阿波羅登月50周年》從5個關鍵數字看人類歷史上最偉大的探險計畫

2019年07月19日 09:50 風傳媒
1969年7月16日,阿波羅11號任務,農神5號火箭從卡拉維爾角空軍基地39A發射台將人類送往月球(Wikipedia / Public Domain)

1969年7月16日,阿波羅11號任務,農神5號火箭從卡拉維爾角空軍基地39A發射台將人類送往月球(Wikipedia / Public Domain)

111:土星5號火箭的高度(單位:公尺)

1969年7月16日凌晨,摩根(JoAnn Morgan)開車來到卡納維爾角火箭發射基地(Cape Canaveral)39a發射台的停車場,監督替巨大的農神5號運載火箭注入燃料(又稱土星5號,Saturn V)的工作。背靠漆黑的海洋,太空飛行器沐浴在氙弧燈的燈光中,燃料箱排出的氧氣雲彌漫環繞。

摩根說,「絶對是壯觀的一幕。我人站在停車場,看了好一會兒,因為場景太美了。」

農神5號運載火箭有36層樓高,是人類在20世紀其中一項最偉大的技術和工程成就。由天才的火箭科學家華納·馮·布勞恩(Wernher von Braun)領頭研發。馮‧布勞恩甚至在當年為希特勒(Adolf Hitler)製造V2火箭的時候,就夢想著造出一枚可以將人送上月球的火箭。

美國國家航空暨太空總署(NASA)的火箭工程師、後來成為高級經理的亨伊庫特(Jay Honeycutt)說,馮‧布勞恩「不僅技術能力超強,而且有卓越的領導才能,很善於跟政府負責這些項目資金的官員打交道。」

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農神5號的研發應歸功於德國火箭科學家馮‧布勞恩的專業知識(右)。

這枚火箭以液態氧和煤油為燃料,由多級推進器組成。最底下部分,或者說第一級火箭,安裝了5個巨大的F-1發動機。另外兩級火箭推進器,共計有6個發動機,負責將農神5號送入太空軌道。推進器上面是裝著登月艙,然後是三名太空員的服務和指揮艙的隔熱層。農神5號的頂部裝有一枚逃生火箭,發射過程中若出現任何差池,能將指揮艙送到安全的地方。

亨伊庫特說,「你想不到那東西真就飛起來了。幾百公尺高,然後尖頭上那個小小的東西竟然還能回到地球,實在是非常了不起的工程成就。」

送人上月球的火箭本來會比農神5號更大。美國太空總署最初的計劃是研發一個名叫「新星」(Nova)的火箭,有8個F-1發動機,運載一個更大的能夠在月球著陸,然後返回地球的單一太空飛行器。

2:履帶式運輸車的最大速度(單位:英里/小時)

農神5號在運載器裝配大樓(VAB)組裝。這座建築是個龐然大物,大到有自己的天氣系統。組裝完備後工程師面臨的挑戰是,要如何把如此巨大的火箭運送到大約5公里外的發射台。一開始的建議是用駁船將太空飛行器運過去,後來決定建造一種巨大的履帶式運輸車。

履帶式運輸車有8條巨大的履帶,由2台發電機發電,16台馬達驅動,行馳與其說是駕車不如說是靜水行船。而且,和行船一樣,駕駛員也是操作人員和工程師團隊的一員,他們負責讓運輸車緩緩地駛向發射台,速度慢如蝸牛。

駕駛員達夫(Sam Dove)說,「運輸車的馬力可每小時走2英里(約3公里),不過,你真的不想跑到2英里,尤其是負載量這麼大的情況下,我們最多就跑1英里(約1.6公里)。」

雖然駕駛員坐在駕駛室裏,但履帶式運輸車的核心是控制室。達夫說,「控制室真的是操作人員的大腦和神經中樞。測試主管就坐在倒數第二個控制台上,控制著車上的一切。」

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履帶式運輸車號以每小時1英里(約1.6公里)的速度,緩慢穩當地將巨無霸農神5號送至發射台。

在阿波羅計劃(Project Apollo)期間,將裝載了太空飛行器的農神5號從裝配大樓送至發射複製台需要16個小時,但從發射台到進入軌道則只要8分鐘。

3500萬:農神5號升空時的推力(單位:牛頓)

農神5號是有史以來功率最強大的火箭。

首次載人繞月飛行的阿波羅8號的指揮官博爾曼(Frank Borman)說, 「我感覺我們就像位於一根針尖上,這是一根非常巨大的針。我好像被人綁架著去,沒有可以控制一切的感受,發射時的噪音和震動給你一種地動山搖的感覺。」

阿波羅8號是太空史上最大膽、最危險的任務之一。與博爾曼一起進入阿波羅指揮艙的還有洛威爾(Jim Lovell)與安德斯(Bill Anders),他們認為成功的機率只有30%。

之所以認為這項任務如此危險,是因為之前對農神5號(有時被稱為阿波羅6號)的無人駕駛測試並不順利。阿波羅的飛行主管葛里芬(Gerry Griffin)說,「我們在阿波羅8號之前進行的試飛幾乎是一場災難,幾乎所有方面都出了問題。」

