阿波罗 13 号灾难的根源

除了阿波罗 11 号，阿波罗 13 号可能是 NASA 登月计划中最为人熟知的任务。这第三次登月任务被称为“成功的失败”，由于氧气罐爆炸导致航天器瘫痪而被迫中止。大多数关于阿波罗 13 号任务的复述都集中在接下来发生的事情上，NASA 工程师和技术人员如何昼夜不停地工作，将机组人员安全带回地球。但这个故事还有另一面，人们不太了解：在发射前，航天器发生了什么，导致灾难的发生？

灾难回顾

阿波罗 13 号于 1970 年 4 月 11 日星期六下午 1 点 13 分发射，指挥官吉姆·洛维尔、登月舱飞行员弗雷德·海斯和指令舱飞行员杰克·斯威格特均参与其中。但它并非完美无缺。升空五分半钟后，机组人员感觉到飞船震动，因为 S-II 第二级中央 J-2 发动机提前两分钟关闭。为了补偿推力损失，剩下的四个 S-II 发动机继续燃烧 34 秒，S-IVB 第三级又多燃烧了 9 秒，将飞船送入轨道。阿波罗 13 号很快重回正轨，接下来两天的飞行比以往任何任务都要顺利。发射 46 小时 43 分钟后，在将休息时间的机组人员叫醒后，值班的 Capcom（可能是杰克·洛斯玛）告诉机组人员一切进展顺利。“就我们而言，飞船状况非常好，吉姆。我们这里真是无聊透顶。”

仅仅九个小时之后，事情就变得不再那么无聊了。发射 55 小时 54 分钟后，在对圆柱形服务舱内的低温氧气罐进行例行搅拌后，机组人员感到飞船中传来一声巨响。控制面板上的警告灯亮了起来。他们收到了主 B 总线欠压警告，表明为飞船供电的两个电气装置中有一个电压低。两分钟内，他们也收到了主 A 总线欠压警告。燃料电池似乎没有输出任何电能。在接到首次呼叫 14 分钟后，指挥官吉姆·洛维尔告诉 Capcom 卢斯玛，他们的 2 号氧气罐是空的。指挥官透过 1 号窗户向外看，看到飞船正在向太空排放气体。

受损服务舱的照片和事故后分析显示，氧气罐 2 爆炸的威力足以撕掉飞船的一块面板，并在此过程中损坏氧气罐 1。这两个氧气罐通过三个燃料电池为机组人员提供空气和电力，这些燃料电池将氧气与低温储存的氢气结合在一起。没有氧气供应，就没有空气和电力。机组人员被迫关闭他们的软糖形指令舱——他们需要保存电池以备重返地球——并在任务期间将登月舱用作救生艇。

巧妙利用现在已很少的机载消耗品，让机组人员在绕月飞行并返回地球所需的四天内存活下来。他们于 4 月 17 日溅落地球。两天后，NASA 成立了一个特别小组，不仅要查明阿波罗 13 号上发生了什么，还要确保不再发生这种情况。飞行后调查重点关注了氧气罐 2（序列号 10024X-TA0009）的历史，以解释它在常规程序中破裂的原因。

氧气罐 10024X-TA0009 的使用寿命和发射前时间

1966 年 2 月 26 日，阿波罗飞船的承包商北美航空公司将服务舱低温气体储罐的合同授予比奇飞机公司。比奇开发的氧气罐是一个球形结构，有内壳和外壳，顶部有一个圆顶，用于封闭进出罐的路径——输送液体、电力和信号的管线。壳体之间和圆顶外壳内部的空间充满了绝缘材料。罐内有两个薄圆柱形装置。一个是带有加热线圈的加热管和两个小风扇，用于搅拌罐内物质并防止分层。作为安全措施，加热装置上的恒温开关在温度达到 80 华氏度时打开罐电路。罐内的另一个装置是用于测量罐内液体量的量探头。组装后，将罐结构焊接在一起，并将内部装置用螺栓固定到位，就不可能看到罐内发生了什么。

1966 年开始制造氧气罐 10024X-TA0009。在比奇的初步测试发现了一些小瑕疵。拆卸氧气罐，更换加热器和风扇，然后重新组装氧气罐。测试恢复后，尽管氧气罐仍存在一些问题，但被认为是可以接受的，并于 1967 年 5 月 3 日运往北美。它与氧气罐 10024X-TA0008 配对 - 每个阿波罗飞船内有两个氧气罐 - 并安装在氧气架 0632AAG3277 中。1968 年 6 月 4 日，氧气架安装在服务舱 106 中，该舱是阿波罗 10 号任务的指定运载工具。

作为服务舱整个系统的一部分，对氧气罐架组件的测试没有发现任何异常，但无人阿波罗任务揭示了安装在氧气罐圆顶上的泵的设计存在缺陷。这个缺陷非常严重，以至于所有装置都必须在飞行前进行修改。一个更新的氧气架被批准取代 106 号航天器中的装置，这意味着必须拆除和修改氧气架 0632AAG3277 才能将其安装在另一艘航天器上。

