阿波羅13號

“阿波羅”登月計劃也稱“阿波羅”工程，是20世紀60~70年代美國組織和實施的一項載人登月工程。阿波羅是古希臘神話中太陽神的名字，他和月亮女神阿耳忒彌斯是雙胞胎，所以，美國人用“阿波羅”作為登月計劃的名字。“阿波羅”工程的目的是實現載人登月飛行，並對月球進行實地考察。

“阿波羅”工程是世界航天史上的一個重要里程碑，它把人類的足跡移上了另外一個星球。“阿波羅”工程始於1961年5月，至1972年12月結束，共組織了2萬家企業、200多所大學和80多個研究機構約30多萬人參加，歷時11年，共耗資255億美元。 ^[4] 

“阿波羅”工程包括運載火箭——“土星5號”和載人飛船——“阿波羅號”飛船兩大部分。飛船總重45噸，由指揮船、服務艙和登月艙三部分組成。從1966年起，“阿波羅號”飛船共發射了17艘：“1號”至“3號”為試驗用的模擬飛船；“4號”至“6號”為無人飛船；“7號”至“10號”為繞地球或月球軌道的載人飛船；“11號”至“17號”為載人登月飛船。

1969年7月21日，“阿波羅11號”飛船在月球靜海西南角着陸，航天員阿姆斯特朗首先走下登月艙踏上月面，成為第一個到達月球的人。“阿波羅”工程總共把6艘飛船送到月球，12位航天員在月面上停留，使人類對月球的瞭解大大前進了一步。 ^[4] 

阿波羅13號飛行任務乘組，由吉姆·洛威爾、傑克·斯威格特和弗萊德·海斯三人組成，吉姆·洛威爾為指令長 ^[17]  。

全名：小詹姆斯·亞瑟·洛威爾（James 'Jim' Arthur Lovell， Jr. ），暱稱“吉姆”，阿波羅13號指令長，美國海軍飛行員、試飛員、美國國家航空航天局宇航員。1928年3月25日出生於美國俄亥俄州克利夫蘭，1952年以海軍少尉軍銜從美國海軍學院畢業，1954年加入美國海軍航空兵部隊，擔任F-2H戰鬥機的駕駛員。1958年1月，洛威爾在海軍飛行測試中心（Naval Air Test Center，現美國海軍試飛員學校，U.S. Naval Test Pilot School）接受為期六個月的訓練，並以班級第一的成績畢業，在帕圖森河海軍基地擔任試飛員。同一年，洛威爾與其他109名試飛員一同參與水星計劃的航天員選拔，但遺憾的是當時洛威爾膽紅素偏高，沒能勝出。1962年，洛威爾申請加入第二組宇航員選拔，這一次他成功晉級，擔任雙子星4號的替補駕駛員。1965年12月，洛威爾作為飛行員搭乘雙子星7號升空，在軌時間14天。之後，由於雙子星9號宇航員埃利奧特·希和查爾斯·巴塞特因墜機事故不幸罹難，洛威爾成為了雙子星9A號的替補指令長。1966年11月，洛威爾作為指令長與後來大名鼎鼎的登月第二人——巴茲·奧爾德林搭乘雙子星12號再度升空。

之後洛威爾擔任了阿波羅計劃的宇航員，他原本計劃擔任阿波羅9號的替補宇航員，由於飛船上出現技術問題，洛威爾被分配到阿波羅8號上擔任指令艙駕駛員，提前開始了他的第三次飛行任務，他也由此成為了第一批繞月飛行的宇航員之一。洛威爾作為替補宇航員參與了阿波羅11號的訓練活動，並準備指揮阿波羅14號登月，然而考慮到準備搭乘阿波羅13號的宇航員缺乏訓練，美國航空航天局再次進行了人事調動，這才將洛威爾和兩位搭檔的飛行計劃變更為阿波羅13號。

在阿波羅13號發生事故後，洛威爾和兩位宇航員同僚成功將飛船軌道修正，期間他兩度手動操縱登月艙的引擎和機動推進器，靠着在行動指令目錄上作的計算，配合手錶和舷窗作簡單導航將飛船帶到正常軌道上。他本人因為這次事故成為唯一一位兩度抵達月球軌道卻沒能登月的宇航員，同時也創下了滯空715小時、經歷太空日出269次的紀錄，這個紀錄直到1973年9月才被天空實驗室3號的宇航員打破。

