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航天飞机之父乔治·穆勒──用每一分钟来较真 精选

已有 5429 次阅读 2018-11-20 09:59 |个人分类:航天人|系统分类:人物纪事| 航天, 航天飞机, NASA, 阿波罗计划

作者:蒋迅

本文已发表在《航天员》2016年 第1期 上。


原NASA负责载人飞行的副局长乔治·穆勒博士

原NASA负责载人飞行的副局长乔治·穆勒博士(George Mueller)在2015年10月12日逝世。这位在NASA仅仅工作了6年,而且是从1963年到1969年阿波罗时代的关键人物,被人们称为“航天飞机之父”。那么他是一位何等神奇的人物呢?

穆勒于1918年7月16日在圣路易斯出生。1938年他从密苏里矿业和冶金学院(即现在的密苏里科技大学)电子工程专业毕业,同年获得了RCA公司赞助的一笔奖学金而进入普渡大学研究生院。他的奖学金使他有机会参加电视发射台的工程。一年后毕业时,他加入了贝尔实验室。1946年,他到俄亥俄州立大学去帮助建立一个真空管实验室并领导一个学校的通讯小组,。在俄亥俄州立大学他教授电子同时教授工程和新的系统工程课程。他同时还攻读博士学位。1951年,他获得俄亥俄州立大学物理学的博士学位,在学校的职位也立即变成了副教授。1953年,他从俄亥俄州立大学休假一年,到Ramo-Wooldridge 公司(R-W,即TRW中的R和W)当顾问。他参与了雷达设计和贝尔实验室提供给泰坦火箭提供的雷达的审查,以及一些惯性导航系统的研发工作。那时候他对导弹一无所知。但他参与的这些项目都是美国空军的,他因此与军方的联系越来越多。这对他后来领导NASA的阿波罗项目起到了重要作用。

一年后,他回到了俄亥俄州立大学,一边教书,一边继续兼职做R-W的顾问。1957年,他干脆辞去了教职,到R-W担任电子实验室的主任。后来他升任研发部门的主任。R-W公司最终合并到TRW公司。早在苏联开始第一颗卫星“史波尼克”之前,R-W在1958年就已经计划卫星系统的考虑。这是他第一次涉足航天计划。在这家公司,他带领了有关宇宙神系列运载火箭和泰坦弹道导弹的制导系统的设计审查。他还是当时刚成立的NASA的“先驱者1号”月球探测器的项目主管。在导弹系统的开发工作中,他开始相信一个全机测试(all-up testing)是关键,因为“你不希望在太空中一件一件地去测试。你想要测试整个系统,谁知道哪里会出问题。你最好一起测试,这样不管哪里出了问题,你都有合理的找到事故发生的原因的机会,而不是你想要看的某一个环节。” “先驱者1号”最后没有达到理想的目标,但是穆勒和他的同事们在R-W公司6、7年中,积累了一套新的航天技术方面的知识、一套系统工程管理的体系和全机测试的经验,不知不觉地,他为未来领导美国的航天探索做好了自身的准备。


穆勒在副局长德莱顿的引领下宣誓就职/NASA

穆勒开始变得越来越多地参与到NASA和阿波罗项目中。NASA局长詹姆斯楹扣B要求他担任一个高级职位。但穆勒开出了条件:NASA必须重组。韦伯同意了。1963年秋,韦伯把NASA的三个中心(即现在的休斯顿宇航中心、马歇尔太空飞行中心和肯尼迪发射中心)交给穆勒,并在总部建立了一个由穆勒领导的小组。穆勒接受了任命,而他的收入则因此减少了许多。1963年11月,载人飞行办公室宣布成立。

刚上任的穆勒面临的最大问题是阿波罗计划时间表的失控和巨大的成本超支。

阿波罗计划是在冷战时期提出的。1961年5月,美国总统肯尼迪在美国国会提出在1960年代末实现登月。1962年9月12日,肯尼迪在赖斯大学发表了他的著名演讲:“我们选择登月, 我们选择在本年代登月以及选择实现其他目标,不是因为其易,而是因为其难,因为这一目标有助于我们最大限度地组织和衡量我们的精力和能力,因为这是我们乐于接受的挑战,是我们不愿延宕的挑战,是我们意在必赢的挑战。我们的其他目标也是如此。”但是说起来容易做起来难。从冷战开始以后,美国人一直落后于苏联人。第一颗卫星的发射(1957年)、第一个奔月飞行(1959年)、第一个宇航员(1961年)都是苏联领先。而美国一方,“双子座计划”和“阿波罗计划”并行,“双子座计划”为“阿波罗计划”做前期准备。到1963年5月,美国发射“水星 - 阿特拉斯9号”,其目标是把宇航员在轨时间延长到一日。而这个目标苏联人早早21个月之前就已经实现了。

