水星宇航员斯科特·卡彭特与“极光7号”的争议

去年五月,我去了亚利桑那州图森市的太空节五(Spacefest V),这是少数几个你能遇到那些可能登上过月球的老人并特别留意他们的活动之一。下午,我看到一群孩子像脱缰的野马一样沿着走廊冲去,急着要去游泳池,他们肯定不知道一群历史性的人物就在大楼里。他们的父母也不知道。这群孩子只是小心翼翼地绕过骑着电动滑板车的老人,以免撞到他。没人多看他一眼。那位老人就是斯科特·卡彭特,第二位绕地球飞行的美国宇航员。

斯科特·卡彭特是美国国家航空航天局(NASA)最早的一批宇航员,是所谓的“水星七号”成员。但他并非这群人中最出名的。约翰·格伦,当然,是第一位绕地球飞行的美国人,现在也是他那批宇航员中唯一健在的一位。艾伦·谢泼德是美国第一位宇航员,也是唯一一位登上月球的水星计划宇航员。沃尔利·希拉是唯一一位驾驶过“阿波罗”时代全部三个项目——“水星”、“双子座”和“阿波罗”——的宇航员。格斯·格里森的职业生涯非常精彩,直到在“阿波罗1号”火灾中不幸牺牲。迪克·斯莱顿因心脏病于1962年被停飞,之后领导了宇航员办公室,并于1975年执行了“阿波罗-联盟”测试项目任务。戈登·库珀在他的“水星”和“双子座”任务中创下了两次长时飞行记录。

卡彭特只执行了一次任务,即1962年5月24日一次相对短暂的三圈“水星”飞行。他留下的遗产是,一名宇航员违背命令,将任务——以及他自己的生命——置于危险之中。但这远远不是一个公平的评估。这个故事还有很多细节。

astronaut Carpenter getting his suit adjusted before his Aurora 7 flight
美联社

“奥罗拉7号” (Aurora 7)

卡彭特被分配飞行任务,这让他的同事们有些意外。迪克·斯莱顿本应在约翰·格伦之后飞行,但由于心房颤动而被调出了飞行轮换。然而,NASA并没有将这次飞行交给斯莱顿的替补沃尔利·希拉,而是给了格伦的替补卡彭特。其逻辑是,卡彭特在过去几个月里与格伦进行了密切的训练,是该机构准备最充分的宇航员。考虑到任务的复杂性,这可能是一个正确的决定。

格伦已经证明了宇航员不仅仅是太空中的乘客,所以NASA在第二次轨道任务中决定让宇航员扮演更核心的角色。借鉴格伦飞行获得的经验,并寻求尽可能多的科学数据,卡彭特的飞行计划很快就安排满了。

他的任务充满了科学目标、实验,以及与地面控制中心持续不断的生物医学数据传输。卡彭特还将拥有更多对飞船的控制权。通过结合俯仰和滚转机动,NASA希望宇航员能够调整飞船姿态,以观察日出、白天和黑夜的地平线、地球地标,并找到某些星星作为导航参考。该机构还希望他将飞船倒置,头部朝向地球,进行一项定向失调实验。其他科学实验包括释放一个系在太空舱上的彩色气球,以测试太空中的深度感知;观察微重力下的液体行为;使用专用光度计测量地球上闪光灯的可视度;通过各种滤光片拍摄天气照片;以及研究空气辉光层。

发射日期临近时,卡彭特将他的飞船命名为“奥罗拉7号”(Aurora 7)。“我认为水星计划及其为所有人带来的开放式运作方式,就像天空中一道光芒。Aurora也意味着黎明——在这种情况下,是新时代的黎明。” 他恰好在科罗拉多州博尔德市的Aurora大道和Seventh大道拐角长大。

任务

凌晨1:15起床,享用了精心准备的菲力牛排、荷包蛋、过滤橙汁、吐司和咖啡早餐,并进行了体检后,卡彭特被覆盖上生物医学传感器,紧密地套在他银色的飞行服里。由于雾天导致的一系列延迟,原本完美的发射倒计时被推迟,直到上午7:45,载着“奥罗拉7号”的宇宙神火箭(Atlas)轰鸣着启动,将卡彭特送离地球。

卡彭特进入轨道后的首要任务是将飞船调整到正常的反向飞行姿态,这样可以方便进行反推点火返回地球。这项任务需要他手动完成;格伦让他的机载电脑完成了这个机动,但这消耗了大量的燃料。在太空飞行中,燃料是最宝贵的资源之一。

