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三个中心_航天故事

2019-11-18 航天故事

三个中心_航天故事
 
“阿波罗”登月计划事实上包括三个部分,即飞船的研制,运载火箭的研制及其装配、发射。这些工作分别由三个部门负责。马歇尔宇航中心负责“土星”运载火箭,休斯敦的约翰逊宇航中心负责“阿波罗”飞船,挑选、训练宇航员,以及指挥登月飞行及其返回地面,肯尼迪宇航中心负责装配和发射。
 
国家航空和航天局从 50 名宇航员中,选中了尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗、迈克尔·考林斯和埃德温·奥尔德林作为登第一批登月人员。人员挑选是极其严格的。早在发射“双子星座”飞船时,计算机就记录下了所有宇航员的操作方法、心脏活动、对危险的判断力、与别人的配合等情况。这次挑选登月人员,就是利用电子计算机的统计,结合地面上的训练成绩综合考虑决定的。以后的事实证明,这次人选是完全成功的。
 
在确定登月人员的同时,航空和航天局还选定了 3 名预备登月人员:詹姆斯·洛弗尔、威廉·安德斯和弗雷德·海西。以备随时顶替。
 
将宇宙飞船送上月球的是“土星 V”火箭。这种运载火箭的总设计师是著名的德国火箭专家威尔纳·冯·布劳恩博士。他自 1932 年起就参加了德国的火箭研究。
 
为了把宇宙飞船送上月球,运载火箭至少要有 5443 吨的推力。为此美国很早就开始了“土星”火箭计划。1961 年 10 月 27 日,美国在肯尼迪角发射了当时世界上威力最大的运载火箭”“土星 C—1”。这次发射的火箭进入大西洋上 153 公里高空,飞行了大约 8 分钟,行程 360 公里,然后落入海洋。它的成功,使“土星”计划不断向前迈进,沿着“土星 C—1”、“土星 C—2”、“土星 I”、“土星 I—B”  的道路,最终研制成了威力巨大的“土星 V” 火箭。
 
“土星 V”型火箭是三级火箭,火箭的第一级(S—1C)高 42 米,直径 10 米,重 2400 吨。其中它的两个燃料箱,一个能容 1650 吨液氧,另一个盛装 650 吨煤油。第一级火箭尾部装有五台 F—1 型发动机,能产生 3750 吨的推力,在发射时将宇宙飞船送到 62 公里的高空。这五台发动机每秒钟消耗 15 吨燃料,所以第一级火箭点燃发射后只能工作 2.5 分钟,就会因燃料耗尽  
而被抛弃。
 
第二级火箭(S—2)高 25 米,直径 10 米,加上 470 吨燃料后的总重量是 500 吨。它由 5 支较小的火箭发动机组成,在 62 公里的高空发动,总推力为 525 吨。由于此时第一级火箭脱离,重量减轻,而且飞船已进入空气比较稀薄的空中,所以能使飞船获得加速度。
 
第三级火箭(S—4B)高 18 米,直径 6.7 米,重 130 吨,其中液氧及氢推进剂重 115 吨。这级火箭的最大特点是,它的 J—2 型发动机不是一次把燃料用完,而是可以多次启动、重复使用。它能产生 100 吨的推力。
 
在第三级火箭的上面有一个巨型的环状物,称为“仪器舱”。它是“土星 V”型火箭的“头脑”,这上面装置了微型电子仪器,用以自动测录、导航、调度和控制这三级火箭发动之用。
 
“土星 V”火箭的外型基本上是个各段直径不同的铝制圆柱体,但制造工艺却相当复杂。以波音公司装配的第一级火箭为例,仅各种规格的螺母、螺栓、铆钉、和其他 2000 种不同型号、大小的紧固零件就使用了 25 万个。火箭上发动机所用的零部件要运到装配工厂,需用 2.6 万辆卡车,才能装得下。
 
“阿波罗”飞船装置在火箭上端,它包括四个部分:指令舱、服务舱和登月舱,飞船的最上端还有一个紧急脱险火箭。
 
指令舱是一个圆锥状体,这里有飞船的全部操纵、制导装置,是宇航员生活和工作的主要场所,是飞船的主要部分,也是唯一能返回地面的部分。
 
服务舱被看作是宇航员返回地球的“船票”,也是飞船的后勤供给部。因为它装有可以多次起动喷火的飞船主发动机,依靠这个发动机修正飞船的航线,进入绕月轨道;以及在飞船脱离月球轨道,返回地球时进行加速,服务舱是个 7 米高的圆柱体,内分 6 个部分,推进系统是其中重要的一部分。装有氢、氧气箱以及 3 个燃料电池的部分是又一个重要部分,它负责的指挥舱供应氧气、氢氧混合剂产生的热量和电力。此外,这个舱里还装有其他重要设备和供应品。
 
