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是静电——而非格斯·格里森姆——导致“自由钟7号”飞船舱门爆炸吗?

六十年后,我们为太空竞赛中最持久的谜团之一提出了一个合理解释。

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在回收操作过程中,格里森姆在这张叠加增强图像中向“猎犬俱乐部1号”竖起大拇指。染色剂罐中的染料在周围水域中也清晰可见。图片来源:NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特

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一个先驱宇航员在60年前首次太空旅行结束时失去了勇气——这导致他的飞船失踪并差点溺水——这个神话给美国载人航天史蒙上了一层阴影。

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1961年7月21日,美国将第二位宇航员送入太空,推进了水星计划,这是美国对苏联太空霸权的应对。宇航员格斯·格里森姆的15分钟亚轨道飞行顺利进行。格里森姆经历了大约五分钟的失重状态,测试了改进的自动驾驶仪,透过一个大的飞船窗户进行导航观测,并最终溅落在太平洋上。

水星计划的宇航员们曾力争为他们的飞船配备一个快速逃生爆炸式舱门。格里森姆的这次飞行将是第一次测试这种舱门设计。溅落后,检查清单要求他部署救援辅助设备,其中包括用于与接近的救援直升机通信的鞭状天线。一架备用直升机拍摄了大部分回收过程。

一旦救援直升机钩住他的飞船,计划是格里森姆激活并引爆爆炸式舱门。一个吊索将被放下,他将被吊上救援直升机,直升机将人和机器一起运回救援船。

然而,事情并未按计划进行。格里森姆的飞船,名为“自由钟7号”,的回收过程被证明是他飞行中最危险的部分。当救援队接近时,飞船的舱门过早爆炸,迫使格里森姆弃船,因为他的胶囊正在进水。这让他挣扎在海洋中几分钟,因为他的宇航服也进水了。格里森姆幸存了下来。但是,关于他过早引爆舱门,导致“自由钟7号”沉入海洋的谣言开始流传开来。

“自由钟7号”的失事——对于宇航员来说,除了死亡之外最糟糕的事情——困扰着格里森姆和他的家人,直到他短暂生命的结束。格里森姆随后指挥了双子座计划的首次飞行,之后他与两名机组人员在1967年阿波罗1号火灾中丧生,他将那次磨难称为“舱门糟心事”。

但是,如果格里森姆没有故意甚至意外地触碰已武装的舱门引爆器,那是什么导致“自由钟7号”的舱门爆炸的呢?

NASA的管理者们急于进行约翰·格伦的轨道飞行,他们尝试但未能找出所谓舱门过早启动的真正原因。他们只是修改了回收程序,规定舱门应该在直升机钩住飞船之后再武装。通过这样做,他们免除了未能实现一个关键任务目标——对爆炸式舱门进行飞行适航性验证(载人评级)的责任。鉴于未能达到该任务目标,我们和其他人继续研究,检查了事故发生地点的条件——当天飞行的条件是NASA调查人员无法复制的。

基于新的数字图像增强和对历史记录的重新审视,我们认为第二位进入太空的美国人,美国空军上校维吉尔·伊万·“格斯”·格里森姆,没有——也无法,从训练和性格上来说——在他本来成功的飞行结束时惊慌失措。这个说法已经持续了几十年,由作家汤姆·沃尔夫在他的书和电影《太空先锋》中推广。

我们根据档案管理员斯蒂芬·斯莱特慷慨提供的高质量原始回收录像的逐帧重新检查,提出了对“自由钟7号”飞行及其结局截然不同的解释。我们应用于这部影片的数字成像技术揭示了以前无法获得的细节。它们证实了在关键时刻离格里森姆飞船最近的人——美国海军陆战队中尉约翰·赖因哈特——的回忆,他当时位于主回收直升机的侧门。我们增强的录像甚至唤醒了另一位目击者,美国海军陆战队中尉詹姆斯·刘易斯(负责回收格里森姆和“自由钟7号”的主直升机飞行员)的记忆。

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根据现有证据,我们得出结论,在最终未能成功回收格里森姆飞船的过程中产生的静电放电,极有可能是导致爆炸舱门过早引爆的原因。

以下是我们认为从溅落到舱门引爆的11分多钟里发生的事情

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在佛罗里达州卡纳维拉尔角以东约300英里(480公里)的大西洋溅落后,格里森姆冷静地按清单操作。他解开安全带,断开生物医学传感器,并根据新的回收程序,卷起颈部密封环,密封压力服以准备进入水中。

