两艘飞船合二为一:阿波罗飞船如何紧密结合在一起

两艘飞船合二为一:阿波罗飞船如何紧密结合在一起

每次阿波罗登月任务本质上都是一系列操作,这些操作必须近乎完美地执行才能成功完成一次名义上的任务;当然,阿波罗 13 号是个显著的例外。这些至关重要的操作包括转位和对接,这是机组人员回收登月舱并为实际登月操作做好准备的唯一机会。如果机组人员无法取回登月舱,任何任务都不可能着陆,而在阿波罗 14 号上,他们几乎没能成功。

决定使用月球轨道交会作为阿波罗任务模式意味着两艘对接的航天器——登月舱 (LM) 和指令服务舱 (CSM)——将抵达月球。到达月球后,它们将分离,这样登月舱就可以着陆,而指令服务舱则在轨道上等待。从月球表面发射后,登月舱的上升级将与等待的指令服务舱会合对接,然后宇航员将返回主航天器并返回地球。

但 LM 和 CSM 离开地球时并未处于登月准备状态。想象一下直立的土星五号火箭,LM 离开地球时被装在 S-IVB 级上方和 CSM 下方的航天器发射适配器中。火箭的整个部分(S-IVB、储存的 LM 和 CSM)最终进入地球轨道。到达那里后,S-IVB 的发动机第二次点火,进行至关重要的月球外喷射燃烧,将机组人员送出轨道并飞向月球。

一旦机组人员踏上前往月球的旅程,就该让登月舱和控制舱对接了,这一操作的正确名称是调换位置和对接。首先,指令服务舱使用其反作用控制系统推进器与 S-IVB 级分离;在如此靠近登月舱的地方启动服务舱的主发动机可能会严重烧毁登月舱。从那里开始,指令舱飞行员的任务是让航天器掉头并缩短两辆车之间的距离,小心地将指令舱的对接探测器与登月舱的减速伞对齐。

从 CM 伸出的对接探测器有三个闩锁。当探测器的尖端进入登月舱锥形减速器的孔中时,由氮气驱动的气动系统将闩锁从翘起位置移至锁定位置。这反过来又激活了探测器缩回系统,将两个航天器拉到一起。同时,登月舱上的隧道环激活了 CSM 探测器上的十二个闩锁,在两个航天器之间形成紧密的压力密封。

对接后,指挥舱和登月舱之间新建的隧道通过指令舱一侧的阀门加压,然后舱门可以安全移除,隧道露出来。在仔细检查十二个闩锁是否牢固锁定后,机组人员恢复并连接脐带,为登月舱释放装置供电,将其从储存处释放。随着登月舱脱离了外壳,指挥舱和登月舱组合体已准备好前往月球。S-IVB 也是如此,尽管它的任务最终以坠毁而不是软着陆在月球上而告终。

由于实际的登月取决于从收起位置回收登月舱,因此很大程度上取决于转位和对接操作。当时没有进行舱外活动以将宇航员转移到航天器中的规定,因此回收登月舱失败意味着无法登月,阿波罗 14 号差点就遭遇了这种情况。

就像他们在每个任务阶段所做的那样,宇航员们接受了换位和对接的训练,以便在提取登月舱时,它看起来和感觉起来都和模拟器一样熟悉。但在阿波罗 14 号上,CMP Stu Roosa 无法让航天器保持在一起。在进行对接时,他说“一切看起来都很好。我想说——整个对接操作与 CMS [模拟器] 非常相似,令人难以置信。”他以每秒约 2/10 英尺的速度缓慢地引导 CM 靠近登月舱,但当对接探测器撞到减速伞时,它似乎反弹了。

罗萨知道飞船尚未稳固对接,于是后退并再次尝试,这次速度稍快,达到每秒一英尺。感觉很快;他告诉任务控制中心,他看起来“要直接穿过那个东西”。但即使速度更快,结果也是一样的。闩锁没有卡住,CM 有点从登月舱反弹回来。

罗萨没有一次又一次地将 CM 撞向登月舱以试图强行连接,而是倒车并与休斯顿的地勤人员商讨可能出现的问题。在休斯顿的建议下,他再次尝试,结果还是一样。CM 从登月舱上弹了下来。但情况有所不同。在第三次尝试之后,罗萨注意到登月舱减速伞组件上有浅浅的划痕。地勤人员向休斯顿描述了这些划痕,确认这些划痕是由上翘的闩锁与减速伞的刮擦造成的。因此,闩锁处于对接的正确位置,只是由于某种原因没有锁定。

在又两次失败的尝试之后,休斯顿让罗萨尝试了一次硬对接程序。他操纵 CM 将其对接装置靠在登月舱的对接环上,然后手动收回对接探测器。这迫使对接闩锁接合并将两艘航天器拉到一起。

对接成功后,问题变成了闩锁失效的原因;当两艘航天器必须在绕月轨道对接时,没有人希望再次出现异常。机组人员将探测器和减速伞组件带入指令舱并进行检查,并通过电视直播将他们看到的情况传回休斯顿。工程师们再次将注意力集中在划痕上,认为这是闩锁安装到位但无法锁紧的证据。

考虑到这个问题,提出了几个可能的原因。一个是,对接探测器上的侧向载荷导致闩锁卡住,这是技术人员在早期的鉴定和验收测试中发现的。另一种可能性是,一些小异物,甚至是一些无害的灰尘或尘垢,最终以正确的方式卡在探测器中,阻止了正常运行。但由于没有明显的缺陷,NASA 确定这种异常不太可能危及第二次对接,因此阿波罗 14 号继续执行该机构第三次成功的登月任务。

2 月 9 日,阿波罗 14 号溅落,机组人员带走了探测器进行进一步分析。拆解后发现探测器装置中有氧化铁、双面胶带和镉颗粒。但它们很小——发现的 12 颗颗粒中最大的只有 0.060 英寸长——而且没有一颗强度足以阻止对接探测器锁定。他们无法解释这一异常现象。

始终没有找到确切的解释。NASA 最终得出结论,故障是由于异物或机械问题导致闩锁无法正常工作。在任务重点消除侧向力影响闩锁的可能性后,对对接组件进行了小幅调整。测试过程也进行了更改,以确保每个探测器能够进行水平和垂直运动。最后,在发射前倒计时中添加了捕获闩锁计时测试,作为发射前的最后一次检查。

对接异常没有再次出现。1971 年 7 月 26 日,阿波罗 15 号机组人员成功回收登月舱,四天后成功降落在月球雨海盆地东部边缘的腐沼地区。

您是阿波罗 14 号的粉丝吗?或者只是一位阿波罗的狂热爱好者,希望重温 NASA 第三次成功的登月任务?我正在实时发布阿波罗 14 号的任务推文!我们将于美国东部时间 1 月 31 日星期日下午 4:03 发射,并将于 2 月 9 日跟踪飞行直至溅落。在 Twitter 上关注我 — @astVintageSpace — 了解所有更新!请注意:将会有大量 #Apollo14 推文!

资料来源:阿波罗体验报告:对接系统;阿波罗 14 号任务记录,[可在此处获取](https://www.jsc.nasa.gov/history/mission_trans/apollo14.htm/)。

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