为了实现登月,关键的一步是造出大推力火箭。这个任务是由布劳恩主持开发的“土星5号”大推力火箭。布劳恩是一名严格的、稳扎稳打的设计师。按照他的计划,“土星5号”火箭共有三级。他认为,新火箭的测试必须一步一步地来:在第一次实际发射测试时只测试一级火箭,而在把二级和三级火箭处只放上虚拟载荷;如果一级火箭成功了,那么第二次实际测试就把一级和二级火箭放上去,而三级火箭则是一个虚拟载荷;如此类推。按照这个方式,NASA必须有至少十次土星5号试验后才能进行第一次载人飞行试验。事实上,按照当时计划的阿波罗飞船和土星5号的实验多达20次。

阿波罗计划在执行过程中也由於种种原因无法按原计划完成。北美航空在1961年就获得了制造阿波罗指令舱和二级火箭的合同。但后来阿波罗飞船其他方面的设计(例如在轨对接)即其他技术方面的困难使得北美航空不得不修改指令舱的设计。北美航空不能按时完成任务,这使得阿波罗计划的试验飞行被迫延迟。

穆勒坚持认为,要想在1960年代末实现登月的唯一解决办法是减少飞行试验的次数。他推出了自己在TRW公司工作时感悟到的“全机测试”(all-up testing)概念。这个概念已经在“泰坦二号运载火箭”和“义勇兵洲际弹道导弹”计划里取得了成功,但是它显然违背了布劳恩的原则。穆勒认为应该把三级火箭全部上架,一起发射一起测试。他的逻辑其实也不难理解。既然在现行计划里,我们不可能实现肯尼迪总统的豪言壮语。这一点,业内的人都心知肚明。而且美国面临着在登月上再次输给苏联的危险,那么不如做一个大胆的改变。从技术上来说,NASA同时在建造三级火箭,而出问题的话可能会在任何一级上或者衔接部分上出,而且在第二级出错的概率比第一级大,因为人们在第一级火箭上已经花费的时间更多。为什么不把这三级火箭放在一起测试呢?但他推行的计划受到了阻力。“土星5号”负责人阿瑟·鲁道夫提出保留意见:“土星5号”的规模是“义勇兵洲际弹道导弹”无法比拟的。穆勒则强硬地回答:“那又怎样?”更大的阻力来自主持土星5号研发的沃纳·冯·布劳恩博士。布劳恩公开说,“你无法改变马歇尔的基本组织结构。” 穆勒据理力争。每个月的见面会上穆勒都会推销他的“全机测试”思想,最终说服布劳恩接受了穆勒的计划。说起来布劳恩也有些无奈。在一次会议上,他向当时的副局长鲍勃椰靓□窗]Bob Seamans)寻求支持。但西曼斯直截了当地说:“你最好跟乔治谈这事”。布劳恩有些无奈地说,这个方案“听起来鲁莽,但是乔治滇p勒的推理是无可挑剔的。用压载水来代替二级和三级火箭所需的体积比液态氢燃料要小。所以只测试一级火箭的话将会比最后的全机测试要短。因此,它的气动外形和火箭自身动态将不具有代表性。把压载水换成液态氢?可以。但那么为什么不把它作为一个加值试验来烧掉它呢?” 布劳恩最后说:“我支持这个想法。”於是穆勒最终占了上风。马歇尔飞行中心的发射试验日程全面修改。

这里必须说一点的是,其实穆勒并不是一个压制他人或贬低他人的人。有一位同事甚至说与他工作轻而易举。那些经常与他持不同观点的同事也说,虽然他有些傲慢,但是他并不是一个办公室里的暴君。他看上去和蔼可亲、彬彬有礼,但他内心深处像钢铁一样强硬。

“管理跟技术上一样具有挑战性。”穆勒深入了解了载人飞行办公室的情况。他发现这个机构可以说是“没有任何管理系统存在”。更糟糕的是,他发现,当时NASA的三个与载人航天有关的中心的设施和人员都迅速膨胀,那几年,每年都增加几千人,有公务员也有合同工,而他无法确定和管理设施和人员的配置,从而也就不能确定成本和规划时间。他分别召见NASA三个中心的主任,给他们解释他将如何把阿波罗计划重新摆正到总统肯尼迪既定的目标上,而且还要着手解决正在失控的财政预算问题。


