阿波羅飛船
指令/服務(wù)艙
阿波羅飛船的主要部分是能夠承載三人的指令/服務(wù)艙,用于在地球軌道上、地球與月球之間、以及在月球軌道上飛行,并能返回地球。該部分是由北美航空(即之后的洛克威爾)所負(fù)責(zé)建造。
指令艙(CM)
阿波羅指令艙及其在土星5號(hào)火箭上所處的位置
指令艙是阿波羅飛船的主要控制中心以及三名宇航員的生活住處。其中包含加壓的主船員艙、宇航員的臥椅、控制儀表板、光學(xué)電子導(dǎo)航系統(tǒng)(英語:Apollo PGNCS)、通訊系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、電池、防熱盾、反推力系統(tǒng)、前端對(duì)接艙口、側(cè)艙門、五個(gè)窗口、以及降落傘回收系統(tǒng)。指令艙是整體阿波羅飛船及土星運(yùn)載火箭中唯一完好返回地球的部分。
服務(wù)艙(SM)
阿波羅服務(wù)艙
未加壓的服務(wù)艙包含一個(gè)主要的服務(wù)推進(jìn)引擎以及進(jìn)出月球軌道所需的推進(jìn)器、一個(gè)能進(jìn)行姿態(tài)控制及平移能力的反推力系統(tǒng)、含有氫氧反應(yīng)物的燃料槽、發(fā)散余熱至太空中的散熱器、以及一個(gè)高增益天線。燃料槽除了含有供人呼吸的氧氣外,也產(chǎn)生水供飲用及環(huán)境控制。阿波羅15號(hào)、16號(hào)、及17號(hào)的服務(wù)艙,還帶有科學(xué)儀器模組,當(dāng)中有繪圖相機(jī)以及一個(gè)小型的子衛(wèi)星以作研究月球之用。占整個(gè)服務(wù)艙絕大部分的推進(jìn)器及主火箭引擎有多次重新啟動(dòng)的功能,使阿波羅飛船能夠進(jìn)出月球軌道以及在往返地球及月球之間進(jìn)行航線修正。在整個(gè)任務(wù)期間,服務(wù)艙一直都與指令艙相連,直到返回過程中在進(jìn)入大氣層之前才被丟棄。
登月艙(LM)
阿波羅登月艙
登月艙是為登陸月球及返回月球軌道所設(shè)計(jì)的一個(gè)單獨(dú)獨(dú)立的載具,由格魯門公司所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)并制造。當(dāng)其首次獨(dú)自在真空的太空中飛行時(shí),便成了第一個(gè)真正的“飛船”。登月艙由下降級(jí)和上升級(jí)所組成,在阿波羅15號(hào)、16號(hào)、及17號(hào)的任務(wù)中,為兩名宇航員提供了四至五天的維生系統(tǒng)。
登月艙的下降級(jí)包含有起落架、登陸雷達(dá)天線、降落火箭引擎(英語:Descent Propulsion System)、以及登月所需燃料。此外,下降級(jí)還有幾個(gè)載貨的隔艙,能裝載阿波羅月面實(shí)驗(yàn)包(英語:ALSEP)(ALSEP)、模組化設(shè)備運(yùn)輸車(MET,阿波羅14號(hào)所用的儀器手推車)、月球車(用于阿波羅15號(hào)、16號(hào)、及17號(hào))、月表電視攝相機(jī)、月表工具、以及月球標(biāo)本采集箱。
上升級(jí)則包含船員艙、儀表板、艙蓋/對(duì)接口、前艙門、光學(xué)電子導(dǎo)航系統(tǒng)(英語:Apollo PGNCS)、反推力系統(tǒng)、雷達(dá)及通訊天線、上升火箭引擎(英語:Ascent Propulsion System)、以及用于返回月球軌道與阿波羅指令/服務(wù)艙交會(huì)時(shí)所需的燃料。
發(fā)射逃逸系統(tǒng)(LES)
阿波羅發(fā)射逃逸系統(tǒng)
發(fā)射臺(tái)發(fā)射中止測(cè)試。圖中可見俯仰控制發(fā)動(dòng)機(jī)及發(fā)射逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)作
