有史以来最棒的空间黑客

胶带和长袜如何拯救了三名宇航员

在 NASA 56 年的运营中,它曾将人类送上月球,也将机器人送上火星。但它最伟大的成就之一却鲜为人知:1970 年,一项“黑客技术”拯救了三名滞留宇航员的生命。

当“阿波罗 13 号”飞船接近月球时,一个氧气罐爆炸了。三名乘员不得不放弃任务,关闭指令舱,并转移到登月舱踏上归途。登月舱原本只设计给两人居住,很快就充满了危险水平的二氧化碳。

为了自救,宇航员必须设法将一个方形的二氧化碳吸收器连接到登月舱过滤系统的圆形开口上。地面团队利用飞船上有限的物品,包括宇航服的软管、长袜和胶带,设计了一个适配器。

宇航员肯·马丁利原计划搭乘“阿波罗 13 号”,但在接触麻疹后被替换。因此,当灾难发生时,马丁利在地面。他从地面协助 NASA 的救援工作,并在“阿波罗 13 号”宇航员从指令/服务舱(CSM)转移到登月舱(LM)后,他帮助他们改装了空气过滤器以适应新居所。(CSM 分为两个独立舱段:指令舱(CM)和服务舱(SM)。)

马丁利向《大众科学》详细讲述了这次磨难。

《大众科学》:空气过滤系统是如何工作的?

肯·马丁利:在任何航天器中——至少是载人航天器——大气控制是一个重要的设计考量。在 CSM 和 LM 中,大气都流经一个装有氢氧化锂的小滤罐。氢氧化锂可以吸收二氧化碳。过滤器只是为了吸收异味和过滤灰尘,以免堵塞一些调节气流的小阀门。

PS:指令/服务舱的系统与登月舱的系统有何不同?

KM:CSM 使用的是矩形滤罐。LM 使用的是圆形滤盘——一个大圆盘,气体通过中心的一个孔进出。这两个滤罐化学成分可互换,但物理上不可互换。

登月舱原本只设计给两人居住,很快就充满了危险水平的二氧化碳。

PS:氧气罐爆炸后,为什么宇航员不得不转移到登月舱?

KM:当氧气迅速消耗时,这意味着 CSM 发生两件事。首先,它将失去电力。氧气耗尽意味着燃料电池停止工作,生命支持系统和增压系统也将停止运行。CSM 还有两个小型电池,但你需要它们来运行指令舱,从分离服务舱到降落地球。因此,我们非常、非常担心做任何会消耗电池的事情。我们说:“好吧,我们要把这些孩子塞进登月舱,靠 LM 生活。” LM 有全部电池,没有燃料电池。

PS:登月舱的情况何时也变得危急?

KM:大约在我们绕月飞行时,LM 开始发出高二氧化碳警报。他们更换了 [空气过滤] 滤罐。人们开始说:“嗯,你知道,我们很快就会用完滤罐了。我们还有什么选择?”嗯,我们在 CSM 里有一堆氢氧化锂,但它不适合 LM 的容器。那么你能做什么呢?

美国国家航空航天局 (NASA)

PS:宇航员是否为这种类型的问题做好了准备?

KM:作为我们任务准备的一部分,模拟主管在飞行计划演练中注入了各种我们未曾预料到的异常情况和场景,以测试我们已制定的应急和紧急程序。

在一次早期任务中——可能是“阿波罗 10 号”或“阿波罗 9 号”——他们制造了一个情况,导致 CM 的大气受到污染,他们必须想办法清除它。他们说:“为什么我们不转移到 LM?然后我们关闭并对 CM 进行减压,清除所有舱内大气,然后重新加压,打开 LM,让乘员返回?”

PS:那么团队是如何处理 CSM 滤罐和 LM 过滤系统之间不兼容的问题的?

KM:嗯,每个人都认为那个模拟是一个非常牵强的难题。没有人能想出任何合理的办法让你陷入那种情况。但一旦“阿波罗 13 号”发生这种情况,有人就说:“还记得 LM 救生艇吗?”这就勾起了大家的记忆,他们说:“哦,是的!”

“这整件事的妙处在于,这些人即使对最不可能发生的事情也做好了充分的准备。”

那么我们在模拟中是怎么做的呢?我们剪开了一些包装物品的塑料袋,用普通的灰色胶带,将袋子缠绕在滤罐周围。然后我们将其插入宇航服的软管,并用胶带固定在每个端的喷嘴上,这样就可以通过它吹气。需要一些时间来运行,但它的效果就像直接安装在歧管上一样。我们为“阿波罗 13 号”也做了同样的事情。

PS:听起来地面情况相当平静。真的那样吗?

KM:这整件事的妙处在于,这些人即使对最不可能发生的事情也做好了充分的准备。他们知道没有人模拟过确切发生的事情,但他们模拟了可能施加在系统和人员身上的压力类型。他们知道自己的选择是什么,并且已经有一些初步的想法该怎么做。

在电影里,他们演得好像没人想过这个问题。他们把一堆杂物扔到桌子上说:“你能想办法吗?”电影只能这样表达我们是如何做到的。[事实上,] 我们对硬件非常熟悉。

为什么选择胶带?

无论是在航天器上还是在地球上的车库里,胶带之所以用途广泛,秘密在于它的织物层。夹在柔韧的聚乙烯涂层和粘性的橡胶粘合剂之间,棉网像钢筋加固混凝土一样增强了胶带的拉伸强度。同时,纵横交错的线使其易于用手撕开。

本文最初发表于《大众科学》2014 年 10 月 号。已在此网络版本中进行扩充。

 

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