穆勒的GEM图/NASA

韦伯强力支持穆勒。穆勒把载人飞行办公室的人数减少到只有他自己和三个中心的主任。穆勒还建立了一个由他本人和阿波罗计划合同公司的CEO组成的阿波罗执行小组。(类似的机构也同时在双子座计划办公室和一个叫“未来研究”(advanced study)的办公室里也做了同样的改革。)穆勒在NASA总部和三个中心创造了五箱式结构。这个结构代表了穆勒的系统管理的理念。它提供了整个计划的一个整体的轮廓。这里,关键的是这五个被称作“GEM盒”的结构(GEM是穆勒英文名的三个字首字母)。穆勒在总部建了一个计划办公室,同时在三个中心各建一个计划办公室。总部办公室与三中心办公室的人直接对话。在各中心的办公室下面又分别有五个关键部分。他把这五个部分称为“盒子“。这五个盒子分别是:计划控制、系统工程、测试、可靠性和飞行。穆勒在总部也设置了五个盒子。下面盒子的负责人直接与总部的相应人员直接对话,而不是跟他们所属的中心负责人对话。这样就避免了许多不必要的层次和官僚。前面提到的“全机测试”就属於“测试”这个盒子。

盒子建好了,还需要填充人进去。穆勒要求调空军负责“义勇兵洲际弹道导弹”计划的第一把手塞缪尔·菲利普斯(Samuel C. Phillips)任阿波罗计划的主任。韦伯支持了他。他顺势又把菲利普斯手下42个中级官员和124个低级官员也招来。最后一共有400多军方人员加入到阿波罗计划和其他NASA项目里。


穆勒向肯尼迪总统汇报“土星5号”研发进展情况/NASA

他与三个中心的主任每月开会一次。下面的项目主管需要既向自己的中心主任汇报,又向华盛顿他的办公室报告。这样的双向报告系统很不寻常。但一旦建立起来后就显示了它的优越性。穆勒对项目状态评估的认真程度达到了极致的地步。他的评估会都是在星期日进行的,因为他根本没有周末的概念。参加会议的人都说是穆勒审查细节到了残酷的地步。他们笑称会议上的演讲片是经过巴氏消毒的。这些精疲力尽的头头脑脑们在经过一天的折磨后越来越听不进去。很多图表只是在他们的眼前过了一下。但是穆勒却不是这样。在忙碌一天的最后一分钟,他仍然“直接和尖锐”,他坚持说:“你必须让我相信。”他的坚持的确发现了一些问题,使问题得以及时解决。

穆勒最担心的是事故。而事故却偏偏就发生了。NASA已经决定在1967年2月21日发射第一次载人的阿波罗飞船,即“阿波罗1号”飞船。NASA选出的三位宇航员紧锣密鼓地在北美航空的场地上实战训练。1967年1月27日那天好像问题特别多。突然发生了一场大火,三位宇航员被活活烧死在载人舱里。就是在这个时候,穆勒仍然相信从技术上看,阿波罗登月一定能在预定的时间表里实现,但这次事故为这个宏伟计划铺上了一层政治阴影。这次事故的原因相对简单。在一个封闭的环境里充满纯氧气,这本身就是危险的,特别是在压力增大的情况下。如果有人认真想过这个问题的话,他们是不会这样做的。显然这次火灾是一个迟早要发生的事情。他们发现了这个问题之后,他们力争把坏事变成好事。所有的电缆都重新按照专业的要求重新铺设。穆勒认为,这可以说是阿波罗计划中后来事故很少的原因。NASA没有被意外的火灾吓到。阿波罗计划继续进行。


“阿波罗11号”发射成功后,穆勒和同事们都笑了。穆勒的左边是布劳恩博士,右边是菲利普斯将军/NASA

穆勒的全机测试概念成功了。“土星5号”的前两次(不载人的)发射都顺利实现,第三次发射就是著名的在1968年圣诞节时的“阿波罗8号”环绕月球的那一次。那是阿波罗飞船第一次载人飞行。虽然在此之前,非载人飞行只有两次,穆勒还是充满信心。在发射之前他已经花了四个月的时间仔细研究了每一个细节。他相信这次发射一定会成功。当然这里面不是没有一点危险。他选择的是面对一个合理的危险。他排除的是不合理的危险,即最坏可能发生的无法克服的危险。正是因为他的认真态度,韦伯在“阿波罗1号”失火后能继续相信他。第六次就是1969年7月20日阿姆斯特朗和巴兹毓□蜈w林乘坐 “阿波罗11号”飞船登月的那一次。这时候距离肯尼迪总统宣布的1960年代末登月的目标只有5个多月的时间了。

