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　　编者按：1970 年 4 月 11 日， 美国阿波罗 13 号飞船起飞进入太空，准备执行登月计划。这次任务被称为史上“最成功的失败”的任务。事故到底怎么发生的？来看中科院空间中心的解读。

　　在太空探索题材的电影中，营救在太空中遇险的宇航员是编剧导演们喜爱的素材。从《地心引力》到《火星救援》，这些影片在获得不俗的票房成绩的同时，也向公众传播了与航天活动相关的科普知识。与这些虚构的影片相比，汤姆·汉克斯主演的《阿波罗 13 号》显得极为特别。这部斩获两个奥斯卡奖项的影片是根据 1970 年美国阿波罗登月计划中的一次真实事故改编的。47 年前，在奔月的路上，阿波罗 13 号飞船突然遭遇了服务舱氧气罐爆炸的险情。在地面控制人员和航天员的通力配合下，重重危机终于被化解，宇航员们也得以成功返回地面，让阿波罗 13 号任务成为 NASA 历史上“最成功的失败任务”。

　　历尽艰险返回地球后，美国总统尼克松为三位宇航员颁发了总统自由勋章

　　1970 年，那是一个春天，阿波罗 13 号飞船正在飞往月球富拉· 摩洛高原的旅程中。作为阿波罗计划的第三次登月任务，阿波罗 13 号的飞行在一开始显得颇为顺利。除了土星 5 号火箭有一点无关紧要的异常外，任务的各个系统都在正常工作。在发射后的第 46 小时 43 分钟，地面负责与宇航员讯通的工作人员打趣地抱怨道：“飞船的状况太好，格拉纳达的新外援在比赛中展现出强大实力我们已经无聊到流泪了。”发射后的第 55 小时 46 分钟，阿波罗 13 号上的宇航员通过电视直播，向地面观众展示了格拉纳达的新外援在比赛中展现出强大实力他杏彩体育们舒适的太空生活。在 49 分钟的电视直播结束时，宇航员吉姆·洛威尔向关注这艘飞船的人们道了晚安。

　　阿波罗 13 号爆炸发生前的控制大厅沉浸在轻松愉快的氛围中，电视直播正在进行

　　然而等待阿波罗 13 号的，却是一场噩梦。

　　登月的阿波罗飞船采用三舱式的结构。位于飞船尾部的服务舱产生飞船变轨所需的动力，同时为指令舱提供电力和氧气等供给。飞船中部的指令舱是宇航员在大部分时间所处的舱段。宇航员们可以在这里控制飞船的飞行，也会乘坐指令舱返回地球。飞船顶部的登月舱由上升段和下降段两部分组成。在登月时，登月舱与飞船分离并在月球表面着陆。在宇航员们完成月球表面的各项活动后，登月舱的下降段会留在月球上，上升段点火将宇航员们送回绕月轨道，与指令舱、服务舱对接，并返回地球。

　　阿波罗飞船

　　在电视直播结束后十多分钟，宇航员杰克·斯威格特按照地面的指令开始搅动服务舱中的氧气罐，以获得更准确的气压读数。忽然，服务舱传来一阵巨响，飞船内的告警灯随即开始闪亮。斯威格赶紧向地面控制人员报告：“休斯顿，我们这摊上事了！”（Houston,we've had a problem here.）

　　飞船的各个系统中，最先出现异常的是 B 总线的电压读数。B 总线是飞船的两个主要供电回路之一，爆炸发生后 B 总线的电压读数开始下降。随后，宇航员接连收到了一系列告警：两个燃料电池失效，服务舱中一个氧气罐内的氧气不翼而飞，另一个氧气罐的气压也在不断下降中。巨响刚刚发生时，宇航员们忙于处理驾驶舱内各个仪表的告警，直到十三分钟后，洛威尔望向飞船舷窗之外，才真正发现了意外的来源：服务舱已经被爆炸破坏，正在向外冒气！

　　原来，飞船服务舱中的二号氧气罐发生了爆炸，在毁坏自身的同时也毁坏了一号氧气罐。氧气罐的泄漏不但直接威胁了宇航员的基本生存条件，更连带引发了多重危机：阿波罗飞船的供电依靠的是液氧与液氢在燃料电池中的反应，当液氧供应不足时，燃料电池就无法继续工作，飞船面临的失去电能、在太空中“关机”的威胁。同时，燃料电池内化学反应产生的水也是宇航员饮水的来源，燃料电池停止工作后，飞船同时进入缺水的窘境。此时，飞船正在从地球向月球飞行的过程中。如果要立即返回地球，必须让服务舱中的发动机开机才能改变飞船的轨道。在服务舱已经发生爆炸的情况下，谁也不知道发动机开机有会不会引发更大的灾难。

