阿波罗15号

阿波罗15号（Apollo 15）是美国阿波罗计划（Project Apollo）中的第九次载人任务，也是人类第四次成功登月的载人登月任务。阿波罗15号还是阿波罗计划中首次J任务——与前几次任务相比在月球上停留更久，科学研究的比例更大。指令长大卫·斯科特（David Scott）和登月舱驾驶员詹姆斯·艾尔文（James Irwin）在月球表面停留了三天，在登月舱外的时间总长为十八个半小时。两位宇航员驾驶的历史上第一辆月球车使他们在月球上穿越的距离比前几次任务遥远了很多。他们一共收集了约77千克的月球岩石标本。与此同时，指令舱驾驶员阿尔弗莱德·沃尔登（Alfred Worden）留在指令舱中环绕月球，使用科学仪器模组（Scientific Instrument Module，SIM）中的全景相机、加玛射线光分计、绘图相机、激光高度、质谱以及任务后发射的子卫星等等设备对月球表面环境进行了详细的研究。替补成员同样接受任务训练，在主力成员因各种原因无法执行任务时接替。支持团队并不接受任务训练，但被要求能够在会议时代替某位宇航员，并参与任务计划的细节敲定。他们也经常在任务被执行时担任地面通讯任务。阿波罗15号的三位宇航员此前曾担任阿波罗12号的替补团队。成为宇航员之前都是空军飞行员的斯科特、沃尔登和艾尔文在阿波罗12号任务的准备过程中曾与都来自海军的三位主力成员进行了友好的竞争。原计划中，阿波罗15号会与阿波罗12号、13号以及14号一样，是一次H任务。但1970年9月2日美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）宣布阿波罗15号的任务会被修改，阿波罗18号之后的任务都会被取消。为了最大化接下来阿波罗任务的科学成果，阿波罗15号被改为J任务，并会首次使用月球车。阿波罗15号的训练中最大的变化之一就是地质学训练。尽管在之前的任务中宇航员们也接受了野外地质学训练，但地质学项目在阿波罗15号的训练过程中首次变得特别重要。斯科特和艾尔文跟随加州理工学院（Caltech）的地质学家李·席尔沃（Lee Silver）学习地质学。席尔沃是由哈里森·施密特推荐的，以替代之前航空航天局为宇航员们准备的地质学教师。五十年代末，席尔沃曾对使用铀和铅衰变测年的方法做出重大贡献。起初席尔沃带领主力和替补团队去各种地质景点，就像大学里真正的野外地质学课一样；但当发射日期逐渐开始逼近时，席尔沃开始逐渐模拟登月之后的真实情况。斯科特和艾尔文会背着宇航服的背包模型，使用无线对讲机向不远处帐篷中的“指令舱宇航通讯员”（Capsule Communicator，CapCom）讲述周围的地质结构（真实的任务中，只有指令舱宇航通讯员和宇航员们保持正常通讯）。真实任务中，指令舱宇航通讯员身边往往会坐着一组地质学家；由于他们对于月球上的地形不了解，宇航员们必须要对月球表面做出准确的描述。登月点选择委员会（Site Selection Committees）于1970年9月选择了哈得利溪（Hadley Rille）作为阿波罗15号的登月点。当时两个最终的候选是：哈得利溪或者马里尤斯环形山。尽管最终选择权并不在他，但指令长的意见一直都很被看重。斯科特的选择很明确：哈得利溪会是“最佳探索地点”（"exploration at its finest"）。当斯科特和艾尔文进行着描述地形和采集标本的训练时，指令舱驾驶员沃尔登在进行着不同的地质学训练。他跟随埃及地质学家法鲁克·埃尔-巴兹（Farouk El-Baz），驾驶能够模拟月球地形对于指令舱的移动速度的飞机观测地球地形，练习从空中准确描述下方的地形结构。月球探险车，或称月球车的研制从1969年5月开始，承包商是波音（同时也是土星5号S-II第二级的承包商）。月球车能够被折入一个1.5米乘0.5米的空间。