“水星”飞船的能力有限。它能维持宇航员的生命,并通过一次反推发动机点火将他送回地球,并且可以通过围绕三个轴旋转来改变姿态。主要的姿态控制系统是自动稳定和控制系统(ASCS),它有十二个喷射器,消耗32磅过氧化氢燃料。计算机可以控制这个系统,或者宇航员可以使用电传指令强制接管。还有一个辅助的手动控制系统,由6个喷射器组成,消耗23磅燃料。将系统及其各自的燃料储备分开是NASA为飞船设计的冗余措施之一,但并非万无一失。危险在于一个叫做“双重控制权限”的问题:宇航员有可能在关闭手动系统的情况下切换到电传控制,从而同时消耗两个油箱的燃料。

astronaut Carpenter looking into the Aurora 7
美国国家航空航天局 (NASA)

但潜在的问题不止燃料储备有限。一系列仪器监测着太空舱的姿态,并将数据输入机载计算机,供自动稳定系统维持其姿态。这些仪器读数中的任何一个缺陷,都会导致计算机丢失方向。

卡彭特在轨道上扭转“奥罗拉7号”的同时,努力执行他充实的飞行计划,但他没有意识到他的地平线扫描仪——一个光学地平线仪器,将俯仰姿态信息输入机载计算机——偏差了约20度。他也不知道,在按照飞行计划在电传和手动控制之间切换时,他在第一次轨道飞行中六次启用了双重控制权限。到他第二次轨道飞行结束时,卡彭特的燃料储备已降至令人担忧的低水平——手动油箱约42%,自动油箱约45%。休斯顿告诉卡彭特,40是魔术数字。只要两个油箱都还有40%的燃料,他就能按时进行反推点火,并在再入大气层时保持飞船的姿态。如果低于这个数值,任务可能会以灾难告终。

卡彭特似乎并不担心他的低燃料水平,但飞行主管克里斯·克拉夫特却非常担心。克拉夫特在他的任务控制台盯着飞行过程中两个油箱里稳定下降的数字,通过通信员不断地向卡彭特发出节约燃料的指令。“奥罗拉7号”的计算机也担心燃料水平下降。第一次轨道飞行后,它给卡彭特发出了低燃料警告灯。他立刻用一块胶带把它盖住了,以免打扰他。

卡彭特继续进行预定的实验,并在第三次轨道飞行中进入了漂移飞行阶段以节约燃料。在他最后一次飞越夏威夷时,他设法在两个油箱中都保持了魔术般的40%燃料。但他太专注于更换相机胶卷以进行最后一轮拍照,以及调查格伦在他飞行中遇到的“萤火虫”现象,以至于他延迟开始了反推前检查。就在这时,当他需要快速完成重要步骤时,卡彭特才注意到他的地平线扫描仪出了问题。自动稳定系统无法维持他再入大气层所需的34度俯仰和零度偏航姿态。解决这个新问题让他进一步落后,当他切换到电传控制模式时,他忘了关闭手动系统。10分钟内,两个系统都在消耗燃料。

卡彭特设法让“奥罗拉7号”对准了反推点火,但姿态并不完美,而且也不准时;飞船向右倾斜约25度,点火晚了三秒钟。就在反推点火之后,卡彭特才注意到两个控制系统都在消耗燃料;此时,手动系统已耗尽,自动系统只剩下10%。卡彭特谨慎地使用电传控制以保持地平线在视野内,设法保持了“奥罗拉7号”的姿态。剩余的燃料被辅助阻尼模式消耗,以最小化飞船穿过大气层时的振荡。

在15,000英尺时,卡彭特启动了他的主降落伞,并在9,500英尺时手动将其展开。他轻柔地降落在比预定溅落点以南250英里的北大西洋。得知NASA的救援队至少要一个小时后,卡彭特选择离开狭窄、闷热的太空舱。他爬出“奥罗拉7号”的舱口,将救生筏扔进海里,然后自己跳了下去。他并不担心身处北大西洋的塑料筏中会孤身一人,而是借此时间反思这次飞行。三小时后,当救援飞机抵达,海军潜水员游到救生筏旁时,平静的卡彭特从他的生存工具包里拿出一些食物分给他们。

卡彭特的污点遗产

尽管卡彭特知道自己活着且安好,但克拉夫特以及全国人民都不知道;NASA的第四次任务是否会成为第一次致命任务尚不清楚。当发现卡彭特还活着时,克拉夫特松了一口气,但勃然大怒。他将任务的问题归咎于卡彭特表现不佳,称宇航员无视了反复要求他节省燃料和检查导航仪表的指示。正如他在2001年的回忆录中所写,克拉夫特当时发誓,卡彭特再也不会进行太空飞行了。他也没有。卡彭特在1963年请假离开了宇航员队伍,并于1967年完全离开了NASA。

Glenn and Carpenter shaking hands
美国国家航空航天局 (NASA)