在回收船“伦道夫号”上拍摄的这段飞行后录像中,格里森姆在接听肯尼迪总统的祝贺电话时,他的颈部密封环清晰可见。(图片来源:NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特)

NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特

在溅落后,格里森姆确认自己状态良好,根据空对地通信,没有表现出任何不安或恐慌的迹象,他决定启动舱门。首先,他移除了舱门固定线和一把连接在门上的定制生存刀,并将刀放入他的生存包中。然后,他移除了一个盖子和安全销,以启动机械操作的舱门引爆器,该引爆器在安全销移除后需要大约5磅(2.3公斤)的力才能触发。

随后,他通过部署染料标记和一根22英尺(6.7米)长的用于与主回收直升机“猎犬俱乐部1号”通信的高频鞭状天线等回收辅助设备,为回收直升机的到来做准备。一旦舱门门槛被吊到水线以上,格里森姆的计划是炸开舱门并抓住一个预备好的马鞍式救援吊带。

格里森姆等待救援——在这张叠加处理过的图像中,22英尺长的鞭状天线清晰可见。(图片来源:NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特)

NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特

“猎犬俱乐部1号”由刘易斯驾驶。机组人员赖因哈特则驻守在侧门,并准备按照新程序剪断鞭状天线。剪断长天线将使刘易斯能够畅通无阻地靠近,这样在格里森姆引爆舱门后,赖因哈特就可以钩住飞船。

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回收录像中的一张原始静止画面,显示“猎犬俱乐部1号”正在接近“自由钟7号”。(图片来源:NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特)

NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特

赖因哈特完成这项任务的工具,被称为“饼干切割器”,是一个临时拼凑的装置——基本上是一个修剪树枝的杆子,上面装有由烟火驱动的切割器,这些切割器是在现在美国海军位于弗吉尼亚州达尔格伦的支持设施的工程师帮助下制作的。(在达尔格伦档案中搜索该装置的详细信息未果)。这种设计使赖因哈特能够从“猎犬俱乐部1号”的侧门伸出长杆,切断天线,否则天线可能会干扰回收直升机。

赖因哈特于2020年7月去世,他在20世纪90年代后期告诉研究员里克·布斯,当他弯腰剪断天线时,他观察到静电弧。“格斯说他准备好了,我们就滑过去了,”赖因哈特告诉布斯。“当我碰到天线时,有一个电弧。”赖因哈特解释说,“饼干切割器”包括两片刀刃和两个爆炸式电雷管。他回忆说,在他看到静电放电的同时,“两个[电雷管]都在我没有激活它们的情况下爆炸了,而且它们在两个独立的开关上!”布斯要求他澄清他的观察,赖因哈特毫不含糊地说:“当我碰到天线时,有一个电弧,两个切割器都发射了。与此同时,舱门脱落了。可能是某种静电荷引爆了[舱门]。”

虽然赖因哈特没有亲眼看到舱门爆炸,但他确实观察到舱门从飞船上跳了几英尺,几秒钟后格里森姆设法从狭窄的舱门开口中挤出。这位身高5英尺7英寸(1.7米)的宇航员在水涌入飞船时取下了头盔,抓住了驾驶舱显示面板的右侧,然后弃船。他后来表示自己“从未移动得如此之快”。

“猎犬俱乐部1号”并未接地,这后来成为美国海军和海岸警卫队海上救援指南的要求。值得注意的是,赖因哈特并不是唯一一个在这种操作中经历过显著静电放电的人。彼得·阿米蒂奇,曾协助制定水星计划回收程序(包括饼干切割器),在一次NASA口述历史访谈中指出,他在一次测试中,当他触碰一个水星飞船的模型时,未戴手套的手受到了电击,这让在场的海军陆战队员们感到非常有趣。这表明这种放电是经常发生、意料之中的情况。因此,赖因哈特在此刻回忆的静电放电是不容置疑的。

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为了证实赖因哈特的回忆,我们现在已对原始回收电影录像进行了增强和分析。高清传输被放大、增强、稳定,并检查了“猎犬俱乐部1号”接近胶囊时胶囊附近的任何移动,这可能预示着舱门爆炸。在此整个序列中,唯一观察到的移动出现在连续17帧(覆盖0.7秒)中,并向上方并远离倾斜的飞船(这些不是电影伪影,因为伪影只会偶尔、随机地出现在帧中)。

