看阿波罗11是如何挑战不可能的? ----纪念阿波罗11号登月47周年

 

清晰的战略目标、高效的项目管理、现实可行的技术方案,保证了阿波罗11号成功挑战了人类探索宇宙的不可能,创造了人类文明史上的标志性战略科技工程。...





1969年7月20日下午16时17分42秒,“老鹰”号登月舱缓慢降落在月球“静海”区,距离预定着月点向西南偏约9.5km,阿波罗11号实现了人类文明史上的首次登陆地外天体,成为20世纪人类智慧和人类文明的最高代表。47年前阿波罗11号成功登月的辉煌成就至今无人超越,让今天的我们仍然感叹载人登月的不可思议与人类智慧的无限可能。那么回顾这段历史,让我们不禁思索它是如何在上个世纪60-70年代挑战了人类不可能的呢?

首先从战略规划的角度来看,阿波罗计划统筹考虑了无人月球探测和载人航天任务关系,确定了要抢在1970年实现首次载人登月战胜苏联的战略目标。在阿波罗11号任务之前还实施了双子星座载人航天计划,以及徘徊者、勘察者和月球轨道器等三项无人月球探测计划。双子星座载人航天计划主要用于研发和试验载人登月所需的关键技术,例如氢氧再生燃料电池技术、长期生命保障技术、计算机控制技术,通过飞行试验重点验证了载人飞船机动变轨、交会、对接技术和航天员出舱活动的关键技术;徘徊者、勘察者和月球轨道器等三项无人月球探测计划主要用于全面考察月球的地形地貌,绘制了1:4800月面地形图,为阿波罗载人登月选择出10个合适的着月点,大都分布在月球赤道附近,有月海、高地、山脉和环形山,覆盖了月球的主要地质特征。这些无人月球探测和测绘计划为登月计划做出了重要的前期准备。在1969年7月正式实施阿波罗11号载人登月任务之前,1968年10月和12月进行了阿波罗7号近地载人飞行、阿波罗8号载人环月飞行试验;1969年3月和5月实施了阿波罗9号近地轨道登月舱飞行试验及阿波罗10号月球轨道综合演练飞行试验,基本考核了正式载人登月任务前的各个任务环节。



其次从项目管理的角度来看,阿波罗计划运用了适度冒险的精神和高效的项目管理方法,采取一次飞行试验多方收效的原则,有效地控制进度和成本。例如土星-V这样的百吨级载人运载火箭的研制改变了以往火箭逐级试验飞行、上面各级采用模拟件的试验方法,第一枚火箭就进行了完整的各级试验首飞,第五枚火箭就行了首次载人登月飞行。



此外为控制成本,NASA采用合同招标制,由各主要承包商进行初步设计,最初的设计选定三家以上的公司各自独立进行研究和设计,最终选优。在产品研制过程中各硬件产品承担单位需设立评估机构,对每个部件的质量、成本和进度进行评估,及时调整产品计划、压缩研制周期和试验项目。正是在项目实施过程中对组织、人员、计划、进度、成本和风险等因素进行系统考虑和高效控制,阿波罗任务期间发展出著名的“矩阵式管理技术”理论,并取得了巨大的成功。



最后从技术创新的角度来看,阿波罗登月方案充分考虑到当时技术的可行性、经济性、安全性以及时间因素,最终确定了采用百吨级载人运载火箭近地一次发射登月飞船和登月舱的技术方案,确保任务可实现性。土星-V火箭确定为百吨级载人运载火箭,采用大船小舱的方案,登月舱和登月飞船的采用轻质结构设计,控制、推进及能源系统设计最大功能融合,登月舱采用了一台10:1高变比可双向摆动的液体火箭发动机,大大简化了登月舱姿控系统的配置;登月飞船采用氢氧燃料电池和环控系统功能复合,宇航员喝的水就是燃料电池产生的带有气泡的水,这些不同系统间功能复合设计大大降低了系统重量,使得阿波罗登月飞行模式成为最现实可行的最简飞行模式;此外由于进度因素的限制,阿波罗计划没有盲目追求新发明的自然科学理论和技术,全部工作都是立足现有工程技术的运用,关键在于系统集成创新。在产品研制过程中采用“试错创新”的办法,例如在F-1发动机研制期间大量进行地面试验和测试,逐个尝试能想到的办法,不断地修改-试验-失败-再修改-再试验,逐步解决了燃烧不稳定性问题。另一个原因是NASA由于兼有政府和科研单位特点,在基础理论方面也有很强的研究,阿波罗项目的大部分雇员即是科学家也是工程师,将工程实施和基础理论研究有效地快速互动融合。任务同期产生了一大批系统工程及项目管理的理论方法,开发了一大批航天轨道动力学、流体力学软件和代码,迅速得到工程应用。



值得一提的是在阿波罗11号任务实施时,对于可能遭遇的失败和风险都有充分的预估,尼克松总统甚至准备了一份悼词,用于一旦任务失败向公众进行演讲。还好美国人的冒险精神得到了幸运之神的回报,阿波罗11号任务圆满成功,正是有了清晰的战略目标、高效的项目管理、现实可行的技术方案,阿波罗11号才成功地挑战了人类探索宇宙登陆地外天体的不可能,创造了人类文明史上的标志性战略科技工程。以致今日的许多美国人回顾这段历史时,都大声疾呼美政府重返月球、登陆火星,开启人来走向深空的新篇章。航天事业牵动着人类对明天的展望,明天的生活,明天的城市,明天的文化和思想,这是我们真正的未来!



作者:果琳丽,博士/研究员,中国空间技术研究员载人航天总体部,长期从事载人深空探测技术研究。

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