自1963年以来,克拉夫特一直坚持他的立场,认为卡彭特有罪,而且他不是一个人。设计“水星”太空舱的马克斯·法盖特曾称卡彭特与其说是宇航员,不如说是个更好的诗人。去年,我遇到了前任务控制技术员杰瑞·博斯蒂克和格林·伦尼,并询问了关于NASA在飞行中途编写任务规则的故事,因为他们都在边做边学。他们告诉我这并非完全属实。“水星”计划当然是一次学习经历,但始终都有飞行计划,尽管他们小声地补充说,有些人(他们指的是隔壁桌的卡彭特)并没有遵守规则。

除了格伦之外,其他“水星”计划的宇航员也更倾向于支持克拉夫特而不是卡彭特。不知何时,“奥罗拉7号”被戏称为“污点7号”(Stigma 7),因为它给宇航员们的集体声誉蒙上了一层阴影。下一个要飞行的沃尔利·希拉,把证明宇航员在太空中可以比负累更有益作为他的个人目标。他将他的飞船命名为“西格玛7号”(Sigma 7),以反映他追求工程完美的目標,并在1962年10月3日,他在太空中漂浮了大部分的六个轨道,并且非常接近预定的溅落点,还剩下大量燃料。希拉的任务并没有教会NASA关于太空的知识,但它带回了当时至关重要的工程信息。

围绕卡彭特飞行引起的争议,反映了NASA当时面临的一个更大问题。在1962年春天,在完成了两次亚轨道飞行和一次轨道任务后,该航天机构还没有弄清楚人类和机器在太空中的关系应该是怎样的。一方面是任务控制中心的工程师,他们实时监控飞行的每一个方面,绘制再入轨迹,并密切关注在发生紧急情况时何时何地可以将飞船安全带回家。另一方面是宇航员,他们都是经验丰富的战斗机飞行员,习惯于在恶劣条件下测试新型飞机,并习惯于在瞬间做出救命的决定。在轨的宇航员希望掌控自己的任务,但飞行主管也同样如此。对控制权的争夺往往通过宇航员和飞行主管对工程数据的共同关注来缓和。但在卡彭特的情况下并非如此。他专注于飞行中的实验,这让他与克拉夫特产生了分歧。

这场飞行争议至今仍在持续,不应继续质疑卡彭特的胜任能力或克拉夫特的控制欲。相反,关于“奥罗拉7号”燃料使用不当和着陆点超出的问题,应该被视为一个案例研究。这是早期太空时代航天机构边做边学的绝佳范例,也是两种任务管理方式——一种由地面工程师负责,另一种由空中飞行员负责——的碰撞。它也是不同类型的人如何处理太空飞行业务的一个例子——克拉夫特一丝不苟地专注于工程精度,而卡彭特则运用飞行员的判断力和对地球之美和脆弱性的深切欣赏。不幸的是,对于卡彭特来说,“水星”计划并不是一个适合空想家的项目。

a woman shaking hands with old astronaut Carpenter
作者

在“奥罗拉7号”飞行之后,宇航员和任务控制之间的合作才逐渐发展。直到“双子座”计划,宇航员在这些复杂的会合任务中扮演了更核心的角色,紧张关系才得以缓解,并建立起更好的工作关系。

一位真正的传奇

2012年11月,我在一个宇航员奖学金基金会的活动上见到了斯科特·卡彭特。我记不清我跟他说了些什么,虽然我确定我说了些磕磕绊绊的话,表达了我能见到国家首批宇航员之一的荣幸。我有无数问题,但当我坐到他旁边时,却一个问题也想不起来了。因为无论他的声誉如何,他仍然是那些站在人类进入太空时代前沿的精英群体中的一员,这些人是我二十多年来一直阅读的对象。他再和蔼不过了,他配合拍照,并在我一本被翻得磨损的《新海洋》(This New Ocean),即NASA“水星”计划官方历史著作上签名,这本书已成为我非常珍贵的收藏品。

我的故事算不上什么伟大的经历,但我很高兴至少能有一个关于遇见“水星”计划宇航员斯科特·卡彭特的经历。他于2013年10月10日去世,享年88岁。

_资料来源包括:《奥罗拉7号》任务报告;《奥罗拉7号》任务转录;Swenson, Grimwood 和 Alexander 合著的《新海洋》(This New Ocean);Chris Kraft 著的《飞行:我的任务控制生涯》(Flight: My Life in Mission Control);以及 Scott Carpenter 与 Kris Stoever 合著的《广阔的天空》(For Spacious Skies)。 _

 

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我的学术背景是科学史,但我从小就对太空飞行感兴趣,那是在我小学时,我看到了一张两个宇航员在月球上的卡通画。我把七岁时对阿波罗计划的好奇心转化为一名太空飞行历史学家和自由撰稿人的职业生涯。

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