1973年，洛威爾以上校軍銜從海軍和航空航天局退役，在德克薩斯州休斯頓的休斯頓灣牽引公司（Bay-Houston Towing Company）工作，在1975年成為該公司的首席執行官，1977年擔任菲斯克電話公司（Fisk Telephone Systems）的經理，後來又在森泰爾公司（Centel）任職，1991年退休時擔任該公司副總裁。在1995年上映的電影《阿波羅13號》中，洛威爾本人客串了搜尋阿波羅13號的硫磺島號兩棲攻擊艦艦長——用他本人的話説這與他的軍銜正好對應（注：英語中海軍上校與艦長恰好是一個詞——“captain”） ^[13]  。

全名：小約翰·萊昂納德·斯威格特（Jack Leonard Swigert， Jr. ），暱稱“傑克”，阿波羅13號指令艙駕駛員，美國空軍飛行員、試飛員，美國國家航空航天局宇航員、機械師、航空航天工程師。1930年8月30日出生於美國科羅拉多州丹佛市，1953年畢業於科羅拉多大學，隨後加入美國空軍，在日本和韓國服役，退出現役後加入美國空軍國民警衞隊，並先後在普拉特·惠特尼集團公司與北美航空公司擔任試飛員。1965年，斯威格特從倫斯勒理工學院畢業並獲得理學碩士學位，主攻航空航天工程方向，次年入選美國國家航空航天局第五組宇航員，1967年獲得哈佛大學的工商管理碩士學位。斯威格特原本是被安排作為阿波羅13號的替補宇航員，但是，宇航局的醫療團隊懷疑正式成員有感染麻疹的可能，而三人之中只有指令艙駕駛員肯·馬丁利沒有得過麻疹——換句話説他對麻疹沒有免疫力，因此航天局高層決定撤換馬丁利，讓斯威格特替補。

阿波羅13號返回地球后斯威格特獲得了總統自由勳章，1977年，他從航天局退休並投身政界。斯威格特終身未婚，也沒有子嗣，1982年12月27日，他在代表共和黨參加科羅拉多州的參議院議員選舉期間，因淋巴癌去世，享年51歲 ^[15]  。

全名：小弗萊德·華力士·海斯（Fred Wallace Haise， Jr.），阿波羅13號登月艙駕駛員，美國空軍飛行員、試飛員，美國國家航空航天局宇航員、航空航天工程師。海斯1933年11月14日出生於密西西比州比洛克西，1959年從俄克拉荷馬大學獲得航空工程學學位。他於1964年在美國空軍試飛員學校下屬的愛德華空軍基地完成了研究生課程，還於1972年在哈佛大學商學院完成了PMD課程。他於1954年完成了美國海軍的飛行訓練，成為了一名美國海軍陸戰隊的戰鬥機飛行員。1959年，海斯在美國國家航空航天局的劉易斯研究中心（Lewis Research Center）成為了一名航空研究飛行員，並於1963年在德來頓飛行研究中心（Dryden Flight Research Center）服役，1966年，還與傑克·斯威格特一道被選入第五組宇航員，他是同僚的第一個獲得太空任務的人。海斯擔任了阿波羅8號、阿波羅11號以及阿波羅16號的替補成員。1970年，海斯作為登月艙駕駛員參與了阿波羅13號任務。根據原本的計劃，他還要在後來被取消的阿波羅19號任務中擔任指令長。在1977年的企業號航天飛機任務中，海斯擔任指令長。1979年6月，海斯從航空航天局退役，在格魯曼飛機工程公司擔任經理直到1996年退休 ^[16]  。

美國替補宇航員同樣接受任務訓練，準備在主力成員無法執行任務時接替。

備份乘組並不接受任務訓練，但被要求能夠在會議時代替某位宇航員，並參與任務計劃的細節敲定。他們也經常在任務被執行時擔任地面通訊任務。

肯·馬丁利是原計劃中的指令/服務艙駕駛員，但是他由於接觸了麻疹，在發射前3天被傑克·斯威格特替換。他後來成為擔任了阿波羅16號任務的指令艙駕駛員。

“阿波羅”號飛船由指揮艙、服務艙和登月艙三個部分組成。

指揮艙是航天員在飛行中生活和工作的座艙，也是全飛船的控制中心。指揮艙為圓錐形，高3.2米，重約6噸。指揮艙殼體結構分為3層：內層為鋁合金蜂窩夾層結構，中層為不鏽鋼蜂窩夾層隔熱層，外層為環氧-酚醛樹脂燒蝕防熱層。艙內充以34.3千帕（0.35大氣壓）的純氧，温度保持在21~24℃。