　　阿波罗 13 号危机发生后紧张的工作人员

　　登月舱在宇航员登陆月球过程中要自主飞行，因此登月舱中有独立的供电、供氧设备，还有能提供动力的发动机。此时，它成为了宇航员求生的唯一依靠。在确定爆炸给服务舱造成的损害无法管制后，洛弗尔和海斯两人进入登月舱，与留在指令舱中的斯韦格特一同开始抢险救灾的工作。他们首先把服务舱中剩余的氧气导入指令舱中，再将指令舱的电源切换到登月舱的蓄电池中。为了尽可能的节省登月舱氧化银电池里极为有限的电能，宇航员们关闭了一些非必需设备，使飞船进入了“超级省电模式”，功耗降低到了正常情况下的 1/5。在飞船上，需要“喝水”的除了三位宇航员外，还有各种电子器件的水冷设备。为了尽量节省用水，宇航员们每天的饮水量只有正常情况下的五分之一，这样虽然勉强维持了生命，却给宇航员带来了很大的痛苦。返回地面时，三位宇航员因为脱水，体重总共降低了 31.5 磅（请急于减肥的读者不要效仿这种方式），海斯特还因为缺水引起的排尿困难症入院治疗。

　　登月舱与指令舱分离后航天员为它拍摄的照片。在危急时刻，它是航天员们的救生船

　　登月舱原本只设计供两名宇航员使用两天，如今却有三名宇航员要靠它存活四天。登月舱上储备的氧气足够航天员们使用，但过滤二氧化碳的氢氧化锂过滤器却坚持不了那么长时间，飞船上的二氧化碳浓度一度触发了报警，提示宇航员有中毒的危险。指令舱中储备了一些备用氢氧化锂过滤器，但是这种方形的过滤器无法安装到登月舱过滤系统圆柱形的安装槽中。在千钧一发之际，地面人员想出了解决办法，指导宇航员们用飞船上能够得到的物资拼装上了两种不同形状的过滤装置，成功降低了登月舱的二氧化碳浓度。

　　宇航员们临时拼装的二氧化碳过滤装置，工程师们将其戏称为“邮箱”

　　为了利用登月舱下降级发动机有限的推力返回地球，地面人员计算出了一条利用月球引力返回地面的轨道。飞船在绕过月球背面后，下降级发动机点火工作一次，以加速飞船返回。在茫茫太空中有如一叶扁舟的阿波罗飞船，使用的导航方式和人类在早期航海中使用的定位导航方式一样：宇航员们用一个原理与六分仪类似的望远镜寻找导航用的星星，飞控计算机会帮助宇航员们算出飞船正确的前进方向。然而爆炸的发生使得导航望远镜丧失了部分功能，宇航员们最后依靠测量太阳的方位才找到了自己回家的路。

　　服务舱分离后航天员们拍摄的照片，可见爆炸对服务舱的毁坏程度

　　与危机战斗的不止三名宇航员。在地面上，NASA 和飞船承包商的工程师们不分旦夕地工作。发送给航天员的每一条指令，都需要工程师们反复设计，并在模拟器上进行测试。美国总统尼克松亲自前往控制中心了解情况。通过新闻媒体不间断的报道，全美国人民都密切关注着三位宇航员的安危。教皇保罗在梵蒂冈为三位宇航员祈祷祝福。就连与美国处在冷战敌对状态的苏联都公开表示“苏联政府已经向他的公民和军队下达命令，要求他们利用一切可能的手段帮助美国宇航员。”

　　在历经艰险之后，回家之路终于快要走完了。在着陆前四个小时，受损的服务舱与指令舱分离，宇航员们也得以亲眼看到了服务舱的受损情况：服务舱被炸出了一个洞，一块面板已经被炸飞。在着陆前一小时，庇护了宇航员生命的登月舱完成了任务，与指令舱分离。三名宇航员最终乘坐指令舱，降落在南太平洋中，被美国海军的搜救舰队打捞，平安返回了地球。