架子的拆除发生在 1968 年 10 月 21 日，这是一个有点棘手的过程。在断开必要的电线并拆除固定架子的螺栓后，将一个悬挂在起重机上的固定装置放在架子下面，轻轻地将其从航天器中抬起。但其中一个螺栓没有被取下，当油箱被抬起时，它被螺栓卡住了。固定装置断裂，架子下落了大约 2 英寸，重新回到了安装位置。松动的螺栓被取下，第二次拆除油箱的尝试成功了。

没人在意这次事故。工程师们计算了 2 英寸坠落所产生的力，并确定油箱在坠落时受损的可能性极小。（直到后来才对油箱坠落的轨迹进行了修改：有可能油箱盖撞到了安装在氧气架上方的燃料电池架，然后在坠落后弹回原位。）油箱进行了更新，1969 年 1 月，架子安装在服务舱 109 中。一个月后，该航天器被分配给阿波罗 13 号。

直到 1970 年 3 月，在 NASA 肯尼迪航天中心为阿波罗 13 号发射进行的倒计时演示测试中，氧气罐 2 号才出现问题。技术人员能够毫无问题地给氧气罐加压，但氧气罐无法按设计排空。这一问题表明，填充管线和量探测器之间的路径可能存在泄漏，导致气态氧从氧气罐中排出，但液态氧无法逸出。在第二次加气和排空测试中也出现了同样的异常。为了排空氧气罐，NASA 决定尝试使用氧气罐的加热器和风扇加热氧气，使其沸腾。技术人员在风扇和加热器运转的情况下对氧气罐进行循环——填充氧气罐并减压。在 3 月 30 日（即阿波罗 13 号预定发射前 12 天）进行的填充测试中发现了同样的问题：两个氧气罐都可以毫无问题地填充，但氧气罐 2 号需要在测试结束时打开加热器和风扇才能排空。尽管如此，它还是可以毫无问题地装满，这才是最重要的。在没有考虑 2 号罐的加热器的情况下，他们决定带着有问题的氧气罐发射阿波罗 13 号。

复合问题

事实证明，2 号储罐的加热器是问题的主要部分。阿波罗 13 号安全返回后进行的测试发现，当加热器由 65 伏电源供电时，加热装置上的恒温开关会失灵，肯尼迪航天中心的技术人员在运行加热器的情况下进行储罐和排罐循环时一直使用这种电源。这些开关经过设计和优化，以配合航天器较低的 28V 电源使用。肯尼迪航天中心的发射前测试使这些安全开关无法运行。由于加热器在排罐测试期间一次运行数小时，储罐温度可能会升至 1,000 华氏度，从而在此过程中损坏储罐的绝缘层并使线路容易发生短路。

通过读取航天器收集和存储的电气数据，审查委员会得以重现阿波罗 13 号任务开始 55 小时 55 分钟后发生的情况。当斯威格特启动低温搅拌时，电流流入储罐并启动风扇，导致储罐的整个电气系统短路，电线之间产生电弧。储罐内充有超临界氧，由可与这种液体发生化学反应的材料制成，绝缘层受损，电弧引起燃烧，并迅速蔓延并产生爆炸力。储罐 2 被毁，1 号储罐的重要部件也随之被毁，阿波罗 13 号无法完成任务。

官方将这次事故归咎于坦克使用过程中的人为失误和设计缺陷。

在阿波罗 13 号灾难发生后，服务舱低温氧气系统的内部工作进行了一些相当重大的改变。用于搅拌储罐的风扇被拆除，量测探头从铝制装置换成了不锈钢装置。储罐加热装置也进行了改变，使得三个独立元件可以单独操作。储罐 2 号上发生故障的热控开关被完全移除。最后，所有与风扇相关的线路都用氧化镁绝缘，并用不锈钢包裹。整个系统也进行了改变。服务舱内安装了第三个低温氧气罐，并配有辅助电池以提供应急电源。第一个经过修改的服务舱，即 110 号航天器，于 1971 年 2 月随阿波罗 14 号一起飞行。所有改变都运行良好；在 NASA 成功的第三次登月任务中，服务舱没有出现任何重大异常。

额外有趣的事实：阿波罗飞行指挥员格里芬 (Gerry Griffin) 曾担任罗恩·霍华德 (Ron Howard) 1995 年执导的电影《阿波罗 13 号》的技术顾问。格里芬告诉我，霍华德添加了背景运动，比如人们在走廊里奔跑，以增加混乱的感觉，并增加整体的疯狂氛围，而实际上事情要有序得多。毕竟这些人都是专业人士！

资料来源：阿波罗 14 号任务报告附录 A；阿波罗 13 号审查委员会（纯文本）；阿波罗 13 号空对地技术语音记录（纯文本）。此外，如果您感兴趣，请查看阿波罗 13 号的阿波罗月球表面日志条目……里面有大量令人难以置信的内容！