阿波羅發(fā)射逃逸系統(tǒng)是由洛克希德火箭推進(jìn)器公司(英語:Lockheed Propulsion Company)所建造。其目的是當(dāng)緊急事故發(fā)生時(shí),如:發(fā)射前發(fā)射臺(tái)失火、發(fā)射制導(dǎo)系統(tǒng)失靈、或運(yùn)載火箭失控而很可能即將導(dǎo)致爆炸等,以迅速將指令艙帶離運(yùn)載火箭并即刻中止任務(wù)。
發(fā)射逃逸系統(tǒng)有三套彼此間隔120度并能往下通達(dá)運(yùn)載火箭外部的線路。若失去當(dāng)中任兩條線路的訊號(hào),便會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)。另外,飛船的指令長(zhǎng)也可以使用兩個(gè)轉(zhuǎn)移控制器的把手之一來手動(dòng)激活系統(tǒng),這樣就會(huì)將系統(tǒng)切換到一個(gè)特殊的發(fā)射中止模式。當(dāng)啟動(dòng)時(shí),LES會(huì)點(diǎn)燃固態(tài)燃料逃逸火箭,并開啟前翼系統(tǒng)以引導(dǎo)指令艙飛離故障運(yùn)載火箭的飛行路線。若在發(fā)射臺(tái)上發(fā)生緊急事故,LES會(huì)將指令艙帶往足夠的高度,以使指令艙在觸地前能安全地展開降落傘回收系統(tǒng)。之后LES會(huì)被丟棄,而指令艙便靠其降落傘回收系統(tǒng)著陸。
若沒有緊急事故發(fā)生,照慣例,在運(yùn)載火箭第二級(jí)點(diǎn)火后約20至30秒,便會(huì)利用由硫基橡膠化學(xué)公司(英語:Thiokol)所制造的一個(gè)分離式固態(tài)燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)來將發(fā)射逃逸系統(tǒng)丟棄。(此后若須中止任務(wù),就會(huì)在無LES的情況下完成。)在四次無人的阿波羅計(jì)劃、以及15次載人的阿波羅計(jì)劃、天空實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃、以及阿波羅-聯(lián)盟測(cè)試計(jì)劃的飛行任務(wù)中,都有攜帶發(fā)射逃逸系統(tǒng),但卻未曾使用過。
發(fā)射逃逸系統(tǒng)的主要部件
頭錐及Q球:在發(fā)射逃逸系統(tǒng)的頭錐中,含有一個(gè)稱作“Q球”的結(jié)構(gòu),當(dāng)中排列了8個(gè)測(cè)壓的皮托管。這些感應(yīng)器聯(lián)于指令艙及土星運(yùn)載火箭的制導(dǎo)電腦,使其在大氣飛行期間能夠計(jì)算動(dòng)壓(q),以及在進(jìn)行中止發(fā)射時(shí)能計(jì)算攻角。
Q球罩:是一個(gè)泡沫塑料的遮罩,用以保護(hù)皮托管不被碎片雜物所堵塞,在發(fā)射前數(shù)秒就會(huì)被移去。 遮罩是縱向切開的兩個(gè)半部,由一個(gè)2吋(51毫米)的橡皮筋連接在一起。在橡皮筋之后放有一個(gè)刀片,夾在兩半部的遮罩之間。有一鋼繩連于刀片的頂部和底部以及遮罩的兩半部,然后經(jīng)由發(fā)射控制塔(LUT)頂部懸臂起重機(jī)上的滑輪向下延伸到360呎(110米)高的發(fā)射控制塔右側(cè)的管線,并連接管線內(nèi)的一個(gè)筒狀砝碼(重物)。砝碼則擱在一個(gè)由氣動(dòng)電磁閥控制的杠桿上。當(dāng)發(fā)射控制中心(LCC)開動(dòng)閥門時(shí),每平方英寸600磅(600 PSI)的氮?dú)鈿鈮簳?huì)轉(zhuǎn)動(dòng)杠桿向下,使砝碼掉落,從而拉動(dòng)鋼繩,并順勢(shì)拉動(dòng)刀片將橡皮筋切斷,同時(shí)也將遮罩的兩半部拉離運(yùn)載火箭。這樣簡(jiǎn)易的系統(tǒng)就表面上來看是有點(diǎn)過度設(shè)計(jì)了,但是因?yàn)橐蕾嘠球提供資料的發(fā)射逃逸系統(tǒng)在發(fā)射前5分鐘就會(huì)整備待命,所以一旦必須在發(fā)射臺(tái)上中止發(fā)射時(shí),撤掉Q球罩就成了生死攸關(guān)的重要環(huán)節(jié)。
