I vår ursprungliga serie för 5 år sedan om "13 saker som räddade Apollo 13", var det första objektet vi diskuterade tidpunkten för explosionen. Som NASA-ingenjören Jerry Woodfill sa till oss, om tanken skulle brista och besättningen skulle överleva prövningen, explosionen kunde inte ha hänt på en bättre tid.
En explosion tidigare i uppdraget (förutsatt att det skulle ha inträffat efter att Apollo 13 lämnat jorden omloppsbana) skulle ha inneburit att avståndet och tiden för att komma tillbaka till jorden skulle ha varit så stor att det inte hade varit tillräckligt med kraft, vatten och syre för besättningen för att överleva. En explosion senare, kanske efter att astronauterna Jim Lovell och Fred Haise redan hade kommit ner till månens yta, och alla tre besättningsmedlemmarna skulle inte ha kunnat använda månlandaren som en livbåt. Dessutom kunde de två rymdskeppet troligen inte ha dockat tillbaka ihop, och utan nedgångsstegets förbrukningsvaror kvar på månen (batterier, syre, etc.) som skulle ha varit en fruktlös strävan.
Nu, för vår första artikel i vår efterföljande serie "13 MER saker som räddade Apollo 13", kommer vi att gå igenom den tidpunkten, men titta närmare på varför explosionen hände när den gjorde och hur den påverkade räddningen av besättningen. Svaret ligger på misslyckandet av en trycksensor i Oxygen Tank 2, ett problem som inte är relaterat till de oisolerade ledningarna i tanken som orsakade explosionen.
De flesta som känner till historien om Apollo 13 är bekanta med orsaken till explosionen, som senare bestämdes av en olycksutredningskommitté ledd av Edgar Cortright, chef för Langley Research Center.
Tanken hade tappats fem år innan flygningen av Apollo 13, och ingen insåg att ventilationsröret på syrebehållaren skakades ur linje. Efter ett Count Down Demonstration Test (CDDT) som genomfördes den 16 mars 1970, då alla system testades medan Apollo 13-rymdskeppet satt ovanpå Saturn V-raketten på startplattan, skulle det kalla flytande syret inte tömmas ur syrebehållaren 2 genom det felaktiga ventilationsröret.
Det normala tillvägagångssättet var att använda gasformigt syre för att pressa det flytande syret ur tanken genom ventilationsröret. Eftersom det inte fungerade, beslutade tekniker att det enklaste och snabbaste sättet att tömma det flytande syret skulle vara att koka bort det med värmare i tanken.
"I varje syretank fanns värmare och en fläkt på hjulet," förklarade Woodfill. ”Värmaren och fläkten (omröraren) anmodade en del av den kalla vätskan 02 att förvandlas till ett högre tryck 02-gas och strömma in i bränslecellerna. En fläkt, även känd som kryo-omröraren, drevs varje gång värmaren drivs. Fläkten tjänade till att rör om vätskan 02 för att säkerställa att den var enhetligt konstant i densitet. ”
För att skydda värmaren från att bli alltför varm, stängde en omkopplarliknande enhet, kallad ett relä, från värmaren när som helst temperaturen överskred 80 grader F. Dessutom fanns det en temperaturmätare som tekniker på marken kunde övervaka om temperaturen överskred 80 grader F.
Det ursprungliga Apollo-rymdskeppet fungerade på 28 volt el, men efter branden 1967 på lanseringsplattan för Apollo 1 hade Apollo-rymdskeppets elektriska system modifierats för att hantera 65 volt från den externa markprövningsutrustningen. Tyvärr Beech, tankens tillverkare misslyckades med att byta ut denna tank, och värmaren säkerhetsbrytare var fortfarande inställd för 28 volt drift.
"När värmaren startades för att lufta tanken" smälte "högre spänning reläkontakterna så att strömställaren inte kunde stänga av strömmen när temperaturen på tanken överskred 80 ° F (27 C), sade Woodfill.
Dessutom gick temperaturmätaren på marktestpanelen endast till 29,5 ° C, så ingen var medveten om denna överdrivna värme.