后来在一次记者采访中有人问穆勒,万一全机测试失败了会怎样?“整个阿波罗计划血本无归,我的名誉扫地。”,他平静地回答。他就是这样不求名利,一心扑到航天事业上。

穆勒后来说,登月不是他最大的成功,而是随后的后继项目。“事实上,可能更大的事是那些阿波罗计划之后的那些。”阿波罗计划虽然美国航天的一大亮点,但它是一个不具持久性的一次性事件,而不是月球探索的第一步。

就在阿波罗计划还在执行中,穆勒就已经就展望阿波罗后的规划。1965年,他建立了阿波罗应用办公室。这包括一个月球基地、一个地球轨道空间站、阿波罗望远镜、外太阳系的探索和最初的火星落地的“航海家计划”。但由於国会的反对和NASA内部的抵触,这项计划被取消,只保留了太空实验室一项。


穆勒勾画的空间站的草图/NASA

“我们建立太空实验室就是为了检验人类长期暴露在太空中的可能性”,穆勒后来回忆到。1966年8月,他根据阿波罗飞船的配套设备勾画了一个在轨车间(空间站)的图纸。这就是美国第一个空间站“太空实验室”的雏形。这也是他开始考虑航天飞机的时候。“因为要去火星的话,我们必须有一个更节省的方式。”所以他从这个时候就让两个项目同时开始。要知道,这时候距离阿波罗11号登月还有四年多的时间呢。

穆勒经常被人称作“航天飞机之父”。对这个称呼并不是每个人都赞同的。像航天飞机这样庞大复杂的项目,有很多很多的重要人物穿插其中。但是无异议的是,穆勒在航天飞机早期决策期间起到了关键作用,他对於推行可重复使用航天器不余其力。所以乔治华盛顿大学空间政策研究院主任约翰·劳格斯登(John Logsdon)教授把他称为“航天飞机的政策之父”。

1967年12月,穆勒在NASA总部举办了一个一天的研讨会,80名来自空军、NASA和工业界的来宾讨论了低成本的空间穿梭机式的飞行设计。专家们提出了多种方案。研讨会后,穆勒继续鼓动航天飞机的研发。同时,他也对空间站充满热情,并预期着航天飞机在地球和空间站之间的穿梭往来。

1968年8月,穆勒到伦敦去接受英国星际学会的一项奖项,他利用这次机会再次宣传航天飞机的前景。“…确实有必要有一个有效的地球到轨道的交通系统,即经济的航天飞机。”他说,“我预测下一个主要的空间推进是一个在地球和空间建筑(比如马上就要绕地球飞行的空间站)之间的经济型运载火箭。”对航天飞机,穆勒很乐观。他相信未来的总统尼克松会一定会支持他。“这可能是尼克松的一个大项目。”

1969年11月10日,穆勒辞去了NASA的工作。有人说他是想回到企业界,也有人说他与新的NASA局长托马斯·潘恩(Thomas Paine)在1970年代的空间计划问题上意见不合。但在接受记者采访时,穆勒表示,他离职的原因第一是因为阿波罗计划已经确定会结束,而那时正是离开的好时机,以便让下一个人去领导新的时期。第二是因为他需要为他的家庭多挣些钱。他领导阿波罗项目后,收入减少了一半。

虽然离开了NASA,穆勒仍然关心着航天飞机的发展。对於航天飞机时代的终结,他跟当时的NASA局长迈克·格里芬(Mike Griffin)意见不同。他认为,NASA不非得继续使用航天飞机,但至少应该等到NASA有一个新的经济安全的运载火箭来代替。而NASA却是先把还仍然能飞的航天飞机放弃了,然后花巨资向俄国购买通向国际空间站的船票。作为航天飞机之父的穆勒当然是不能接受的。

回到工业界之后,他参与了多家公司的领导工作。虽然离开了NASA,他仍然念念不忘可重复使用的发射系统。终於在1995年又到了研发这类系统的Kistler航空航天公司。NASA一度选择了这家公司开发可重复使用的发射系统,但最后还是放弃了。公司不得不在2010年宣告破产。

穆勒在南加州安度晚年。2015年10月12日,他因充血性心脏衰竭逝世,终年97岁。

从1969年到1982年,穆勒是美国航天航空学会的主席;从1982年到1997年,他是国际宇航科学院的主席。1970年,尼克松总统授予他国家科学奖。他一共获得了六个荣誉博士学位,三个NASA杰出服务奖。2002年,他被授予全国空间纪念杯。2011年,他得到国家航空和航天博物馆纪念杯。

阿波罗登月的时代过去了,航天飞机的辉煌也已不再。但阿波罗登月已经成为了人类飞出地球的象征;航天飞机的业绩也代表了人类超越现有技术的一次伟大的挑战。穆勒所信仰的重复使用的经济适用型运载工具仍然是人类追求的目标。穆勒的遗愿一定会实现。



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