前翼配件及俯仰控制發(fā)動(dòng)機(jī):在緊急事故發(fā)生時(shí),這兩部件是結(jié)合在一起運(yùn)作的,以將指令艙帶離運(yùn)載火箭爆炸時(shí)的飛行路線,并飛到發(fā)射臺(tái)的旁邊才不會(huì)降落在失火的發(fā)射臺(tái)中間。
逃逸塔丟棄發(fā)動(dòng)機(jī):當(dāng)不再需要發(fā)射逃逸系統(tǒng)時(shí),這個(gè)較小的固態(tài)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)將其丟棄。這通常是在第二級(jí)火箭點(diǎn)火之后發(fā)生。
發(fā)射逃逸發(fā)動(dòng)機(jī):為主要固態(tài)燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī),經(jīng)由四個(gè)火箭噴嘴發(fā)射,并將指令艙迅速帶離發(fā)射事故。
發(fā)射逃逸塔:將發(fā)射逃逸系統(tǒng)附在指令艙上的配件。
推進(jìn)防護(hù)罩(BPC):為一空心圓錐結(jié)構(gòu),在發(fā)射時(shí)能完全密合覆罩在指令艙上。當(dāng)火箭在大氣中爬升時(shí),它可以保護(hù)指令艙的防熱盾以及窗口。若必須用到發(fā)射逃逸系統(tǒng)時(shí),它也可以保護(hù)指令艙免受逃逸火箭排出的氣體損害。
規(guī)格
長(zhǎng)度(不含BPC):32呎6吋(9.92米)
長(zhǎng)度(含BPC):39呎5吋(12.02米)
直徑:2呎2吋(0.66米)
總質(zhì)量:9,200英磅(4,200千克)
推力(于36,000呎):147,000英磅力(650千牛頓)
最大推力:200,000英磅力(890千牛頓)
推進(jìn)時(shí)間:4秒
中止測(cè)試
阿波羅發(fā)射臺(tái)中止測(cè)試-1(英語:Pad Abort Test-1 (Apollo))
阿波羅發(fā)射臺(tái)中止測(cè)試-2(英語:Pad Abort Test-2 (Apollo))
小喬二號(hào)(英語:Little Joe II)
飛船/登月艙接合器(SLA)
阿波羅飛船/登月艙接合器
由北美航空(洛克威爾)所制造的飛船/登月艙接合器是一個(gè)圓錐型鋁制結(jié)構(gòu),在土星運(yùn)載火箭S-IVB火箭級(jí)的上方支撐著服務(wù)艙。 當(dāng)火箭處于發(fā)射階段以及在大氣中爬升期間,飛船/登月艙接合器可以保護(hù)服務(wù)推進(jìn)系統(tǒng)的引擎噴嘴、登月艙(LM)、以及連于運(yùn)載火箭與服務(wù)艙的臍帶電纜。
在S-IVB火箭級(jí)頂部的控制設(shè)備單元(英語:Saturn V Instrument Unit)上拴有四個(gè)7英尺(2.1米)高的固定面板,并借著鉸鏈與另外四個(gè)21英尺(6.4米)高的面板相連。這四個(gè)21英尺(6.4米)高的面板可以如同花瓣般從頂端向四方展開。飛船/登月艙接合器便是由這些面板所組成,而且是用1.7英寸(43毫米)厚的鋁制蜂巢狀的材質(zhì)制成 ,并在其外部披覆了一層薄的軟木(0.03~0.2英寸或0.76~5.08毫米),再將其漆成白色,以在發(fā)射及升空時(shí)盡量減少熱應(yīng)力的影響。
