阿波罗 1 号火灾后 NASA 为何仍使用纯氧？

1967 年 1 月 27 日，阿波罗 1 号机组人员在一次例行发射前测试中丧生。飞船中的一根电线产生电弧，火花在加压纯氧环境中变成了熊熊大火。十八个月后，阿波罗 7 号机组人员成为首批驾驶改进后的阿波罗飞船的机组人员，但当他们在轨道上摘下头盔时，是在纯氧环境中摘下的。如果纯氧环境已经夺走了三名宇航员的生命，为什么 NASA 没有在阿波罗 1 号起火后改变机舱环境？嗯，它做了，又没做，而由此产生的改变与冷战和宇航员安全息息相关。

1961 年 5 月 25 日，肯尼迪总统向美国承诺登陆月球后不久，NASA 向希望建造载人登月飞船的行业承包商发布了一份征求建议书。该建议书中规定，飞船环境应为混合气体，即类似于我们呼吸的空气的氧氮大气。1961 年 11 月，NASA 将梦寐以求的阿波罗合同授予北美航空公司，这份中标建议书中就包括这种混合气体环境。

但一年后，NASA 改变了主意。随着阿波罗飞船的部件开始成型，重量很快就成了一个问题。对于任何离开地球的任务来说，重量都是一个重要的考虑因素。较重的航天器需要更大的助推器才能将其送离地面，但如果助推器太大，它也无法将自身送离地面。以阿波罗为例，土星五号火箭的第一级必须将自身和其上方的所有东西（第二级和第三级以及指令服务和登月舱）送离地面。堆栈顶部的任何额外重量都需要底部更多磅的推力才能将整个东西送往月球。

美国宇航局意识到，气罐需要同时容纳氧气和氮气，以及将气体输送到乘员舱的相关硬件和管道，这会增加很大的重量。更不用说它很复杂。管理双气体环境意味着开发一个复杂的传感系统，能够检测并响应气体平衡的微小变化，而这个系统会增加重量。另一方面，单一气体环境要简单得多，也轻得多，只需要一个传感器来监测舱室是否保持适当的压力。更轻更简单胜过更重更复杂，美国宇航局推翻了最初的决定。阿波罗将在乘员舱中使用纯氧前往月球。

北美公司并不热衷于这种改变。对于承包商来说，单一气体系统的简单性不值得冒这个险。北美公司和 NASA 的许多工程师都知道，纯氧环境中的火花可能很快会发展成熊熊大火。NASA 反驳说，飞船上的压力非常大。每平方英寸只有 5 磅，密度非常低，即使是纯氧环境也无法承受训练有素的机组人员无法处理的火灾。更不用说，到 1962 年中期，NASA 已经使用舱内纯氧发射了四次水星任务，没有发生任何事故。为什么要改变没有损坏的东西？没有必要进一步复杂化执行复杂月球任务的飞船。

最终，NASA 拥有最终决定权。载人航天中心主任罗伯特·吉尔鲁斯 (Robert Gilruth) 于 1962 年 8 月 28 日签署了正式的合同变更通知，正式将双气体环境转换为单气体环境。

北美公司按照 NASA 的指示行事，但并非一帆风顺。1966 年 4 月，正在建造的指令舱环境控制系统发生火灾，导致严重硬件损坏，但这并没有重新引发乘员舱环境问题。大部分损坏归因于舱内商用级带状加热器，由于这会导致飞行硬件损坏，火灾基本被驳回。然而，这确实促使北美公司重新审视航天器中易燃材料的数量和位置，以确保易燃材料不会太靠近电气系统。NASA 还要求北美公司进行设计变更，以消除因液体泄漏、灯过热以及大面积暴露的织物和泡沫引起的火灾隐患。

但这些改变只出现在可登月的阿波罗飞船 Block II 型号上，而不是早期用于执行地球轨道飞行任务的 Block I 型号。而阿波罗 1 号是 Block I 地球轨道飞行。因此，不仅阿波罗 1 号飞船在火灾当天的防火性能不如后期型号，而且火灾当天的大气中纯氧的密度也不像飞行时那么低。为了模拟太空中每平方英寸 5 磅的压力，舱室在海平面被加压到 16 psi；这在飞船和外部环境之间产生了等效压力差。

这注定是一场灾难。在一次例行测试中，一颗火花点燃了所有浸泡在氧气中数小时的舱室材料。机组人员因吸入浓烟而死亡，飞船被摧毁。

阿波罗 1 号事故调查促使 NASA 重新审视飞船的纯氧环境，更简单、更轻的单一气体系统和低密度飞行环境的优势仍然存在。NASA 认为，真正的问题是海平面的高压，而这种情况只会在发射前发生。因此，钝体太空舱飞船的先驱工程师之一马克斯·法吉特提出建议，NASA 只改变飞船的发射气氛。他建议用混合气体代替纯氧，混合气体可以是氧-氮或氧-氦，比例为 60:40。这种混合气氛可以在进入轨道时排出，并替换为纯氧。这只需要对飞船进行最小的改动，不会影响机组人员；他们在发射时会像往常一样呼吸自己的纯氧。

美国宇航局于 1968 年 3 月 14 日接受了这一提议，并选择氮气作为稀释气体，因为关于机载系统如何与氮气相互作用的问题比氦气要少。

阿波罗号在纯氧环境下登陆月球，没有发生任何严重事故。当该项目被取消时，NASA 最终放弃了在太空中使用纯氧。航天飞机和国际空间站项目都借鉴了俄罗斯联盟号飞船的做法。联盟号飞船自 20 世纪 60 年代以来一直在使用混合气体环境。这三种环境都非常类似于空气，在大约海平面压力下，氧气含量为 21%，氮气含量为 79%。

归根结底，NASA 在阿波罗 1 号火灾后决定保持相同的纯氧环境，归根结底是出于按时登月的需要。保持机载系统简单和不增加重量是该机构确保阿波罗在 20 世纪 60 年代末仍能飞行并登月的两种方法。从某种程度上说，对发射环境的改变充分利用了不太理想的安排，同时也确保了阿波罗 1 号宇航员的死亡有助于推动该机构向前发展。

资料来源：阿波罗飞船年表；马克·格雷的《攻角》；我这篇关于阿波罗 1 号火灾的旧博客文章；考特尼·G·布鲁克斯、詹姆斯·M·格里姆伍德和洛伊德·S·斯文森的《阿波罗战车》。