　　平安回家的三位宇航员

　　之后的调查让所有人都大跌眼镜。在太空中惹祸的 2 号氧气罐居然是个二手产品！这个编号为 10024X-TA0009 的氧气本来安装在阿波罗 10 号上，在安装过程中不慎被损坏。当阿波罗 10 号换用其他的氧气罐成功发射后，这个氧气罐被修复测试，安装到了阿波罗 13 号飞船上。阿波罗 13 号在发射前进行的一次测试中，这个氧气罐的氧气始终无法彻底排空。控制人员决定启动罐内的加热器，排出剩余氧气。这个操作需要接通 65 伏的电源，但氧气罐内的电路一开始的设计电压是 28 伏。在 8 小时的加热后，靠近加热器的导线温度一度达到了 1000 华氏度，导线的绝缘层被破坏。在太空中，这段导线短路，点燃了绝缘层，引发了爆炸。

　　作者李会超，系中国科学院国家空间科学中心空间天气学国家重点实验室研究人员

延伸阅读：

美国为何不再登月

　　作者：江工

　　来源：作者博客

　　世界上有些事情存在着许多谬误，如果格拉纳达的新外援在比赛中展现出强大实力你没有判断力，往往找不到正确的答案。诸如以下有一件事就是这样常常忽隐忽现地缠绕着我。

　　四、五十年前美国阿波罗登月计划，历时约11年，耗资255亿美元。在工程高峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万人。经过七次载人飞行任务，6次登月成功，一次失败，总共有12名航天员登上月球，这是世界航天史上具有划时代意义的一项伟大成就。

　　我昨晚看了一部电影《“阿波罗”13号》，就是描写其中失败的那一次，时间是1970年4月11日，“阿波罗”13号因服务舱液氧箱爆炸中止登月任务（三名宇航员驾驶飞船安全返回地面）。以后又进行了四次载人飞行任务，均成功登月了。但是自1972 年12月美国“阿波罗17号”飞船返回地球之后突然中止，说停就停，而且从此美国再也不愿意登月了。既然诚如我们所知，月球是一个取之不尽，用之不竭的能源宝库，那又何故美国不再登月呢？

　　上网查询，中文网站上找不到任何官方声明（也许是无人翻译这方面的官方说法），以至于网上布滿了各种猜测、怀疑和阴谋论。似乎美国并没有登月成功过，一切都是造假；又说外星人就在月球的背面，由于外星人不欢迎地球人登月，所以，40多年来，美国人不敢再次登月。

　　这些都是站不住脚的奇谈怪论，而且中国人最热心于炒作这类无厘头的事，虽然原创仍然还是来自海外。但是中国人与外国人不同，一旦抓住就不放，喜欢把人家的冷饭一炒二炒三炒，炒上无数遍，津津乐道于其中。犹如炒美国大选丑闻一样卖力，兜售得热心过头，不知疲倦。弃自己国家到处千疮百孔于不顾，也要把美国搞臭，搞得人人恨而后快为止。长期以往，也使得中国人普遍判断力低下，脑残的人越聚越多。人家有愚人节，我们则是天天过着愚人节。

　　话再说回来，为什么美国再也没有兴趣登月了？以我的分析，合理的解释，有下列几种原因。

　　1、美国当年之所以制定这一套阿波罗登月计划，纯粹是为了和苏联进行竟赛，是为了在太空领域赶超苏联而特意量身定做的计划。在苏联领先完成了第一颗人造卫星和第一次载人太空飞行之后，美国要赶上去，所以特别看重登月计划，希望以此超越苏联。在6次登月成功之后，美国发现自己已经遥遥领先于苏联，苏联不可能再赶上来了，已经充分向世界证明了美国强大的科技实力，再为此浪费大笔经费继续搞登月，也就没有实际意义了，于是才取消了这个计划。此时也正值尼克松水门事件爆发，闹得二党争执不休，后来继任的福特总统十分平庸、无所作为。直到卡特之后的里根上台，才制定了星球大战计划，最后搞垮了苏联。

　　2、美国是一个极其喜新厌旧的国家，美国人热衷于首创，不愿意踩在别人成功的后面重复去做相同的事情。中国人恰恰相反，只想不费脑子、不冒风险重复别人做成功的事。正所以国民特性不一样，美国人总想撑能，探索人类从来没有涉及过的领域，以此展现智慧，以饱满的热情，创造了前人所没有做过的一个个的奇迹。放弃登月是为了探索整个太阳系更大的计划，例如对火星、土星、木星、外行星等等探测计划。毕竟国家财力有限，必须用在更有突破性的地方。