登月舱完全独立于飞船之外,又称“鹰”。它分上升节段和下降节段两部分,各有一个发动机,电力系统和供热系统也自成体系,此外还有自己的氧气系统。登月舱外壳是一层很薄的铝皮,厚度只有 0.1 毫米,外表黄黑相间,夹杂着银色,远看象一只甲虫。登月舱内的双人舱有公共汽车那么宽,绝大部分是用铝钛合金板焊制而成。压力室空间约有 6.5 立方米,前面一半是宇航员的活动空间,后面还有一个深 1.37 米的中间室。在宇航员的活动空间,顶部和可以接触到的舱壁上,安装了无数的仪表和开关,宇航员在里面没有座位,两位宇航员只能并排站着,面对仪表控制盘。此外,舱两侧各安装了一个三角窗,他们可以观察宇宙空间。
 
登月舱的下降节段如一个八边形平台,有下降火箭作为动力。它的四面有 4 支可缩放的修长的脚——着陆支架,支架里有蜂巢似的铝质物体,顶端各有一个圆形托盘,登月舱降落月面主要靠这个支架。在宇航员完成探险任务后要离开月球时,支架又被充作发射架,上升节段发射离开后,它就被甩在月面上了。上升节段是宇航员活动、工作的地点,在完成登月任务后,它作为上升火箭使宇航员能返回绕月轨道,与宇宙飞船对接。
 
塔状的发射逃逸系统,紧急脱险火箭是备用装置。在宇宙飞船发射时及最初阶段,万一“土星 V”火箭发生故障,救生火箭立刻起动,将乘坐宇航  
员的指挥舱弹射开去,飞到安全距离以外,然后安全降落。如果发射顺利,在飞船飞越大气层后,它会通过另外的小火箭发射,与飞船脱离。
 
首次登月的“阿波罗 11”宇宙飞船的最后安装、机能检查和飞行前准备,都是在卡纳维拉尔角宇航中心进行的。卡纳维拉尔角坐落在美国佛罗里达州半岛中部的梅里特岛上,由于地处大西洋和墨西哥湾的暖流之间,所以这里无四季之分,气温每天都在 30 摄氏度以上。
 
卡纳维拉尔角宇航中心,也叫肯尼迪角宇航中心,建造在一片沼泽地带上。自从国家航空和航天局成立以来,这里逐步发展起来,成为五角大楼及航空和航天局共管的宇航中心。随着美国航天事业的发展,这里的设施也不断增多,目前该宇航中心的占地面积已扩大到 570 平方公里,拥有 20 多个发射场,成为美国的“太空港”,被誉为“通往太空之门”。
 
肯尼迪宇航中心“资格最老”的要数 39 号复合发射场了。它建成于 1966 年,包括三个部分:即南面的发射控制中心,中间的飞行器装配大楼和北面的发射区——A 发射台和 B 发射台。
 
飞行器装配大楼无疑是世界上最大的建筑之一。它长 218.23 米,宽 157.86 米,高 160 米,很象一个 52 层楼高的“盒子”,特别显眼。它自 1963 年 7 月开工到 1966 年 2 月竣工,时间经历了三年,花费了 1 亿美元。
 
装配大楼是钢架结构,四面是绝缘的铝板壁。南北两壁大部分镶上可透光的玻璃纤维三合板。它的地面 6 个足球场那么大,大门有 139 米高。由于建筑物过于庞大,不得不在房顶上装了 125 台通风机,以使厂房内 370 万立方米的空气每小时可更换一次。
 
月球探险的“阿波罗”飞船和“土星 V”运载火箭等都是在这里面装配和检查完毕,并通过专用滑道运送到固定发射台上去的。这样做的目的是缩短组装和发射准备时间。
 
装配大楼里面有专供装配和检查用的一个三层楼高的工作平台,平台上装有电子计算机、通讯设备、电动装置、测试设备、空调设备、液压装置、燃料输送管、供电及供水系统等。平台靠近飞行器和运载火箭的一面,是个 135 米高的钢塔架,它有 90 个活动臂架与之联接。钢塔架上有 18 个不同类型的小工作台和通道平台,通过分配系统将 9 个可移动的液压加油罐和电缆塔臂,从塔架的各层与火箭连接,分别处理燃料、电气等系统的事宜。钢塔架顶部装置有一个 25 吨重的回转式起重机。这样的钢塔架一共有 3 个,在飞行器装配大楼里,它作为活动装配平台,用于装配和检测;在发射时,它作为活动发射架,与飞船、火箭一起被送上发射台。
 
39  复合发射场中的两个发射台是用钢筋混凝土浇铸成的。这两个发射台相距 2650 米,分别处在面积为 11775 平方米的八角形广场的两个角上。发射台台面离地面 14.6 米,台上有 6 个特别机械受压柱和 4 个活动液压支柱,能把飞船、火箭和活动发射架一起钩连起来就位。在 A、B 两个发射台之间,是一个长 137 米、宽 18 米、深 12 米的火焰坑。离发射台数百米远的地方,分别设置了储存液氢、液氧和航空煤油的燃料罐库。
 