"Som ett resultat," sade Woodfill, "värmaren och ledningarna som drivde den nådde uppskattade temperaturer på cirka 1000 grader F. (538 ° C), tillräckligt varma för att smälta Teflon-isoleringen på värmetrådarna och lämna delar av dem nakna . Bara ledningar innebar potentialen för en kortslutning och en explosion eftersom dessa ledningar var nedsänkta i det flytande syret. ”
Eftersom tanken hade tappats, och eftersom dess värmeprogram inte hade uppdaterats för 65 volt drift, var tanken en virtuell bomb, sa Woodfill. När som helst kraft applicerades på dessa värmare för att rör om tankens flytande syre, en explosion var möjlig.
Klockan 55:54:53 Mission Elapsed Time (MET) uppmanades besättningen att göra en rörelse av syretankarna. Det var då de skadade ledningarna i Oxygen Tank 2 kortsluts och isoleringen antändes. Den resulterande branden ökade snabbt trycket utanför den nominella gränsen på 1 000 psi (7 MPa) och antingen tanken eller tankens kupol misslyckades.
Men tillbaka till kvantitetssensorn på Oxygen Tank 2. Av en anledning som ännu inte förstås, under den tidiga delen av Apollo 13-flygningen, misslyckades sensorn. Före lanseringen övervakades den kvantitetssensorn på Tank 2 av det telemetriska systemet ombord, och det fungerade tydligen perfekt.
"Den sondens misslyckande i rymden är kanske den viktigaste orsaken till att Apollo 13: s besättning levde," sade Woodfill.
Här är förklaringen till varför Woodfill gör anspråk.
Woodfills forskning av Apollo 13 visade att standardoperationsförfarandet (SOP) hade Mission Control begärt en omrörning av kryos ungefär varannan timme. För Apollo 13-uppdraget kom den första rörelsen ungefär 24 timmar in i uppdraget (23:20:23 MET). Vanligtvis skulle nästa kryo-omrörning inte krävas förrän 24 timmar senare. Uppvärmnings-kryo-omrörningsförfarandet utfördes för att säkerställa noggrannhet av kvantitetsmätaren och korrekt drift av systemet genom eliminering av O2-stratifiering. Sensorn läste mer exakt eftersom omrörningen gjorde det flytande syret jämnare och mindre stratifierat. Efter den första omrörningen indikerades 87% kvarvarande syremängd, något före förväntningarna. Nästa rörelse kom ungefär en dag senare, cirka 46:40 MET.
Vid tidpunkten för denna andra värmare-kryo-omrörning misslyckades Oxygen Tank 2: s kvantitetssensor. Efter utredningskommitténs analys av uppdrag indikerade att misslyckandet inte var relaterat till trådarna med bara värmare.
Förlusten av förmågan att övervaka Oxygen Tank 2: s mängd orsakade uppdragskontroll till radio till besättningen: ”(Eftersom kvantitetssensorn misslyckades,) kommer vi att begära att du rör om cryos var sjätte timme för att hjälpa gage hur mycket 02 är tank 2. ”
Mission Control valde emellertid att utföra en analys av situationen i Tank 2 genom att kräva en ny rörelse, inte vid 53 timmar MET men vid 47:54:50 MET och ännu en vid 51:07:41. Eftersom den andra syretanken, tank 1, indikerade ett lågt tryck omrördes båda tankarna vid 55:53.
"Räkna antalet rörelser sedan lanseringen," sade Woodfill. ”1. vid 23:20:23, 2. vid 46:40, 3. vid 47:54:50, 4. vid 51:07:44 och 5. vid 55:53. Det fanns fem applikationer av ström på de nakna värmetrådarna. De sista tre inträffade under en period av bara 8 timmar snarare än 72 timmar. Hade det inte varit för det icke hotande misslyckandet i tank 2: s kvantitetssond och det låga trycket i O2 tank 1, skulle detta inte ha varit fallet. ”
Woodfill förklarade att alla som har analyserat hårdvarufel förstår att ju oftare och kortare perioden mellan operationerna hos en felaktig komponent påskyndar det ultimata misslyckandet. NASA utför stresstester på hundratals elektriska system med denna metod. Mer frekventa power-ups med kortare intervaller uppmuntrar felaktiga system att misslyckas förr.
Kortslutningen i Oxygen Tank 2 efter den femte värmecryo-omrörningen resulterade i explosionen av Apollo 13's Oxygen Tank 2. Hade den normala sekvensen av omrörningar utförts med 24 timmars intervall, och misslyckandet kom efter den femte omrörningen, explosionen skulle ha inträffat efter att månmodulen, livbåten, inte längre var tillgänglig.
