NASA 如何在不离开地球的情况下进行太空探索

1968年6月16日,乔·凯尔文、万斯·布兰德和乔·恩格尔爬进阿波罗指令舱,并被密封在里面。在接下来的七天里,他们依靠船载系统和消耗品生活,并缓慢地旋转以确保航天器外壳受热均匀。七天后,他们满脸胡须、疲惫但高兴地走了出来。尽管他们没有离开地球,但他们的任务在很大程度上是成功的。2TV-1号乘组在巨大的真空室中“飞行”了他们的任务。

SESL 的起源

真空室在飞行前测试中非常有用,因为太空不仅对宇航员来说是严酷的环境,对维持宇航员生命的硬件来说也是如此。美国国家航空航天局很早就知道这一点,并且也知道真空室可以在地球上模拟太空中的无大气、极端温度和光照条件。1962年,在水星计划的真空室测试取得成功后,美国国家航空航天局开始规划一个更大的设施,以在将阿波罗硬件送往月球之前对其进行测试,该设施最终被命名为太空环境模拟实验室。

1962年2月20日,也就是全国人民观看约翰·格伦成为首位进入轨道的美国人的那一天,SESL背后的工作组举行了首次会议。他们认为,一个四部分的实验室将为他们提供足够的空间,在类似太空的条件下测试单个系统和完整的航天器。其中一个舱A将是载人舱。它将能够模拟太空的严寒温度和未经过滤的阳光热量,设有紧急人员的待命区,包括紧急加压系统,并对所有参与人员进行全面的生物监测。

旧金山应特集团(Bechtel Corporation)获得了初步研究合同,这有助于完善舱A。它逐渐成型,为一个直立的圆柱体,直径75英尺(最终直径为55英尺),高97英尺的直边,一个半球形顶部,一个椭球形底部,一侧有一个45英尺高的门。整个结构将由碳钢制成,覆盖不锈钢面板,并用碳钢加强筋加固。

1963年5月7日,工程开始,不到一年后,舱A准备进行首次减压测试以检查泄漏。在测试过程中,控制人员听到了吱嘎作响和爆裂的声音,然后才看到了损坏的程度。原来,舱内压力下降导致门框向内弯曲,一旦门框变形,就会导致相邻的加强筋、O形圈和面板变形。它们向内弯曲,连同支撑柱一起。原来,舱的八角形框架根本无法承受真空泵的压力,但幸运的是,解决这个问题很简单,只需修复损坏并加固整体结构。

1965年5月,维修工作完成,舱A通过了资格结构完整性测试。次年,安装了两组碳弧模块,可以模拟未经过滤的阳光的光线和热量。巨大的真空室已经准备好迎接航天器。

NASA's Vacuum Chamber A
美国国家航空航天局 (NASA)

Block I 测试

1966年5月17日,第一代Block I阿波罗指令舱(航天器008)被装入舱A。两个月后,一项为期94小时的真空测试揭示了一些问题——舱门未能正确密封,舱内积聚了湿气,隔热罩上积聚了冰,水管冻结了。

1966年8月1日,航天器008与志愿乘组进行了第二次测试:飞行乘组支援部(Flight Crew Support Division)的工程师唐纳德·加勒特(Donald Garrett)、乔尔·罗森维格(Joel Rosenweig)和尼尔·安德森(Neil Anderson)进行了一次为期八天的、问题重重的热真空测试。紧急再充压系统、舱内大气采样系统、阳光模拟组以及尿液排放系统都存在问题,这意味着他们在测试期间必须将尿液存放在袋子里。他们还遇到了一个奇怪的问题,他们的内衣释放出有毒的氟化锂气体,迫使他们脱掉内衣。由于测试没有模拟失重,八天仰卧在长椅上导致乘组出现鼻窦和肺部拥塞。10月29日至11月1日进行的第二次“任务”由宇航员乔·凯尔文(Joe Kerwin)、埃德·吉文斯(Ed Givens)和MSC工程师约瑟夫·加利亚诺(Joseph Gagliano)执行,他们复制了尿液排放问题以及后来被追溯到程序错误的燃料电池故障。

测试远非完美,但这表明该舱发挥了它的作用。这两次任务发现了最终迫使Block I航天器进行14项设计和14项程序更改的问题。但Block I从未飞行过。航天器012,另一架Block I型号,是导致阿波罗1号乘组丧生的航天器,事故发生后,美国国家航空航天局决定只飞行后期的Block II航天器。这意味着新飞船将进行真空测试。

Apollo Astronauts Testing in Chamber A
美国国家航空航天局 (NASA)

2TV-1

1968年4月23日,Block II航天器阿波罗2TV-1被装入舱A。从那时起,400多名人员不分昼夜地工作,为阿波罗7号任务(阿波罗计划的首次载人任务)配置航天器。1969年6月15日,它终于准备就绪,6月16日,宇航员万斯·布兰德、乔·恩格尔和乔·凯尔文登机,开始他们188小时31分钟的模拟任务。这次伪太空飞行让Block II经受了舱A的全部能力。测试始于一次“热浸泡”,舱顶的太阳模块将指令舱暴露在足以烧焦其蓝色外壳的高温下。然后,航天器被置于“冷浸泡”状态,以模拟在地球阴影中发现的严寒温度。另一次热浸泡加热了完整的指令服务舱堆栈,以模拟航天器在月球平面轨道上的旋转。测试在第四天出现问题,当时一条水管爆裂,导致“太阳”的大部分短路。这迫使全面停机,损失了28小时的测试时间,并最终迫使修改测试程序。宇航员于6月24日离开航天器,尽管太阳系统出现故障,但这次测试在很大程度上是成功的。没有出现严重问题,只是对Block II航天器下达了12项硬件设计和13项乘组程序变更的命令。2TV-1任务帮助美国国家航空航天局获得了发射阿波罗7号的许可,后者于1968年10月发射,进而帮助美国国家航空航天局通过阿波罗8号登上了月球。

舱A翻新

舱A是未被遗弃在原地的一个阿波罗遗迹。它已被翻新,作为詹姆斯·韦伯太空望远镜项目的一部分,配备了升级的系统,可以更好地模拟深空的严寒温度,并为测试提供更好的洁净室条件。

来源:NASANASAJSC Roundup;“To Create Space on Earth”作者:Lori C. Walters。

 

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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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