指揮艙分前艙、天員艙和後艙三部分。前艙內放置着陸部件回收設備和姿態控制發動機等。航天員艙為密封艙，存有供航天員生活14天的必需品和救生設備。後艙內裝有10台姿態控制發動機，各種儀器和貯箱還有姿態控制、制導導航系統以及船載計算機和無線電分系統等 ^{[14]  [18]}  。

服務艙前端與指揮艙對接，後端有推進系統主發動機噴管。艙體為圓筒形，高6.7米，直徑4米，重約25噸。服務艙採用輕金屬蜂窩結構，周圍分為6個隔艙，容納主發動機、推進劑貯箱和增壓、姿態控制、電氣等系統，主發動機推力達95.6千牛（9.75噸力），由計算機控制用於軌道轉移和變軌機動。姿態控制系統由16台火箭發動機組成，它們還用於飛船與第三級火箭分離、登月艙與指揮艙對接和指揮艙與服務艙分離等 ^{[14]  [18]}  。

登月艙由下降級和上升級組成，地面起飛時重14.7噸，直徑4.3米，最大高度約7米。

①下降級：由着陸發動機、4條着陸腿和4個儀器艙組成。着陸發動機推力可在4.67~46.7千牛（476~4760公斤力）範圍內調節，發動機擺動範圍為6°。着陸腿末端有底盤，上面裝有觸地傳感器。下降級內還裝有着陸交會雷達和4組容量為400安時的銀鋅蓄電池。

②上升級：為登月艙主體。航天員完成月面活動後駕駛上升級返回環月軌道與指揮艙會合。上升級由航天員座艙、返回發動機推進劑貯箱、儀器艙和控制系統組成。航天員座艙可容納2名航天員（但無座椅），有導航控制通信生命保障和電源等設備座艙，前方有艙門，門口小平台外接登月小梯。返回發動機推力為15.6千牛或1590公斤力（不可調），可重複起動35次。姿態控制系統包括16台小推力發動機。儀器艙裝有兩組容量為296安·時互為備份的銀鋅蓄電池 ^{[14]  [18]}  。

發射阿波羅13號飛船的土星5號運載火箭，是美國研製的大型液體燃料運載火箭。

土星5號運載火箭（英文：Saturn-5 ^[9]  ，又稱：Saturn V ^[10]  ），是20世紀60~70年代美國國家航空航天局（NASA）在阿波羅計劃和天空實驗室計劃兩項太空計劃中研製使用的大型多級液體燃料運載火箭。

土星5號運載火箭總高110米，第一級直徑10米，總髮射質量2910噸；土星五號由三級火箭組成，第一級火箭採用的是液氧/煤油推進劑發動機，總推力約3400噸；第二級使用氫氧發動機，總推力約450噸；第三級使用氫氧發動機，推力約90噸。 ^[11] 

土星5號超重型運載火箭是僅次於蘇聯能源號運載火箭的推力第二大運載火箭。在1967~1973年間共發射了13枚“土星5號”運載火箭，保持着良好的發射記錄。共有9枚“土星5號”運載火箭將載人的“阿波羅”號宇宙飛船送上月球軌道。土星5號”運載火箭的生產線於1970年關閉。“土星5號”的最後一次發射是在1973年，該次發射將“天空實驗室”空間站送入了近地軌道。續任者太空發射系統（SLS系統），號稱史上最強運載火箭系統。 ^[12] 

1970年4月11日，美國中部時間下午13:13，一再更改發射時間的阿波羅13號飛船發射升空。一開始，一切看上去井然有序。儘管出現一些小問題，但任務正常進行了下去。 ^[5] 