发射台在装配大楼以北约 5 公里处,它们之间有两条平行的特种专用滑道相联接。滑道路面宽 15 米,用 20 公分厚的特种鹅卵石铺成,能承受 9 千多吨的重量。1969 年 1 月 3 日,“阿波罗 9 号”和“土星 V”运载火箭从装配大楼被运送到发射台去,就是通过这条专用滑道。运输工具是巨型履带式电动运输车。因为被运的物体实在硕大无比,一路上走走停停,不断检查是  
否一切完好无损,结果 5 公里路程走了整整一天,比火箭进入轨道花费的时间都长。
 
装配大楼东南 15 公里处,便是发射控制中心。这座四层楼的建筑是 39 号复合发射场的“电脑”。它的第一层是办公室、餐厅、医务所等;第二层用于遥测,放置了地面接收仪器和记录设备;第三层有 4 个控制及发射室,通过各自的计算机系统,都能独立进行检测及发射工作;第四层作为观察室。发射控制中心旁边,是一座综合宇航大楼,设有仓库、邮局、银行、电话中心等,还有飞行计划及飞行准备大厅,飞行模拟装置大厅,压力试验室、大型计算机设备和其他训练设施等。
 
“阿波罗 11”飞船的安装和飞行准备工作按进程分为 10 个阶段。A 阶段开始于 1969 年 1 月 19 日。这个阶段的主要任务是接收从各地发运来的部件和构件。从 1 月下旬开始,直到 2 月 20 日这些零部件才陆续从各地运到。
 
3 月 27 日,美国航空和航天局决定,在 7 月 16 日美国独立 194 周年纪念日发射“阿波罗 11”飞船。这使所有的人都开始紧张起来。
 
B 阶段的工作是宇宙飞船和运载火箭的安装和检查阶段,它持续了约 18 周。到 4 月 14 日,“阿波罗 11”和“土星 V”就联在一起,高悬于半空中了。
 
C 阶段的任务是将组装完毕的“阿波罗 11”连同运载火箭一起,由装配大楼往平行滑道运到发射台去。这个工作于 5 月 20 日中午十二点半正式开始,共用 6 小时,于当天完成。
 
从 6 月 3 日 16 时开始飞行准备进入 D 和 E 阶段。第一级火箭的煤油罐里注入了燃料,宇宙飞船进行试运转,以检查各构件间的联接辅助设备、电力起动系统工作是否正常,阀门、密封件情况是否良好等。
 
自 6 月 25 日午夜开始,“阿波罗 11”飞船进入计时演习试验,这就是 F、G、H 阶段。这三个阶段把计时开始到发射前的全部时间计算在内,进行单项的、多项的或总的试验。既进行不加燃料的“空车”试验,也进行注入液氢、液氧的“重车”试验。7 月 3 日,甚至还进行了一次模拟试验,包括宇航员几点起床、何时早餐、穿宇宙服的时间等等。7 月 16 日正式发射的那天,所有的“发射动作”将严格按这次模拟试验得出的时间表进行。
 
计时演习结束后,最后的 I 和 J 阶段就是将宇宙飞船通入空气,正式交付使用,并进入发射前的最后准备阶段。
 
在“阿波罗 11”进行组装和调试准备期间,被挑选出来的 3 名正式登月宇航员和 3 名预备人员也一刻没有闲过。
 
在约翰逊宇航中心,宇航员一直在模拟飞行装置中进行学习和各种训练。鉴于这次飞行的主要目的是登月,所以训练内容大致分为两部分:一部分是用来模拟“阿波罗 11”在宇宙飞行中。其作用是训练宇航员在飞行过程中能熟练掌握操作驾驶技术,妥善处理可能出现的各种突然现象和情况。在训练装置中,月球和星空近似逼真地出现在宇航员眼前,飞行情况、测试数值、飞船速度以及宇航员的视野情况等,都通过计算机、指示计和相应的图片展现出来,就好象是真的在太空遨游一般。
 
训练的第二部分内容是模拟登月。在模拟装置里,“阿波罗 8 号”、“阿波罗 10 号”和“徘徊者”号、“观察者”号飞行器所拍摄的月球照片,都尽可能真实地被复制出来。此外还制造了能抵消 5/6 地心引力的失重环境,供宇航员反复训练、熟悉。
 
5 月 24 日,宇航员们在得克萨斯州加尔沃斯顿以南 5 公里的地方,进行  
了重返大气层的溅落模拟演习试验。到 6 月 16 日,阿姆斯特朗结束了在休斯敦约翰逊宇航中心的练习。他总共做了八次登月模拟训练,这次演习在他脑海里留下了深刻的印象。6 月 28 日,奥尔德林在吉尼亚城的兰利研究院,用电缆着陆训练在 45 米高空进行了 12 次登月练习后回到肯尼迪角。他俩还和考林斯一起参加了 7 月 3 日的计时演习试验。
 
到此,登月的准备工作可以说已经基本就绪。