增强、稳定的录像(交替向前和向后播放)也已去除影片伪影。它显示了舱门位置的移动——从格里森姆出舱的后续画面中确认。 (原始录像来源:NASA/斯蒂芬·斯莱特。后期处理:安迪·桑德)

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增强视频中的静止帧。左:序列开始时的帧。右:以下帧之一,显示可能的舱门和海浪喷溅。(图片来源:NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特)

NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特

尽管进行了显著增强,但仍无法确定这是否是舱门。它似乎包含在一个更广泛的黑暗区域中一个小的、坚实的黑暗区域。这表明舱门在海洋的喷雾中爆炸,因为此时“自由钟7号”正在倾斜,舱门槛本应在水线以下。这证实了格里森姆后来的陈述:“我听到舱门爆炸……抬头看到蓝天……水开始从门槛溢出。”同样值得注意的是,这种运动(不可能是一个电影伪影)始于舱门的精确位置,通过叠加显示格里森姆出舱的后续帧得到证实,并向上向外移动。

在格里森姆从太空舱中出来的这些后续叠加增强图像中,舱门的位置可以确定。被剪断的天线清晰可见。(图片来源:NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特)

NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特

如果这是舱门,那么此刻“猎犬俱乐部1号”发生了什么?单帧画面揭示的信息很少,特别是因为事件是在远距离逆光下用小画幅胶片拍摄的。然而,增强的影片揭示了“猎犬俱乐部1号”剪影侧面的阴影。我们通过叠加包含不寻常运动的17帧,以及两侧额外的几帧,覆盖大约1秒的经过时间。这种叠加处理显著增强了细节,并且首次惊人地揭示了赖因哈特站在回收直升机舱门口,手持杆子伸向太空舱。

单一增强帧对“猎犬俱乐部1号”的剪影侧面揭示的信息很少。右图:26帧叠加增强的影片显示赖因哈特站在舱门口,手持杆子伸向太空舱。(图片来源:NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特)

NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特

一条直线沿着杆子可见部分的延伸方向,超越了它变得不那么明显的地方。这条直线与胶囊上方天线被切断的确切位置相交

左图:从赖因哈特的右手沿着杆子的方向画一条直线,与“自由钟7号”上方天线被切断的区域相交(插图显示)。右图:序列中后续的一帧显示了独立的“牧羊杖”的长度。(图片来源:NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特)

NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特

除了前面提到的“饼干切割器”之外,赖因哈特的另一个工具是一根通常被称为“牧羊杖”的杆子,用于勾住“自由钟7号”上的回收环。通过按比例缩放后续显示独立牧羊杖长度的帧,可以确认,如果两根杆子长度相似,赖因哈特在此刻完全可以触及天线。

我们从新的图像增强和分析中得出的结论是,赖因哈特几乎可以肯定是在从舱门位置观察到向上和向外运动的连续17帧的精确时刻切割天线。格里森姆在5.2秒后被看到离开飞船。

我们认为,当切割器接触天线时,回收操作产生了静电冲击。在新增强图像中观察到的事件时间线,似乎也证实了赖因哈特的说法。

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静电放电足以意外地激活切割器上的烟火装置。但它也能激活爆炸式舱门吗?

舱门由七十个直径为¼英寸(3.6厘米)的钛螺栓固定在门槛上,每个螺栓上钻有0.06英寸(0.2厘米)的孔,以提供一个薄弱点。在内外舱门密封之间的通道中安装了温和的引爆索。点燃时,爆炸导致弱化的螺栓失效,从而炸开舱门。

雷汞的材料数据表强调了它对静电的敏感性。

根据1999年打捞“自由钟7号”的打捞专家柯特·纽波特所言,作为触发机制的引爆雷管帽很可能含有雷汞。纽波特向我们提供的行业规范警告说,这种天生不稳定的化合物在静电存在下“可能引爆”。此外,一份关于航天器烟火装置设计和鉴定的NASA手册多次提到静电是安全隐患。该手册还敦促设计者通过“静电放电”来“防止航天器烟火装置意外启动”。