　　3、虽然月球表面有开发利用价值的钛、铁等14种元素，但从中也可以看出，能否获取月球资源，并非是一件容易做到的事。否则，凭美国成熟登月的技术，要想获取那里的资源，应该比任何一国都要容易得多。美国不再登上月球，正说明了那里的资源取之困难、得不偿失。这是给其它国家敲了一个警钟，所以宇航业老二的俄罗斯，才不会热衷于大兴登月计划。只有一向木纳的中国不知其味，扁着头要去干别人做过的事情。即使花上九牛二虎之力，成功登月，也不会超过美国获得的荣誉更伟大，让世界更值得敬佩。

　　之所以难以开发利用月球表面资源，仍是因为付出的成本太高。地球的逃逸速度为11.2千米/秒，月球与地球平均距离为38万公里。为了脱离地球重力的捆绑，一般现在所使用的化学火箭效率并不高，以为人熟悉的阿波罗11号登月任务所使用的土星5型火箭为例，火箭重量的90 % 为燃料，真正登月舱的重量只有10 %；而登月舱本身的61% 也是燃料，这样才可以让太空人登陆月球，和让他们离开月面返回地球。然而，随着太空探测船重量和目的地距离的增加，所需的燃料却以指数方式地上升，如前往土星的卡西尼探测船，发射的泰坦4B 型火箭，当中 99.5% 重量均为燃料，可想而知，化学燃料推进是多么低效率的方法，怎么可能会带回更多的月球资源呢？

　　除非有下面这种可能实现，不过目前仍是一种设想——科学家透过数学方法发展出一套可以用极少燃料甚至是零燃料便可以在行星中穿梭的方法，称为“行星际传输网络”。就像横渡越海洋的船只借助洋流一样，天空中也有类似连接起行星的管道，只要探测船进入了管道，推进探测船就不须能量，便会沿管道滑行在太阳系中穿梭。形成这无形管道的力量，就是宇宙间的万有引力。

　　以太阳和地球为例，太阳和地球之间的重力在5处不同的地方刚好互相抵消，称为拉格朗日点L1 - L5，物体可以停留在拉格朗日点中而不受重力影响，即使点中没有物质，物体也可以围绕拉格朗日点公转。选取适当的初始速度，探测船便可以由地球到达绕L1 或 L2 的轨道，这些轨道的集合形成了行星际传输网络的管道。数学家发现，在两颗互相公转的天体，总会存在这些管状的曲面，当物体位处管上，便会被驱往或驱离 L1或 L2。在管上行走，不用能量，重力自然会把物体送到目的地。

　　当不同行星之间的管道在重力之舞下连接，物体更可由一条管道跳往另一管道，因此，在精密的数学计算下，行星间的管道可以变成一条行星际的高速公路，让探测船在行星中穿梭。科学家正考虑，在未来的日子，首先在地月之间的 L1 点兴建永久的中转站，成为往后前往各行星旅程的起点，那么，到太阳系旅行，就不再是梦想了。不过目前这种利用引力流和太阳风的“星际高速公路”仍旧是一种幻想而已。

　　当下的宇航工程，说是各国都有登月计划，那应该是量力而行，它们绕不开国会与在野党的监督。例如：日本计划2017年前机器人登月；韩国计划与美国航空航天局合作，在2017年发射试验用轨道船；印度2020年将发射载人飞船；欧盟计划在月球上建立一个稳定的空间站，以后在那里训练人们如何在火星着陆。而另一个航天大国的俄罗斯，并没有酝酿什么大动作。这说明开辟航天事业并不一定非要从登月一步步做起。

　　从探索太空意义上来讲，我认为，目前美国人探索太空的目的，是为了要解开人类一个个宇宙之谜，并为了从中创造许多新技术、新产品、新理念，所以他们放开宇航业给私人企业竞争；而中国探索太空，虽然也有后者用意，但更重要的还是政治意义为主——为了证明自己是一个举足轻重的大国，也包括研制如航母等其他派不上大用场的大项目、大工程。

月球反面

　　月球正面

一握此手，一生朋友)