最嚴重的是,火箭開始上下彈動,這產生的力量有可能殺死太空人。葛里芬還說,「我們也失去了一些燃油管,而且第三級推進器的發動機沒能重啟。」

1969年7月16日,阿波羅11號任務,農神5號火箭從卡拉維爾角空軍基地39A發射台將人類送往月球(Wikipedia / Public Domain)
1969年7月16日,阿波羅11號任務,農神5號火箭從卡拉維爾角空軍基地39A發射台將人類送往月球(Wikipedia / Public Domain)

 

在接下來的8個月裏,馮‧布勞恩的火箭團隊著手解決所有的問題,然後說服美國太空總署的管理層,農神5號可以安全飛行了。

格里芬說:「項目的這個部分很大膽,那三個人也很勇敢,他們登上農神5號,進行它的首次飛行。」

5:農神5號留在月球上的第三級推進器數量

發射僅9分鐘後,農神5號的第一級和第二級火箭就脫落,掉進大西洋。隨後只帶一個發動機的第三級(令人不解的是正式稱為S4B)點燃推進,給阿波羅太空飛行器有足夠的速度到達預定軌道,然後關閉發動機。

接下來,在繞地球一周半後,太空人重啟S4B的發動機。在一波名為「月球轉移軌道射入」( Trans Lunar Injection)的操作中,第三級火箭以拋物線方式將阿波羅太空飛行器拋出繞地軌道,射往月球方向。

在太空人第二次關閉發動機後,隨著阿波羅太空飛行器從火箭頂部彈出,這枚火箭就該壽終正寢了。不過,由於火箭第三級與阿波羅太空飛行器以同樣的速度和方向前進,除非太空人改變其運行軌跡,否則這枚用過的火箭也會跟著他們抵達月球。

在最初幾次阿波羅任務中,美國太空總署的解決方案是將S4B送入繞太陽的軌道。今天,阿波羅8號、9號、10號和11號的S4B級仍在繞太陽運行。不過,阿波羅12號任務的第三級火箭已經被地球引力重新捕獲。

對於接下來的阿波羅任務,美國太空總署提出了一個更富想像力的計劃。

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農神5號團隊不得不對火箭進行重新設計,以確保它不會產生令太空人斃命的力量。

從阿波羅12號開始,登月的阿波羅太空人都會在月球上留下阿波羅月球地表實驗數據包(Alsep),其中包括一個地震儀。這個實驗數據包會將收集的月球數據傳送回地球。美國太空總署會將用完的三級火箭撞向月球,地質學家可以追蹤撞擊月岩產生的震動來確定月球的地質構成。

隨著任務的繼續,墜毀月球的第三級數目增加,傳回來的數據也增多。Alseps一直在返回數據,直到1977年,美國太空總署終止了這個項目。

100:阿波羅12號發射時的雲層覆蓋比

1969年11月14日,在首次登月四個月後,美國太空總署計劃再次登月。阿波羅12號上的太空人為康拉德(Pete Conrad)、戈登(Dick Gordon)和賓(Alan Bean)。

當天有幾場陣雨,冷鋒橫掃佛羅里達州(State of Florida)中部,但氣象學家為發射開了綠燈,發射的倒計時也進行得很順利。

在發射36秒後,農神5號穿過雲層時,指令艙中的電子系統出現故障。

康拉德喊道,「那是什麼鬼?」

這是葛里芬首次擔任首席飛行指揮,負責監督任務控制。

葛里芬說, 「主警報和其他警告燈亮起,告知出了問題,康拉德一看,竟然整個儀表板的燈都亮了起來。」

隨著火箭繼續向軌道前進,葛里芬找到了解決辦法。「這個畢業於奧克拉荷馬州東南部一所小學院的年輕人亞倫(John Aaron),我猜他大概25歲左右,我打了個電話問他,他說『讓他試試把SCE推到Aux(備用電源)上。』」

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在一次發射中,工程師們發現農神5號自己生成了閃電。

葛里芬從未聽說過這個開關,但他讓通訊員卡爾(Gerry Carr)把這個信息轉告太空人。「康拉德也從來沒有聽說過那個開關,所以他說把SCE推到備用電源是什麼鬼東西?但是賓知道開關在哪裏,因為這個開關就在他前面。」

他們按下開關,指令艙恢復了工作。導航計算機重置後,太空人就飛往月球。

工程師們後來分析這次火箭發射,發現火箭自己生成了閃電,發射產生的廢氣在雲層和地面的帶電粒子之間形成了一個電路。幸運的是,那次閃電並沒有影響火箭的獨立計算機,在整起事件中,計算機一直保持著太空飛行器的正常運行。

葛里芬說,「聽太空人在那之後的對話真的很有意思,他們咯咯地笑,就像一輛汽車差點出了車禍而倖存......幾乎一直到進入軌道,都很歡樂。」

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