在接合器頂部凸起的邊緣上則拴著服務(wù)艙。飛船在離開近地軌道之后,宇航員就會(huì)按下在控制儀表板上的“CSM/LV Sep”按鈕,以將指令服務(wù)艙(CSM)與運(yùn)載火箭(LV)分離。由于與S-IVB火箭級(jí)分離失敗會(huì)將宇航員困在軌道上,分離系統(tǒng)便采行了多路信號(hào)、多個(gè)雷管、以及多個(gè)定量炸藥的方式,這樣即便一個(gè)定量炸藥引爆失敗,也能接著引爆另一個(gè),以確保能與火箭成功分離。按鈕按下之后,引信會(huì)被點(diǎn)燃,在服務(wù)艙與接合器之間凸起邊緣的周圍、以及沿著接合器四個(gè)面板間的接縫就會(huì)爆炸,以將服務(wù)艙松脫,并炸開面板之間的連接。之后,在接合器面板下端的雙冗余煙火推進(jìn)器便會(huì)發(fā)動(dòng),以每秒30~60度的速率使四個(gè)面板依著鉸鏈向外翻動(dòng)。
在登月任務(wù)中,指令/服務(wù)艙轉(zhuǎn)移位置、對(duì)接并取出登月艙接合器面板被丟棄,此時(shí)指令/服務(wù)艙則掉轉(zhuǎn)180度指令/服務(wù)艙與登月艙對(duì)接,并將其從土星5號(hào)第三級(jí)火箭中拉出
在阿波羅7號(hào)以及之前的所有阿波羅飛行任務(wù)中,接合器的面板會(huì)照原先的設(shè)計(jì)仍然鏈接在S-IVB上并向外開45度。但是當(dāng)阿波羅7號(hào)宇航員正實(shí)習(xí)與裝有虛設(shè)對(duì)接目標(biāo)(取代真的登月艙)的S-IVB/SLA交會(huì)時(shí),便發(fā)現(xiàn)在登月任務(wù)期間,飛船與登月艙進(jìn)行對(duì)接并將其取出時(shí),可能會(huì)與接合器面板有碰撞之虞。為此,在重新設(shè)計(jì)的過程中,便使用了一個(gè)彈簧加載的鉸鏈松脫系統(tǒng),能夠以45度角將面板松脫并以時(shí)速約5英哩的速度將面板從S-IVB推離。及至宇航員將指令/服務(wù)艙拉離S-IVB并掉轉(zhuǎn)180度回來準(zhǔn)備進(jìn)行對(duì)接時(shí),面板已經(jīng)遠(yuǎn)在安全的距離之外了。
在接合器的較低面板處有四個(gè)點(diǎn)可以使登月艙與其相連。在宇航員將指令/服務(wù)艙與登月艙對(duì)接之后,就會(huì)引爆炸藥,使這四個(gè)連接點(diǎn)與登月艙分離,并且有個(gè)裁切機(jī)將登月艙連于控制設(shè)備單元(英語:Saturn V Instrument Unit)的臍帶電纜切斷。在炸藥點(diǎn)燃之后,彈簧就會(huì)將登月艙從S-IVB往外推離,然后宇航員就可以繼續(xù)航向月球了。
規(guī)格
高度:28呎(8.5米)
頂部直徑:12呎10吋(3.9米)(服務(wù)艙末端直徑長(zhǎng)度)
基部直徑:21呎8吋(6.6米)(S-IVB末端直徑長(zhǎng)度)
重量:4,050磅(1,840千克)
體積:6,700立方英尺(190立方米),4,900立方英尺(140立方米)可用
飛船的目前位置
所有指令艙、未執(zhí)行飛行任務(wù)的服務(wù)艙、以及登月艙的處置方式則詳見“生產(chǎn)的指令服務(wù)艙(英語:Apollo Command/Service Module#CSMs produced)”與“生產(chǎn)的登月艙”。(所有執(zhí)行飛行任務(wù)的服務(wù)艙于任務(wù)結(jié)束后都在大氣層中被燒毀。)
參考文獻(xiàn)
North American Rockwell, "Apollo Command Module News Reference", 1968.
NASA TN D-7083: Launch Escape Propulsion Subsystem
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