阿波羅13號任務開始時也曾出現過一次不甚聞名但同樣危險的事故。第二級火箭燃燒時，中間的5號推進器提前關閉了，使其他四台推進器必須延長燃燒時間。工程師們事後發現這個問題的起因是縱向耦合振動，而這種情況足以把第二級火箭撕裂。當時推進器承受着16赫茲的頻率，68G的重力，發動機架被拉長了約7.6釐米（3英寸）。幸運的是，震動導致了推進器壓力降低，控制電腦自動將其關閉。小幅度的縱向耦合振動也曾在之前的阿波羅任務中出現過（甚至在最早的巨人-雙子星無人任務時就被認為是潛在的問題），但在阿波羅13號時渦輪泵中的氣穴與縱向耦合的非正常作用時震動幅度加大。後來的任務中，火箭進行了反縱向耦合修改（阿波羅13號之前就已經在進行），解決了這一問題。修改是在中間推進器的液體氧線上添加一個氦氣儲存罐，以降低振動的幾率，並保證在這一辦法無效時5號推進器會自動關閉，以及在所有五個第二級火箭推進器上簡化的燃料閥門。

在阿波羅13號前往月球的航程中，離地球321860千米時，服務艙的二號氧氣罐發生爆炸。 ^[1-2]  當時指揮中心要求三位太空人攪動氧氣罐，以確保氧氣均勻分佈。斯威格特攪動氧氣罐後，損壞的氧氣罐特氟綸絕緣電線起火，使氧氣罐內氣壓增加（標準氣壓為7百萬帕）導致爆炸。爆炸的確切原因不明，一種説法是小行星擊中了服務艙乃至於登月艙。

爆炸同時也損壞了服務艙其餘部分，一號氧氣罐尤其嚴重。爆炸後，指揮/服務艙失去了兩個氧氣罐中所有的氧氣。服務艙裏的氧氣是指揮/服務艙供電系統的必要部分，換句話説，航天器的電力在爆炸後便所剩無幾。指揮艙裏還有返回大氣層時所需的電池，但只能使用約十小時。由於電力必須留待返航大氣層時使用，所以三位太空人不得不把登月艙當作“救生艇”。登月艙作為“救生艇”的步驟在阿波羅13號出發不久前才剛開始有模擬訓練。 ^[3] 

航天器受損使原定在弗拉·毛羅高地的登月任務被迫取消。指揮中心有人提議立刻讓航天器掉頭並加速返回地球。但是整個航天器上唯一有直接掉頭所需推力的服務推進系統（SPS）位於發生事故的服務艙尾部，由於損壞狀況不明，點燃推進系統有再次引起爆炸的風險，為了安全考量，指揮中心決定不使用推進系統。他們選擇利用月球引力返航，繞過月球背面再讓航天器進入自由返航軌道。為了進入自由返航軌道，必須校正一次飛行軌道；正常情況下會使用服務推進系統來校正軌道，但由於事故影響，在工程師團隊長時間研究後，指揮中心決定使用登月艙的降落火箭。繞過月球后，登月艙降落火箭被點燃，進行PC+2（PeriCynthion，近月點+2小時）燃燒，以加速返回地球。返回地球途中登月艙降落火箭再次點燃，以完成一次簡單的軌道校正。

如何操縱嚴重受損的航天器安全返回地球是三位宇航員和地面指揮人員最大的難題。登月艙原本只設計供兩名宇航員使用兩天，如今卻有三名太空人要靠它存活四天。登月艙上用以過濾二氧化碳的氫氧化鋰過濾器無法負荷這種需求。儘管指揮艙另有備用過濾器，但它們與登月艙上的接口形狀不同。在二氧化碳濃度不停升高的情況下，地面指揮即時想出瞭解決辦法，他們指導太空人用太空船上僅有的物資拼裝連接起兩種不同形狀的過濾裝置，成功降低登月艙的二氧化碳濃度。

在航天器逐漸接近大氣層時，航空航天局作了一個特殊決定：拍攝服務艙的照片以便分析事故起因，先拋棄服務艙而不是常態下應先被拋棄的登月艙。當三位太空人首次看到服務艙時，他們驚訝地發現燃料電池和氧氣罐上整塊面板都被炸飛了。

地面指揮中心還擔心返航途中為了省電關閉維生系統而失温的指揮艙，會因為水凝結導致電子控制系統短路，這無法預防，只有在系統重開機的當下才會知道系統是否順利運作。幸運的是最後一切正常。