空车质量为209千克，在装载两名宇航员及设备时质量约为700千克。月球车为四轮驱动，每个轮子都有独立的四分之一马力（200瓦）的电动马达。尽管两个宇航员都可以驾驶，月球车每次被使用都是那次任务的指令长担任司机。月球车的最大速度为每小时10至12千米，意味着宇航员们会有时间驶离登月舱很远而仍然有时间进行长时间的科学实验。阿波罗15号使用的土星5号的序列号为SA-510，是该系列中的第十艘可发射火箭。阿波罗15号的指令/服务舱的序列号为CSM-112，呼号是“奋进”（Endeavour），以詹姆斯·库克18世纪第一次远征时所统帅的帆舰皇家奋进号（HM Bark Endeavour）命名。序列号为LM-10的登月舱的呼号是“猎鹰”（Falcon），以美国空军学院的吉祥物命名。如果阿波罗15号是一次H任务，则会使用CSM-111号指令/服务舱和LM-9号登月舱。CSM-111号指令/服务舱后来在阿波罗-联盟测试计划中使用，而LM-9号登月舱则未被使用，目前在肯尼迪航天中心展出。任务的修改导致火箭载荷有所增加，土星5号本身的发射轨道也因此进行了调整。火箭的发射角度更加偏南（80到100°方位角），地球停泊轨道（Earth parking orbit）高度也降低到了166千米。这两项调整使有效载荷增加了500千克。备用推进剂被减少以减轻火箭质量，S-IC第一级的制动火箭系统数量也从八台降到了四台。S-IC五台主火箭都需要比原计划燃烧更久以获得足够的推力。S-II第二级也进行了调整以避免纵向藕合振动（pogo oscillation）。登月舱降落部分和起飞部分的燃料和氧化剂罐都被加大，降落部分的底部的钟形喷管（engine bell）也被加长。登月舱上还增加了普通电池和太阳能电池板以增加电力。这些修改使登月舱的质量于之前的型号相比增加了1800千克，达到了16,330千克。宇航员们的宇航服也与之前任务有所不同。之前的任务中，包括没有去月球的阿波罗7号和9号，指令长和登月舱驾驶员穿的宇航服带有生命支持系统、液体冷却系统以及两排胸前连接口，每排三个。阿波罗15号任务中使用的新式A7L-B型宇航服胸前的连接口位置有改变，形成两个三角形。此外，宇航服的拉链也从之前的上下开口改为斜拉——从右肩到左臀部。这两个调整使宇航员们可以在穿着宇航服时完全弯腰，甚至坐在月球车上；更新的宇航服背包还可以使宇航员在月球表面停留更久。从阿波罗15号起，不进行登月的指令舱驾驶员需要在返回地球途中进行一次舱外活动以取得指令/服务舱外部摄像机中的胶片，所以其宇航服也从三个连接口改为五个以增加液体冷却系统。科学仪器模块（SIM）给肯尼迪航天中心的技术人员制造了很多问题。阿波罗15号是科学仪器模块首次被使用，从一开始就出现了很多问题。各种仪器都是设计在零重力下使用，却不得不在地球表面的1g状态中测试。比如质谱和加玛射线光分计只能在模拟的太空环境中测试，效果很不理想。当技术人员尝试将整个科学仪器模块安装在航天器上时，几个系统的数据流做不到同步,使得技术人员反复进行调试，直到发射前不久。测试加玛射线光分计时，测试点周围16千米内的一切机器都必须被暂时关闭。当所有航天器部件都被安装到土星5号中后，土星5号从火箭组装大楼移动到了39A号发射台准备发射。六月末七月初期间，火箭和发射架至少被闪电击中了四次。好在损坏并不严重，仍然可以按时发射。三位宇航员于凌晨4点19分（当地时间）被叫醒。在简单的身体检查后，他们与替补团队和支持团队一起吃了早餐。然后，他们6点45分时被基地车辆送到发射地点。此时离发射还有两个半小时。发射时斯科特坐在指令舱的左边，沃尔登坐在中间，艾尔文坐在右边。阿波罗15号于1971年7月26日早晨9点34分0秒（EST）发射。在S-IC第一级和S-II第二级火箭分离时，第一级火箭的熄火过程拖延较长，从百分之二到零推力的时间超过四秒钟。