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航天飞机之父乔治·穆勒:用每一分钟来较真

NASA负责载人飞行的前副局长乔治·穆勒(George  Mueller)于2015年10月12日因充血性心脏衰竭逝世,终年97岁。很奇怪的是,从1963年到1969年他在NASA仅仅工作了6年,却成为“阿波罗”时代关键人物,还被人们称为“航天飞机之父”。那么,穆勒是一位何等神奇的人物?在如此短时间内又有何等惊人的贡献?值得我们一探究竟。

1951年,穆勒获得俄亥俄州立大学物理学博士学位,并在该校任副教授。1953年,他从俄亥俄州立大学休假一年,到Ramo-Wooldridge 公司(简称为R-W,后为TRW公司)当顾问。穆勒参与的一些项目都是美国空军的,因此他与军方的联系越来越多。而这对他后来领导NASA的“阿波罗”项目起到重要作用。他似乎有些傲慢,但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,这是同事眼中的乔治·穆勒。而出生于1918年7月16日的穆勒,人生履历其实并不复杂,但他用认真为自己开创了一个硕果累累的人生。

1957年,他干脆辞去了教职,在R-W任电子实验室主任,后改任研发部门的主任。在这里,他领导了有关“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。

在导弹系统的开发工作中,他开始相信全机测试(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,你都有合理地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号最后没达到理想的目标,但穆勒和他的同事们在TRW公司六七年中积累了一套系统工程管理的体系和全机测试的经验,不知不觉地,这为他未来领导美国航天探索做好了准备。

执着推广“全机测试”思想

穆勒开始越来越多地参与到NASA“阿波罗”项目中。NASA局长詹姆斯·韦伯邀请他担任NASA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(即现在的休斯顿航天中心、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,而他的收入也因此减少了许多。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。1961年5月,时任美国总统肯尼迪提出在1960年代末实现登月。但这说起来容易做起来难。从冷战开始起,美国人一直落后于苏联人。第一颗卫星的发射(1957年)、第一次探月飞行(1959年)、第一位航天员飞天(1961年)都是苏联领先。而美国“双子座” 计划和“阿波罗” 计划并行,“双子座”为“阿波罗”做前期准备。到1963年5月,美国发射“水星-阿特拉斯”9号,其目标是把航天员在轨时间延长到一日。而这个目标苏联人早在21个月前就已实现。

要实现登月,关键的一步是要造出大推力火箭。这个任务是由冯·布劳恩主持研发的“土星” 5号大推力火箭承担。布劳恩是一名严格的、稳扎稳打的设计师。按他的计划,“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,而在二级和三级火箭处只放虚拟载荷;如果一级火箭成功了,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10次“土星”5号试验后才能进行第一次载人飞行试验。事实上,按照当时的计划“阿波罗”飞船和“土星”5号的试验多达20次。

穆勒坚持认为,要想在1960年代末实现登月的唯一办法是减少飞行试验次数。他推出了自己在TRW工作时领悟到的“全机测试”(all-up testing)概念。这个概念已经在“大力神二号运载火箭”和“民兵洲际弹道导弹”计划中取得了成功,但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的豪言壮语(这一点,业内人士都心知肚明)。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。

从技术上看,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,且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花费更多时间。为什么不把这三级火箭放在一起测试呢?但他推行的概念受到了阻力。

“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“民兵洲际弹道导弹”无法比拟的。穆勒则强硬地回答:“那又怎样?”而更大的阻力来自主持“土星”5号研发的布劳恩。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,他每个月在见面会上都会推出“全机测试”思想,最终还是说服了布劳恩接受自己的想法。

说起来布劳恩也有些无奈,他向当时的副局长鲍勃·西曼斯寻求支持。但西曼斯直截了当地说:“这事你最好跟乔治谈”。不过布劳恩后来对这个方案也开始认同,“听起来鲁莽,但穆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。但为什么不把它作为一个加值试验来烧掉呢?” 布劳恩最后表示,“我支持这个想法。”于是,马歇尔飞行中心的发射试验日程开始全面修改。

开启“五个盒子”的管理模式

“管理与技术一样具有挑战性。”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,而他无法确定管理设施与人员的配置,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”计划重新摆正到肯尼迪总统既定的目标上,而且还要着手解决正在失控的财政预算问题。

韦伯强力支持穆勒的做法。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,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轮廓,也被称作“GEM盒”的结构(GEM是穆勒英文名的三个字首字母)。穆勒在总部设了一个计划办公室,同时也在三个中心各设了一个计划办公室。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这五个盒子。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。

盒子建好了,还需要填充人。穆勒要求调空军负责“民兵洲际弹道导弹”计划的“一把手”塞缪尔·菲利普斯任“阿波罗”计划主任。韦伯也支持了他。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多名军方人员加入到“阿波罗”计划和其他NASA项目里。

穆勒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。穆勒在忙碌一天的最后一分钟都是“直接和尖锐”的,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。

用细节巩固登月之路

穆勒最担心的是事故,而事故却偏偏发生了。NASA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选出的三名航天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,甚至突然发生了一场大火,三名航天员被活活烧死在载人舱里。而这个时候,穆勒仍相信从技术上看,“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。其实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,就不会出现事故。很遗憾没人想到,显然这次火灾迟早要发生。不过他们发现这个问题后,力争把坏事变成好事,把所有的电缆都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也没有被意外的火灾吓到,“阿波罗”计划继续进行。

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,第三次发射就是在1968年圣诞节时进行的“阿波罗” 8号环绕月球任务,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。在发射之前他已花了四个月时间仔细研究每一个细节,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,只是他选择面对一个合理的危险。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。功夫不负有心人,1969年7月20日,尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林乘坐“阿波罗”11号飞船成功踏上了月球。此时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。 

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。他就是这样一位不求名利,一心扑到航天事业上的研究者。

吹响“航天飞机时代”的号角

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

当“阿波罗”计划还在执行中,穆勒就已开始“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(太空实验室)、阿波罗望远镜、外太阳系的探索和最初的火星着陆的“航海家计划”。但由于国会的反对和NASA内部的抵触,这项计划被取消,只保留了太空实验室一项。

“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,”穆勒曾说。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。也就这时,他也开始考虑航天飞机了。“因为要去火星的话,我们必须有一个更节省的方式。”所以他从那时就让两个项目同时开始。要知道,这距离“阿波罗”11号登月还有四年多的时间。

穆勒经常被人称作“航天飞机之父”,然而对这个称呼并不是所有人都赞同。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——他对于推行可重复使用航天器可谓不遗余力。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总部召开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,穆勒继续鼓推航天飞机的研发。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航天运载系统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)之间的经济型航天运输器。”对航天飞机,穆勒很乐观。他相信未来的总统尼克松一定会支持他。“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“阿波罗”计划已被确定结束,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。自从领导“阿波罗”项目后,他的收入减少了一半。

虽然离开了NASA,穆勒仍关心着航天飞机的发展。回到工业界后,穆勒仍念念不忘可重复使用的发射系统,在1995年他终于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研发可重复使用的发射系统,但最后还是放弃了。2010年,该公司不得不宣告破产。对于航天飞机时代的终结,穆勒与当时的NASA局长迈克·格里芬意见不同。他认为,NASA尽管不必须继续使用航天飞机,但至少应该等到自身有一个新的经济安全的航天器来代替。而NASA却先把还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。

“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”登月已成为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航天运载工具仍是人类追求的目标。我们期待他的遗愿早日实现!

(中国AOPA:熊庆平)

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