"Jag hävdar att felet i kvantitetssensorn var framgångsrikt och försäkrade att landaren skulle vara närvarande och helt bränsle vid katastrofen," sade Woodfill.
5 värmeaktiveringar under 24 timmar uppgår till en MET på 120 timmar.
"Månlandaren skulle ha avgått till månen vid 103,5 timmar in i uppdraget," sade Woodfill. ”Efter 120 timmar in i uppdraget skulle besättningen på Lovell och Haise ha väckts från sin sömnperiod efter att ha avslutat sin första månvandring åtta timmar innan. De skulle få ett brådskande samtal från Jack Swigert och / eller Mission Control om att något var fel med moderskeppet som kretsar runt månen. ”
Vidare antog Woodfill att analys av Swigerts fartygs problem troligen skulle bli fördunrad av frånvaron av hans två besättningskamrater på månens yta. Tillagda problem för Mission Control skulle ha varit avbrott i kommunikationen varje gång kommandoskeppet gick bakom månen, avbrott av telemetri så avgörande för att analysera misslyckandet. När det blev uppenbart skulle det kryogena systemet inte längre producera syre, vatten och elektrisk kraft, dessa kommandomodulers nödbatterier skulle ha aktiverats. Troligtvis skulle Mission Control ha beställt en abort av månlandaren tidigare, men naturligtvis skulle det ha varit meningslöst. Hade den lilla landarens stigningsteg rendezvoused och dockad med den uttömda CM, skulle alla livsstödande nedstigningsförbrukningsvaror kvar på månen.
”Mardrömmen skulle besättningen på Apollo 13 säga sina sista farväl till sina familjer och vänner,” sade Woodfill. "Man kan bara spekulera hur slutet kan ha kommit."
Och det skulle sannolikt inte ha varit Apollo 14, 15, 16 och 17 - åtminstone inte så länge.
En annan aspekt av tidpunkten för explosionen som Woodfill har beaktat är varför exploderade inte tanken på Launchpad?
Efter CDDT den 16 mars planerades inga ytterligare "power-up" eller tester. Det är emellertid inte ovanligt att re-verifiering före lansering utförs.
"En sådan omprövning kan lätt ha varit dessa värmekretsar eftersom de hade använts på ett icke-standardiserat sätt för att tömma syre från kryotankarna efter Countdown Demonstration Test (CDDT) veckor tidigare," sade Woodfill. "Sådana upprepningar inträffar ofta av många orsaker. För Apollo 13, trots det komprometterade systemet, inträffade ingen förrän farkosten var på väg till månen. ”
Emellertid skulle ett sådant rutinmässigt omprövning som inbegriper kryo-omrörning omedvetet ha äventyrat lanseringsfordonet, stödpersoner eller astronautbesättningen.
Eller, om kvantitetssensorn hade misslyckats på marken, troligtvis skulle samma typ av felsökning som utfördes av Mission Control och Apollo 13-besättningen ha utförts av KSC: s markteam.
Hade sensorn misslyckats vid den tiden skulle en serie värmeaktiveringar / omrörningar ha utförts för att felsöka enheten.
"Naturligtvis skulle resultatet ha varit samma typ av explosion nästan 55 timmar 55 minuter efter lanseringen," sade Woodfill. "På marken kunde Apollo 13-explosionen ha tagit livet av Lovell och besättningen om felsökning hade gjorts medan besättningen väntade på lansering."
Om felsökningen hade gjorts tidigare, med flera värmeaktiveringar / omrörningar under dagarna före lanseringen, sa Woodfill, ”en fruktansvärd förlust av liv skulle ha uppstått med, potentiellt, poäng av dedikerade Kennedy Space Center flyg- och rymdarbetare som modigt försökte fixa problemet. Och den ruvande trettioseks historien Saturnus 5 skulle ha kollapsat nedåt i en eldkula som påminde om den amerikanska Vanguard-raketten i december 1957.
"Ja, det faktum att kvantitetssensorn Oxygen Tank 2 inte misslyckades på startplattan, men misslyckades tidigt under flygningen var en av de extra saker som räddade Apollo 13."
Ytterligare artiklar i denna serie som nu har publicerats:
Del 4: Tidigt inträde i Lander
