,阿波罗计划在1967年初的时候进度就已经很紧了,为嘛尼?

这要从当时美国航天部门飞行试验的方法说起:当时运载火箭的试验都是串行的,一级级来,首先第一级火箭,上面的二、三级都用模拟件。第一级就要试验好几次,等成功了,再把第二级换成真家伙,而第三级还是模拟件。最终才过渡到三级都是真货色的全活性级飞行试验。这种老牛拉破车的试验策略风险小,但慢吞吞的、浪费也大。美国第一颗人造卫星晚于苏联发射,就和这种保守的试验方法有关。

阿波罗计划里,土星I号、土星I B号也用的这套,一级级地试将过来。原计划土星V号和阿波罗飞船共生产20套,在首次载人飞行之前至少要进行10次不载人飞行。土星V号的总负责人冯.布劳恩就放话:“我们将逐渐地、一步步地接近月球,也许到第17次飞行可以实现月球着陆目标”。

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冯.布劳恩,先驱者,登月的大功臣

冯.布劳恩这样做是因为他们这帮元老当初在20、30年代搞火箭的真是要啥啥没有,故障诊断设备很原始,也没有数据遥测。一旦火箭发射失败,就烧成一团,倒是蔚为壮观,而记录仪器和传感器则在那一团里荡然无存。德国人那时候往往觉得连出问题的大致部位都确定不了,更别说原因了。这种经历多了他们也就保守到让人难以置信的地步,对火箭的每个零件和系统都给足安全系数,这样当然就多出不少死重,有效载荷也就上不去,反过来又导致拼命减重。另外的影响就是把试验计划和研制计划都分成尽可能小的独立部分,这样每个新步骤只涉及一个新内容,而且每一步都要反复试验多次才能进入下一步。

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另一位先驱者,罗伯特.戈达德博士及其寒酸的人类第一枚液体火箭

这套办法在火箭发展的幼年期是必要的,但在60年代的美国,其火箭技术已经比较成熟了,是不是还要死抱着不放就有疑问了,但可以确定的是导致了严重的进度滞后。载人航天飞行办公室副主任谢伊就曾向前一任阿波罗计划办公室主任霍尔姆斯建议踢开串行方法,走并行试验的路子以加快进度。但霍尔姆斯觉得上头是不会买账的。之后,主任换成了乔治.穆勒,画风骤变。

穆勒这位爷是以强硬出名的。他上任后,通过各种手段,明的暗的,终于争取到了前任想要但一直没得到的权利:阿波罗计划办公室统揽阿波罗计划,休斯顿、马歇尔、肯尼迪各航天中心要每个月都向它汇报。实践证明,这种集权(没错我说的就是集权)体制对保障计划顺利执行是极其必要的。

穆勒早就觉得串行试验方法要改,在1963年他就让人彻查整个计划进度,结论是:在容许的风险范围内,登月在十年内没戏!最乐观的分析也要在1971年末才能进行首次载人登月飞行。

这还了得!

穆勒开始鼓动如簧之舌游说上头、命令下头,积极推销他的并行试验,也叫“全活性试验”思想。按他这套,火箭不能再像以前那样一级级试验,而是各级全部采用真实发动机的整体试验,从而一次试验多方受益,并且大大节省时间和经费。

太离经叛道了!

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穆勒大法效果图

冯.布劳恩那帮老人是很抵触的,老汉谨小慎微一辈子了,怕的就是不知哪天哪条小阴沟里翻船,你作为上司还来这个,这不明摆着把们往井里踹吗?不过他们碰上的是强硬的穆勒,这位的风格在他上任还不到两个月就已经表露无遗:在一次会议上他介绍了并行试验方法,在人们还都处于惊愕状态的时候,他就说:要没意见,在两天后就通过电传发文提出新的试验程序表。于是各航天中心只好捏着鼻子贯彻。

就他穆勒而言,在1969年底这个全世界都已经知道的期限之下,作为阿波罗工程的最终负责人,要么当赌徒,要么当怂包,没有第三条路可选!而穆勒已经彻底赌上了自己的前程,如果69年顺利交差,那自然是功成名就;反之就身败名裂、骂名千古。

既然决定放开了干,索性就玩得更狠点:穆勒不光是对土星V号火箭的首次飞行拍板玩并行试验,对后续飞行试验也大刀阔斧地削减。他要求在1968年底前土星V号进行四次飞行试验,最后一次进行载人飞行,1969年发射5次,最后一次开展登月。穆勒的计划已经让人目瞪口呆,更绝的还在后头,时任载人航天飞行办公室主任的乔治.劳比他还疯狂,在1967年9月的会议上,劳制定的新试验计划提出,只用7次发射就实现登月!

阿波罗4号就是这7次中的首次。

在火灾发生时,火箭已运抵卡纳维拉尔角并开始装配了。2月下旬第一、二级连接完毕,到6月份火箭整体测试完毕,8月底被送入土星V专用发射台:39A台。9月底开始了倒计时试验,同时开始加注燃料。

1967年11月9日,是阿波罗4号发射的日子,宇航局大小头头也到了场,却没出现穆勒。3分钟倒计时,程序开始由计算机自动执行;30秒,F1发动机的涡轮泵开始运转;8.9秒点火,发动机燃烧室里,点燃了四个小火苗,传感器测定点火器已经点火后,指令主液氧阀门打开,压力达到确定值时,燃料阀打开,煤油和液氧相遇,混合、燃烧,形成高温高压燃气从喷管高速喷射而出;当达到最大推力时,回旋臂释放,土星V号运载火箭缓缓升空。

阿波罗飞行简史3:撑死胆大的

地动山摇的升空

观众台上,冯.布劳恩激动地说:“走啊,宝贝,走啊!”

发射场附近观看的人都有地动山摇的感觉,5000米外CBS的电视摄影棚顶被震塌。音量可与喀拉喀托火山爆发时相比,仅次于氢弹爆炸;动静连1770千米外的纽约地震观测台都记录到了。

起飞后135秒,第一级中央发动机正常关机,15秒后,周围4台发动机关机。第二级底部的爆炸螺栓将两级分离,第一级上的8个小型固体火箭开始工作使之减速。第二级5台J2发动机工作继续加速火箭,6分钟后,二、三级分离,三级上的J2发动机点火,在工作了2分25秒后,火箭与飞船进入了190千米高空,速度达到28014千米/小时,即每秒7.9千米。无动力飞行数小时后,第二次点火,将飞船加速至40250千米/小时,然后再入大气层考核飞船指令舱防热层设计,最终在太平洋上回收。

作为土星V号的首次试验飞行,阿波罗4号的结果相当成功,全面验证了土星V号运载火箭,考察了阿波罗飞船与土星V号的结合特性、飞船主推进系统和姿态控制系统、飞船任务支持系统以及指令舱的再入与回收特性。另一个重大成果是,飞船在轨道上遥控进行了停泊和模拟转移月球轨道试验,主推进系统一度将飞船推导10879千米的高度。

穆勒赌对了。

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