三位宇航員最終安全返回了地球，儘管海斯由於缺少飲用水以及排尿困難患了尿道感染必須住院。返回途中，三位宇航員被告知不可將尿液或其他液體排出艙外，因為在沒有推進器校正軌道的情況下，這會影響航天器的運行軌道。

儘管事故本身非常不幸，但三位宇航員仍應該感到幸運航天器是在去月球途中出現問題，而非回程；否則他們在緊急情況下可調動的剩餘資源會大大減少。如果服務艙的爆炸發生在繞月或返航途中，三位宇航員生還的機會非常渺茫。（若正常完成登月任務，登月艙會被拋棄，三位宇航員就沒有救生艙）

矛盾的是，爆炸前氧氣罐的另一次故障可能剛好救了阿波羅13號三位宇航員的性命。任務開始後46小時40分鐘後，二號氧氣罐指針讀數異常，一度超過100%。為了找出原因，斯威格特被要求攪動氧氣罐：這次額外的攪動原本會被安排在登月之後。如果真的是這樣，洛威爾和海斯可能登月後就再也沒有機會回到地球了。

航空航天局事後進行了詳細調查，並修改了航天器設計以避免再發生類似事件。

《阿波羅13號》（英文：Apollo 13）是美國環球影業公司發行的一部的紀實電影，由朗·霍華德執導，小威廉·布羅伊勒斯、阿爾·萊納編劇，湯姆·漢克斯、比爾·帕克斯頓、凱文·貝肯、加里·西尼斯、艾德·哈里斯等主演。該片根據吉姆·洛威爾、傑弗裏·克魯格創作的回憶錄《失去月球：阿波羅13號的危險之旅》（Lost Moon：The Perilous Voyage of Apollo 13）改編，講述了1970年發射升空的阿波羅13號飛船在飛往月球的過程中，發生爆炸事故，三名宇航員——詹姆斯·洛威爾、弗萊德·海斯與傑克·斯威格特經歷重重考驗，九死一生回到地球的故事 ^[6-7]  。

《阿波羅13號》於1995年6月30日在美國首映，獲得了極高的評價，全球票房收入高達355 200 000美元，並獲得了次年的奧斯卡最佳電影剪輯、最佳音效獎以及另外九項提名。主角傑姆•弗洛爾由兩屆影帝湯姆•漢克斯扮演，他進行了長期的閲讀與實驗準備工作。正如他願，他的演出讓真正的太空英雄弗洛爾也大為讚賞。漢克斯又再次成為美國人民心目中的英雄偶像。本片榮獲1996年奧斯卡金像獎最佳錄音、最佳剪接獎，1996年芝加哥影評人協會最佳影片獎，並被評為1995年全美十大賣座片第3名 ^{[6]  [8]}  。

世界多國發行關於阿波羅13號飛船的紀念郵票和紀念郵封。

阿波羅13號的乘組人員體現了巨大的才能，他們克服了死亡威脅，在極端缺水的情況下完成了校準工作，飛船準確地回到了“進入走廊”，在與地面進行了最後一次樂觀對話後，一切沉寂了。3分53秒後，阿波羅13號成功地濺落在太平洋，營救成功了。 ^[7]  （央視網 評）

美國航空航天局在挽救阿波羅13號飛船的過程中，擁有飛船的地面仿真模擬模型。地面人員依據通信信息調整地面模擬器環境參數以匹配阿波羅13號的實際受損情況，在地面模型上嘗試解決方案併發送安全操作指令，最終引導航天員們安全返回地球。

在阿波羅計劃中，高保真的模擬器和相關的計算機系統，以及持續通暢的通信數據流構成了一套初步的阿波羅13號地面孿生模型。在此基礎上，美國航空航天局不斷完善並於20世紀末正式提出“數字孿生”的概念，將其定義為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統或飛行器仿真過程”。 ^[19]  （光明網 評）

阿波羅13號的事故調查也帶來了諸多啓示。在營救航天員的過程中，地面控制中心在確保航天員安全的前提下，仍然頭腦清醒地進行拍照，為查明故障原因留下了寶貴的資料。而發生故障的氧氣罐在生成過程中的一系列錯誤決策都提醒航天任務的參與者，如何在工程進度與可靠性、安全性之間進行取捨。阿波羅13號留下太多的啓示與回味，應當説，這次任務是所有航天人的寶貴財富。 ^[20]  （中國空間技術研究院 評）