这意味着第二级火箭点火时与第一级之间的距离比预计短，使得第二级火箭的点火损害了第一级的遥感勘测系统。发射11分钟34秒后，航天器进入地球停泊轨道（Earth parking orbit），轨道长轴为171.3千米，短轴为169.5千米。在这个高度，由于地球大气层的阻力，太空飞行非常不舒服。由于一个排放口未被关闭以及在S-IVB第三级火箭关闭后火箭倾斜速度过快导致约220千克的液态氧燃料被损失。阿波罗15号上有一扇窗户经过特殊设计只传播紫外线，让宇航员们拍摄地球和月球的紫外线照片。从进入地球轨道起，三位宇航员们就开始通过这扇窗户拍摄照片。当窗户不再使用时，指挥中心指挥宇航员们盖住窗户以降低紫外线辐射。发射2小时50分钟2.6秒后，第三级火箭重新点火，进行月球转移轨道射入（Trans-Lunar Injection，TLI）。燃烧时间为5分钟49秒。这次点火使航天器的速度从7,809米/秒增加到10,827米/秒，飞行高度增加到310.0千米；航天器离开地球轨道，开始向月球飞行。离开地球轨道后的下一个重要步骤是指令舱掉头，与登月舱对接并将其从S-IVB第三级火箭中抽出。登月舱发射时位于指令舱下方，头尾相接。指令/服务舱从第三级火箭分离后，飞出一段距离，用十分钟作180度转弯，与登月舱对接并将其取出。半小时后，在给登月舱加压并确定对接完全锁牢后，三名宇航员从S-IVB中抽出了“猎鹰号”。第三级火箭按照计划将在月球上南纬3度39分，西经7度35分处撞毁。在掉头与对接时，控制面板中输入监视系统（Entry Monitor System）上的服务推进系统推进器（SPS Thrust）信号灯突然亮了。服务推进系统（Service Propulsion System，SPS）是指令/服务舱上的主推进器，突然亮的那盏信号灯是用来显示推进器阀门是否开启的。如果阀门被开启，服务推进系统将点火，而此时阀门应该处于关闭状态。为了安全起见，三位宇航员关闭了控制阀门的电路使阀门关闭，确保服务推进系统不会点火。经过分析，问题的起因被认为是来自于Delta-V推进器（Delta-V Thrust）开关的短路，阀门是由它开启的。问题出在开关表示推进器本身一切正常，但是需要有防止其突然点火的办法。阿波罗计划能够成功的原因之一就是关键系统上的冗余措施——比如在服务推进系统中，推进器有两个各自独立的阀门系统。短路只会影响一个阀门系统，使在关闭一个系统后推进器仍然可以点火。每次点火时并不开启全部阀门而只使用正常工作的那一组；被短路影响的阀门在点火后十秒才开启，在燃烧结束前就会关闭。指挥中心决定取消第一次中期轨道纠正（mid-course correction），意味着服务推进系统的点火只能留到计划中的第二次中期轨道纠正了。轨道纠正的取消使宇航员的睡眠时间得以提前。在宇航员们可以开始休息前，他们还需要向太空排除一些舱内废水，并将航天器调整为被动热控制（Passive Thermal Control，PTC）模式，也称为烧烤模式。这个模式使航天器大约每小时沿着长轴旋转一圈，保证航天器上平均的热分布 （在阳光直射时，航天器表面温度高达200摄氏度，而阴暗面只有零下100摄氏度）。高温差会使隔热板裂开或者燃料舱爆炸。发射十五小时后，三位宇航员熄灯睡觉。阿波罗15号第二天的主要任务就是计划中的第二次中期轨道纠正和对登月舱“猎鹰号”进行一次检查。指挥中心首先要求三位宇航员让服务推进系统在第二次中期轨道纠正开始前点火0.7秒，以孤立Delta-V推进器开关短路的位置。这次点火使指挥中心确认服务推进系统只可能因为故障开关而突然点火。任务结束后的调查显示一段1.4毫米长的电线掉入了开关中并导致短路。检查性质的点火本身使航天器速度增加了1.62米/秒，使挥中心决定取消计划中的第二次和第三次中期轨道纠正。