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分系统是每个航天器的心脏。“分系统”是航天时代出现的一个术语,指用于完成诸如供氧、供电甚至提供盥洗设施等特定功能的机械或电子设备。指令服务舱和登月舱的分系统所完成的功能相似,但因各自要适应的飞船及其环境的具体特点不同而采取了不同的设计。
先说环境控制系统——宇航员及其飞船的生命保障系统。它在效率和可靠性上都创造了奇迹,尤其是其重量与体积令人惊叹。一名配备呼吸器具的潜水员60分钟就要用掉一罐空气;而在“阿波罗”飞船上,等量的氧气可用15个小时。船上的氧气不是吸入一次后就扔掉:呼出的气体要通过净化除去二氧化碳,进行再循环和再利用。同时,舱内温度也可保持在舒适的水平,并可除湿和除味。除此之外,生保系统还可使舱内保持适中的压力,提供冷、热水,并利用循环冷却剂使所有电子设备处在适于其工作的温度下(空间失重环境下是没有对流的,各种设备必须靠流体循环来冷却)。因为该系统与宇航员性命攸关,故其大部分功能都设有冗余——即便如此,整个设备也比一台窗式空调大不了多少。
怎样才能产生足够的电力来维持飞船在太空中运行之所需?指令服务舱采用的是燃料电池;而登月舱采用的是蓄电池组。“阿波罗”飞船的燃料电池利用在极低的温度下以液态储放的氧和氢来发电。液氧和液氢化合后可产生电力,同时生成可供饮用的副产品水(在前几次飞行中,水中都夹裹有氢气泡,虽没对宇航员造成什么大的危害,但口感很差。宇航员们对此抱怨颇大。这一问题通过在系统中加装特殊隔膜最终得到了解决)。燃料电池电力系统效率很高,也很清洁,绝对没有污染。氧和氢的贮存要求在防漏绝热容器技术上取得新的进展。如果在“阿波罗”飞船的氢贮箱中加满冰,并放在华氏70度的房间内,箱中的冰要8.5年时间才会融化。如果一只汽车轮胎按与这些贮箱同样的速度漏气的话,要3000万年的时间才会变瘪。
“休斯敦,这里是静海。”这句话不久后将会从另一个世界传回来。在月球上行走的宇航员所说的话将先传递给登月舱,再传到澳大利亚、西班牙或加州的一座跟踪站,最后传至休斯敦的任务控制中心,时间上只有2秒的延迟。从月球到控制中心的通信比从我在拿骚湾的家(就在载人航天器中心附近)到休斯敦市中心的通信还要清晰,自然也更可靠。同时,一个很小的仪器将会记录下宇航员生保系统的读数,几秒钟后任务控制中心的工程师会看到氧气压力的变动情况,医生则可以看到心率的变化;世界各地的人们还可以在家里通过电视收看。这一切全靠的是“阿波罗”飞船的通信系统。它是宇航员返回地球的生命线,体积小,重量轻,而且工作绝对可靠。它由一系列调试到最佳状态的接收机、发射机、电源和天线组成,可使地面人员和设备能扩展宇航员和其飞船的工作能力(后来,当“阿波罗”11号飞船登月舱上的计算机在着陆最后几秒的关键时刻发生过载时,技术高超的飞行控制员史蒂夫·贝勒斯就是利用这一通信系统告诉尼尔·阿姆斯特朗不必理会该过载警报,继续执行登月不会有危险这一点的)。
如果一定要挑出一种最重要、最复杂、性能和精度要求最高的分系统,那便是制导与导航分系统。它的功能是:引导“阿波罗”飞船穿越250000英里空寂的太空;使之精确进入绕月飞行的轨道;使登月舱在距预定着陆点几码远的范围内在月面上着陆;引导登月舱从月面飞到月球轨道上进行交会;引导指令舱沿空气稠密度高得足以捕获飞船、又低得不足以将飞船烧毁的27英里宽的“走廊”再入地球大气层;最终使飞船在太平洋中部溅落在回收船附近。制导与导航分系统是在斯塔克·德雷帕的带领下,由麻省理工学院设计的。它包括内存信息量大得惊人的一台小型计算机、被称为惯性测量装置的一个陀螺和加速计组合以及使宇航员能观测到恒星的一台空间六分仪。这些设备一道工作,可精确确定飞船在地球和月球之间所处的位置,确定发动机应如何工作才能以最少的燃料消耗来修正飞船的航线或在月面上的正确地点着陆。精度是最重要的;登月不容许在误差上留有余量,登月地点出现差错时也没有挽回的余地。在“阿波罗”11号任务中,“鹰号”登月舱在下降发动机工作了12分钟后在静海基地着陆,而此时所剩的着陆用燃料只够再坚持20秒。
但是制导系统只能告诉我们飞船处在什么位置及如何修正其航线。它就像是人的大脑,而“出力”的则是由火箭发动机、推进剂贮箱、阀门和管路组成的推进系统。“阿波罗”飞船上共有50台发动机。与送飞船出征月球的“土星号”运载火箭的三级相比,这些发动机推力较小,但数量却要多出很多。它们中的大部分——登月舱16台,服务舱16台,指令舱12台——每台只能产生100磅的推力。如同飞机上的升降舵、副翼和方向舵用于俯仰、滚转和偏航操纵一样,它们可以让飞船沿任何所期望的方向飞行。
这些发动机中有3台的推力明显高于其余47台。服务舱中有一台推力20500磅的发动机可将“阿波罗”飞船送入月球轨道,然后再将其带回地球;登月舱上有一台推力10500磅的发动机用于下降飞行,另有一台推力3500磅的发动机用于上升飞行。这3台发动机都必须正常工作,其中任何一台出故障都会使宇航员困在月面或月球轨道上。它们在设计时都把可靠性作为首要考虑因素。它们都使用一经接触即可自动燃烧、不需用火花塞来点火的自燃推进剂;推进剂利用瓶装氦气,采用挤压式方法输向推进室,避开了复杂的涡轮泵;火箭喷管覆有烧蚀材料来防热,不需设置错综复杂的冷却系统。
另有3台发动机可在发射时即时提供推力,以在“土星号”火箭意外倾覆或爆炸时使飞船与运载火箭脱离。其中最大的一台可产生160000磅的推力,比美国首次载人飞行时将艾伦·谢泼德送入太空的“红石”运载火箭的推力还要高出许多(由于未曾出现发射中止的情况,因此这3台发动机也未曾派上用场)。
飞船上还有其它一些分系统,其中每个在设计上都有自己的复杂性,而且往往也各有各的问题。这些分系统包括显示和控制、备份制导系统、登月舱上的登月起落架和指令舱上的地球着陆系统(降落伞)以及精度可与瑞士表媲美、强度足以拦住一辆货车的对接系统。各分系统之间还有另外一些部件:导线、管件、管路、阀门、开关、继电器、断路器和启动、停止、弹出、分离或以其它方式激活各种程序的炸药。
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