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57年前,一場失敗拉開了人類深空探索的序幕

1962年7月22日,美國人懷揣著探索更深遠星空的夢想,在卡納維拉爾角目送載著「水手1號」探測器的「擎天神」運載火箭飛向天空。

遺憾的是,起飛沒多久,火箭就對地面制導系統發出的指令做出不恰當的反應,失去了控制。在發射後第294.5秒,地面控制人員只得按下電鈕,看著火箭在空中炸成一團煙火。

NASA記錄了當時的情況:

「直到發射場安全員檢測到一個計劃外的偏航提升(向東北)機動之前,推進器一直表現良好。之後,由於制導指令的應用錯誤,再想操縱火箭已經不可能了。當時飛船正朝著墜毀的方向飛行,有掉在北大西洋航線上的風險,也可能落在有人居住的地區。(地面人員)在分離前6秒發送了自毀指令,再過6秒,指令就會失效。在自毀指令發出後,無線電應答器還繼續發送信號達64秒。」

「水手1號」隸屬於美國的「水手計劃,」又稱「水手號計劃」,這是在20世紀60-70年代由NASA主導的一項外太空探索計劃。從1962年到1973年,美國人為此計劃發射了一系列探索火星、金星、水星的航天器,奪得太空探索多項第1,包括:第1次跨星系星際飛越、第1個行星探測器以及第1個以重力加速航行的太空船。

「水手1號」的任務最終由5周以後發射的「水手2號」完成。

雖然名字不同,「水手2號」和「水手1號」完全是同一款飛船。

水手1號底部是六角形的基座,寬1.04米,厚0.36米,裡面有多種科學試驗設備,以及姿態控制氣體瓶和火箭發動機。基座背面是48厘米直徑的碟狀定位天線,正面為金字塔型的金屬框架。兩側為長5.05米,寬0.76米的太陽能電池板除此以外還有備用的水銀電池為系統供電。動力系統則是一個225牛推力的聯氨和4台控制姿態的氮氣噴氣機。

中段機動推進裝置由一枚單推進劑(無水肼)225 N型反推火箭提供。肼由四氧化二氮和氧化鋁球團點燃,推力方向由位於推力室下方的四個射流葉片控制。該裝置採用氮氣射流系統,成功實現了1度姿態控制。太陽和地球作為姿態穩定的參考。整體計時和控制由數字中央計算機和音序器執行。熱控制是通過被動反射、表面熱吸收、熱屏蔽和活動百葉等手段實現的。

根據後續分析,是2大錯誤——GE Mod III-B制導系統速率信標故障和制導程序錯誤導致了這次發射失敗。

速率信標故障發生在T 93秒,由於火箭此時仍在上升階段,這一故障的影響並未馬上暴露出來。

之後制導程序錯誤造成的後果開始顯現。據記載,「火箭的制導天線性能很差,低於規格。當火箭接收到的信號變得微弱和嘈雜時,火箭失去了對提供轉向指令的地面制導信號的鎖定」。

這個制導程序的主要用處是在丟失地面信號後,重新激活制導系統。但由於制導系統編程錯誤,它提前激活,導致了大規模的非計劃偏航調整。發射後294秒,靶場安全官員發出了銷毀命令。

實際上,通用為卡納維拉爾角和范登堡2套發射方案專門設計了2套制導系統,然而事後分析證實,這2種方案都很難用,並實實在在導致了幾次故障,以至於通用電氣不得不在1963年重新設計了制導系統。

搞笑的是,目前公認,制導系統的問題來源於一個低級失誤——轉錄員在手工轉錄程序時,少抄了1個上劃線。由於這個錯誤,原本的平滑函數沒有被納入程序規範中,系統將速度的正常微小變化視為嚴重變化,從而導致錯誤的修正,再導致火箭偏離軌道。

但無論錯誤再怎麼低級,「水手1號」總是為人類深空探索打下了基礎。此後的「水手計劃」還發射了9個探測器,7個成功2個失敗,後來的「水手11號」及「水手12號」還演變成我們如今熟知的「旅行者1號」和「旅行者2號」,二者都已離開太陽系,為人類探索廣闊空間鞠躬盡瘁。

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