在排出了登月舱中的空气(以防止有可能的毒气)并从指令舱补充了足够的空气后，三位宇航员打开了奋进号和猎鹰号之间的舱门，进入了登月舱。斯科特和艾尔文检查了登月舱所有的开关、电力系统、建成环境以及通讯系统。他们发现某个长条状仪表的玻璃盖破了，登月舱中飘浮着玻璃碎片。虽然这对仪器没有太大影响，但三位宇航员担心玻璃碎片可能会被吸入鼻腔。返回指令舱并关闭舱门后，他们在进食后在太空已经度过第一个整天并开始睡觉。第三天的“早晨”的主要任务是眼睛闪光实验(eye flash experiment)。之前的一些任务中，一些宇航员在合眼之后仍然能看到亮光，艾尔文在前两次睡眠中也遇到了这个问题。实验中，三位宇航员戴着眼罩面对同一个方向，背对窗户。他们报告了所看到光斑的颜色、位置和闪烁时间，整个试验进行了一小时。光斑被认为是高能宇宙辐射造成的。实验结束后，三位宇航员第二次进入了猎鹰号。按照指挥中心的安排，他们对登月舱进行了吸尘，吸完之后进行其他清理工作时吸尘器不关，以尽可能清除舱内飘浮的玻璃碎片。这时阿波罗15号已经进入月球重力影响，换句话说，月球的重力对航天器的影响比地球的大。非常平静的一天后，舱内出现了水泄漏。在零重力情况下，水呈球型；尽管整个航天器内部都防水，但水球要是变得过大最终破裂的话，湿漉漉的环境会变得很不舒服。水的泄漏来自某个松动的氯注射口：飞行过程中，宇航员们需要向水中注射氯，起到杀菌的作用，泄漏是因为注射口出现了松动。在一次非常成功的任务之后，三位宇航员的与商人瓦尔特·埃尔曼（H. Walter Eiermann）之间协议的曝光对他们的名声多少有些不利。斯科特在他的宇航服中携带了398枚未经许可的首日封。埃尔曼答应在事成之后给每个宇航员七千美元的活期存款以换取一百枚首日封。他还告诉宇航员们他在阿波罗计划结束之前不会将首日封出售。斯科特在任务结束后将一百枚首日封寄给了德国斯图加特的埃尔曼。埃尔曼又将首日封给了最早想出这笔生意的德国Lorch的邮票商人贺尔曼·塞格（Herman E. Sieger）。塞格公开将这些首日封以平均一千五百美元的单价在德国卖出。得知消息后，斯科特通知埃尔曼停止销售活动。三位宇航员还决定不接受来自埃尔曼的任何钱财。航空航天局没收了剩余的298枚首日封。三位宇航员都被正式警告，他们的正式军队勤务评定报告中也包括了这个事件，以反省其“缺乏判断”（参见阿波罗15号邮票丑闻）。另外一个小争议与两个计时器有关。斯科特的一个朋友希望他能将一块手表和一块秒表在执行阿波罗15号任务时带在身边以测试性能。斯科特考虑到两块表在任务中也许能派上用场，尤其是任务中需要人工计时的点火，就在没有得到航空航天局允许的情况下将两块表带到了月球。最后一个争议发生在任务之后。三位宇航员希望比利时艺术家保罗·范·霍伊东克（Paul Van Hoeydonck）能制作一个小雕塑，以个人名义纪念那些在航天事业中牺牲的美国和苏联的宇航员们。这件8.5厘米高的铝制雕塑被叫作《倒下的宇航员》。《倒下的宇航员》被斯科特和艾尔文放在了月球上，旁边还有一块刻着十四位在航天飞行或训练过程中牺牲的美国和苏联的宇航员的名字的纪念牌。他们与范·霍伊东克达成协议，不制作任何复制品。任务后的新闻发布会上，三位宇航员提到了《倒下的宇航员》。国家航空航天博物馆（National Air and Space Museum）要求得到复制品作展品之用。宇航员们答应了，要求展览要“有品味并且不要宣传”（"with good taste and without publicity"）。1972年5月，斯科特发现范·霍伊东克计划制作更多的复制品以谋取利益。斯科特感觉这样会违反两人的协议，劝说范·霍伊东克停止销售《倒下的宇航员》复制品的活动，但范·霍伊东克还是在纽约的瓦德尔美术馆（Waddell Gallery）以每件750美元的价格售卖了950件。