旅程:航行到月球

诺曼·西尔斯是一位工程师,他设计了载人登月系统。
2019年7月23日

采访

诺曼·西尔斯,麻省理工学院仪器实验室和DRAPER

地球

“蓝色大理石”是1972年12月7日阿波罗17号宇宙飞船上的宇航员在距离月球约29,000公里(18,000英里)的地方拍摄的一张著名的地球照片。它展示了非洲、南极洲和阿拉伯半岛。

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阿波罗11号的发射只是改写历史的旅程的开始。大约需要4天才能到达目的地。除了迈克·柯林斯在月球背面绕月飞行的48分钟外,阿波罗11号的机组人员一直与任务控制中心保持联系。该团队通过以光速传播的无线电波保持联系。即便如此,在光到达35万公里的月球之旅中,仍然有超过一秒钟的延迟。不幸的是,我们不能以光速旅行,所以当涉及到旅行本身时,你如何为一次从未完成的旅行设计一条路线?幸运的是,伊兹·克拉克和诺姆·西尔斯谈了谈,他有一个很好的主意……

诺曼-我是诺曼·西尔斯。我是麻省理工学院仪器实验室的前成员我很幸运地参与了阿波罗计划,这在国内和国际上都很重要。

我在项目的早期就开始了月球阶段的任务,也就是动力着陆,从月球表面上升和与指挥舱会合。这些都是任务中相当关键的阶段。最终,随着时间的推移,我逐渐掌握了大部分的任务阶段以及这些任务阶段所需的系统。

伊兹-诺姆是主制导、导航和控制系统的技术总监,这是让飞船到达重要目的地的关键设备。

诺曼-我还没开始就决定了。你必须选择一个你感兴趣的着陆点。然后你必须计算任务的时间,当你接近着陆点时,太阳在你后面,在你后面,把阴影投射到前面,这决定了你什么时候必须发射,并且已经到达了这些不同的点。

Izzie:我想对于像你这样的团队来说,这绝对是导航系统背后的关键信息。

诺曼-没错。导航系统是三大功能之一。导航会告诉你现在的位置和未来的位置。如果你想去别的地方,你必须改变轨道,你要做的就是改变速度的方向和大小,去别的地方。这就是所谓的引导。然后它的控制部分实际上是执行指导告诉你需要做的事情。这包括调整飞行器的方向,打开或关闭引擎,以获得正确的速度变化,以进入一个新的位置。这就是你的三种功能:导航、引导和控制。

Izzie:这些功能依赖于三个基本输入。首先是惯性平台,它用陀螺仪来测量和保持飞船的方向,用加速度计来测量加速度。然后是光学校准。这个系统使宇航员能够同时看到星星和地标,这有助于阿波罗号的导航员确定飞船的位置和速度。然后还有一台计算机,它必须精确而快速地解决导航和控制功能。

诺曼-当时的NASA -为了达到肯尼迪总统设定的目标登陆月球并在1970年返回是非常苛刻的NASA -不想做任何他们实际上不需要做的新发展。在我们的特殊情况下,这三个单位:惯性单位,对齐它们的光学单位……这些技术是相当知名的,不需要进行新的发展。然而,计算机是一个全新的情况。它必须能够解决非常复杂的空间导航问题用于制导导航控制功能他们必须实时完成。

在那个时候,这是一项紧迫的技术。到那时为止,模拟计算机已经完成了大部分这类工作,只是它们远没有达到月球任务所需的精度。因此,对于实验室本身来说,必须追求和发展的新技术是数字飞行计算机。这是我们的高风险项目我们的大部分新开发工作都投入到这个系统中。

伊兹-在开发之后进行了大量的测试和训练,以确保它能把宇航员送上月球。但是,在发射四天后,即1969年7月20日,奥尔德林·阿姆斯特朗和柯林斯发现他们进入了月球轨道,是时候解散了。

诺曼:指挥舱和登月舱是从地球轨道连接到月球轨道的。一旦他们进入月球轨道,其中两名机组人员转移到登月舱,然后在准备降落月球的过程中分离。

伊兹-他们是巴兹·奥尔德林和尼尔·阿姆斯特朗,他们在哥伦比亚号指挥舱里离开了迈克尔·柯林斯。随着他的两个同事走了,与他的无线电联系突然中断,他消失在月亮后面。他成为了太阳系中最遥远的人类。然而,阿姆斯特朗和奥尔德林继续乘坐登月舱(也被称为鹰号登月舱)下降到月球。虽然我们知道故事的结局,但着陆并没有按计划进行。

诺曼:着陆本身按照计划进行得相当简单。出乎意料的部分是在动力着陆机动期间发生的计算机警报。

阿波罗11号的音频。

诺曼:在阿波罗计划中,厕所是关键的操作支持。在任何任务阶段我们都必须随时待命。如果出了什么问题,如果需要,设计和开发这些产品的人可以提供咨询。这在阿波罗11号上是非常重要的因为在动力着陆的时候我们确实遇到了意想不到的情况在着陆的时候我们有5个电脑警报响了。

在登月舱和指挥舱里,我相信宇航员有一个开关或按钮。一台计算机在每一次计算机循环中检查它。如果他们检测到,在任何时候,他们所在的程序都会立即停止,一个新的程序会出现,把他们带回指挥舱。

电脑发出的警报——原来——是会合雷达被打开了。计算机——尽管雷达没有任何实际功能——计算机试图读取它,但没有足够的时间读取它,这就是触发警报的原因。幸运的是,我们在适当的地方有足够的人来确定那些对手术不重要的人。它们都是计算机无法处理的外围项目,并决定继续运行,这是正确的决定。

阿波罗11号的音频。

通过模拟器有无数的训练任务,从某种意义上说,它们有点重复。你会一遍又一遍地听到同样的事情,你会看同样的下行数据,看看你是否在各种限制之内。着陆的时候我在任务控制中心听着各种飞行控制人员的声音那是我之前听过很多次的声音。然而,当巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)提到“捡起灰尘”这个词时,我在任何其他模拟训练课程中都从未听说过。我以前从来没听说过。

阿波罗11号的音频。

诺曼-那时候你才明白这不是训练你只是在说剩下的几秒钟。

阿波罗11号的音频。

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