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科技日历|57年前,一场失败拉开了人类深空探索的序幕

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 黄琨 • 2019-07-22 22:10:18 来源:前瞻网 E7032G1
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1962年7月22日,美国人怀揣着探索更深远星空的梦想,在卡纳维拉尔角目送载着“水手1号”探测器的“擎天神”运载火箭飞向天空。

火箭

遗憾的是,起飞没多久,火箭就对地面制导系统发出的指令做出不恰当的反应,失去了控制。在发射后第294.5秒,地面控制人员只得按下电钮,看着火箭在空中炸成一团烟火。

NASA记录了当时的情况:

“直到发射场安全员检测到一个计划外的偏航提升(向东北)机动之前,推进器一直表现良好。之后,由于制导指令的应用错误,再想操纵火箭已经不可能了。当时飞船正朝着坠毁的方向飞行,有掉在北大西洋航线上的风险,也可能落在有人居住的地区。(地面人员)在分离前6秒发送了自毁指令,再过6秒,指令就会失效。在自毁指令发出后,无线电应答器还继续发送信号达64秒。”

“水手1号”隶属于美国的“水手计划,”又称“水手号计划”,这是在20世纪60-70年代由NASA主导的一项外太空探索计划。从1962年到1973年,美国人为此计划发射了一系列探索火星、金星、水星的航天器,夺得太空探索多项第1,包括:第1次跨星系星际飞越、第1个行星探测器以及第1个以重力加速航行的太空船。

“水手1号”的任务最终由5周以后发射的“水手2号”完成。

虽然名字不同,“水手2号”和“水手1号”完全是同一款飞船。

水手1号底部是六角形的基座,宽1.04米,厚0.36米,里面有多种科学试验设备,以及姿态控制气体瓶和火箭发动机。基座背面是48厘米直径的碟状定位天线,正面为金字塔型的金属框架。两侧为长5.05米,宽0.76米的太阳能电池板除此以外还有备用的水银电池为系统供电。动力系统则是一个225牛推力的联氨和4台控制姿态的氮气喷气机。

中段机动推进装置由一枚单推进剂(无水肼)225 N型反推火箭提供。肼由四氧化二氮和氧化铝球团点燃,推力方向由位于推力室下方的四个射流叶片控制。该装置采用氮气射流系统,成功实现了1度姿态控制。太阳和地球作为姿态稳定的参考。整体计时和控制由数字中央计算机和音序器执行。热控制是通过被动反射、表面热吸收、热屏蔽和活动百叶等手段实现的。

根据后续分析,是2大错误——GE Mod III-B制导系统速率信标故障和制导程序错误导致了这次发射失败。

速率信标故障发生在T+93秒,由于火箭此时仍在上升阶段,这一故障的影响并未马上暴露出来。

之后制导程序错误造成的后果开始显现。据记载,“火箭的制导天线性能很差,低于规格。当火箭接收到的信号变得微弱和嘈杂时,火箭失去了对提供转向指令的地面制导信号的锁定”。

这个制导程序的主要用处是在丢失地面信号后,重新激活制导系统。但由于制导系统编程错误,它提前激活,导致了大规模的非计划偏航调整。发射后294秒,靶场安全官员发出了销毁命令。

实际上,通用为卡纳维拉尔角和范登堡2套发射方案专门设计了2套制导系统,然而事后分析证实,这2种方案都很难用,并实实在在导致了几次故障,以至于通用电气不得不在1963年重新设计了制导系统。

搞笑的是,目前公认,制导系统的问题来源于一个低级失误——转录员在手工转录程序时,少抄了1个上划线。由于这个错误,原本的平滑函数没有被纳入程序规范中,系统将速度的正常微小变化视为严重变化,从而导致错误的修正,再导致火箭偏离轨道。

但无论错误再怎么低级,“水手1号”总是为人类深空探索打下了基础。此后的“水手计划”还发射了9个探测器,7个成功2个失败,后来的“水手11号”及“水手12号”还演变成我们如今熟知的“旅行者1号”和“旅行者2号”,二者都已离开太阳系,为人类探索广阔空间鞠躬尽瘁。

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