水星计划的其他部件都经过了严格的可靠性测试,以达到“五个九”,即99.999%的可靠性。协助早期宇航员训练的罗伯特·沃斯告诉我们,爆炸式舱门是“一个迟来的东西,从未经过其他飞行测试”。沃斯继续说道:“我对这次事件的看法是,它是由于相对最后一刻改为爆炸式舱门而产生的……你当然必须设计这个门。你必须考虑到飞船上的每一件物品都受到了可靠性计划的约束。”

格里森姆犯了一个错误:在舱门门槛安全地高出水线之前就武装了舱门。这很可能反映了他对舱门机制的不熟悉和回收训练不足。唯一一次(也许也是唯一一次)已知的爆炸式舱门现场测试发生在1961年7月10日,由宇航员格里森姆观察。这次测试在格里森姆预定发射日期前仅一周多进行,进一步表明了沃斯所说的,新舱门匆忙的开发和测试计划,以及回收程序培训不足。

值得注意的是,“自由钟7号”的回收程序再也没有使用过。后续水星飞行的回收步骤明确规定,在回收直升机钩住并抬高舱门门槛到水线以上之前,不得武装引爆器。

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格里森姆在“猎犬俱乐部1号”巨大的螺旋桨尾流中挣扎着保持漂浮,他的同伴宇航员们牢记了这次差点溺水的惨痛教训。(格里森姆卷起了颈部密封,以防止海水渗入他的压力服,但他忘记了——或者从未有机会——关闭宇航服上的氧气入口,这导致他在海浪中迅速失去浮力。)

在所有后来的水星计划飞行中,除了一次,宇航员都选择在回收船甲板上引爆舱门。沃利·席拉的手套被引爆器柱塞反弹划伤,而格里森姆没有受此伤。多年来,席拉反复指出这一事实,作为证明格里森姆没有故意或意外触碰舱门引爆器(或太空老兵所称的“胆小鬼开关”)的证据。

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认为格里森姆在飞行结束时惊慌失措的说法显然是荒谬的。为什么在乘坐红石火箭进行弹道飞行,经历五分钟的失重状态,再入时承受高达10个G的重力,观察到主回收伞上的三角形裂口之后——格里森姆会惊慌失措呢?如果说有什么的话,在60年前的本周,宇航员在温暖的大西洋中漂浮,肯定会因为幸存下来而感到宽慰。在回收录像中可以看到格里森姆游向他的飞船,引导回收队钩住回收绳,甚至在水中踩水时还竖起双拇指。

在回收操作过程中,格里森姆在这张叠加增强图像中向“猎犬俱乐部1号”竖起大拇指。染色剂罐中的染料在周围水域中也清晰可见。(图片来源:NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特)

NASA/安迪·桑德斯。资料来源:斯蒂芬·斯莱特

我们将结果展示给“猎犬俱乐部1号”的飞行员吉姆·刘易斯,他自从格里森姆飞行那天起就回忆起不同的情景。他的反应是什么?

刘易斯在一封电子邮件交流中说:“我对事件最初的印象是,舱门在我完成接近‘自由钟7号’时就爆炸了,但安迪·桑德斯对回收电影的出色工作真的让我重新审视了我的记忆库。”“根据这项工作,赖因哈特一定是在我把我们带到一个可以让他将我们的吊带连接到胶囊提升吊钩的位置前一两秒钟切断了天线。看起来舱门很可能在这一刻爆炸了,这项广泛的背景研究似乎也证实了这一点。”

据说静电会沿着电阻最小的路径行进。如果是这样,我们推测由直升机螺旋桨尾流产生的电子涡流很可能产生了电弧,从而引爆了未经检验的、仓促测试并安装在“自由钟7号”上的爆炸式舱门。

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随着回收录像变得更加清晰,被流言蜚语和猜测困扰了六十年的NASA最持久的谜团之一,也终于拨开迷雾。在格里森姆飞行60周年之际,在我们提出的情景中,格斯·格里森姆终于可以完全免除过早引爆“自由钟7号”舱门的责任。


作者在此感谢里克·布斯(Rick Boos)不知疲倦的研究(他今年因COVID-19并发症去世)。

乔治·利奥波德(Twitter:@gleopold1)是《计算风险:格斯·格里森姆的超音速人生》的作者。

安迪·桑德斯(Twitter:@AndySaunders_1 和 Instagram:andysaunders_1)是一位图像专家,也是即将出版的《阿波罗重制版》一书的作者,该书现已开放预订,请点击此处。您可以访问ApolloRemastered.com注册获取该书的最新动态。

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