アポロ13号の乗組員は月を失ったことをどれくらい早く知ったのでしょうか?

アポロ13号の飛行開始から46時間43分後、キャプテン・ジョー・カーウィンは船長ジム・ラヴェルにミッションの最新情報を伝えた。「我々の知る限り、宇宙船は実に良好な状態です。我々はここで退屈でたまりません。」9時間後、状況はずっと退屈ではなくなりました。極低温のガスが層状に固まるのを防ぐため、極低温酸素タンクを定期的にかき混ぜていたところ、タンク2のワイヤーにアークが発生しました。ワイヤーは破裂し、酸素タンク1も巻き込まれました。この重要なガスが漏れたため、アポロ13号は電気、照明、給水を失いました。もちろん、乗組員もヒューストンの誰も何が起こったのか正確には知りませんでした。では、アポロ13号が月面着陸できないことが乗組員に最終的に明らかになったのはいつだったのでしょうか。

アポロ宇宙船にとって、酸素タンクの喪失は致命的でした。なぜなら、酸素タンクは宇宙船を動かす燃料電池に電力を供給していたからです。サービス モジュールには、それぞれ 31 個の独立した接続されたセルを含む 3 つの燃料電池が保管されていました。極低温水素と酸素を結合する電気化学反応により、副産物として電気、熱、飲料水が生成されました。この電力は、最終的に、結合された宇宙船の側面に沿って走るアンビリカル ケーブルを通じてメイン コマンド モジュールに転送されました。

通常の飛行状態では、各燃料電池は 31 ～ 27 ボルトの直流 (DC) で 400 ～ 1420 ワットを生成できます。また、同じ酸素タンクと水素タンクから電力を供給しますが、燃料電池は互いに接続されていません。この決定により、システムにある程度の安全性がもたらされ、1 つの燃料電池が故障しても電力が完全に失われることはありません。

燃料電池は、生成された電力を宇宙船のシステム全体に分配する 2 つのバスに接続されていました。燃料電池 1 はメイン DC バス A に接続され、燃料電池 2 は DC メイン バス A と B に接続され、燃料電池 3 はメイン DC バス B に接続されていました。ソリッド ステート インバーターは、DC 電力を交流 (AC) 電力に変換し、2 つのメイン バスを通じて宇宙船の電気システムに分配しました。

しかし、燃料電池とバス間の接続は永久的なものではありません。コマンドモジュール内にはスイッチがあり、燃料電池の 1 つが故障して損傷した場合に、乗組員が手動で 1 つの燃料電池を分離し、電力の流れの方向を制御できます。燃料電池が 1 つ失われても、宇宙船が機能しなくなるわけではありません。同様に、AC インバータの 1 つが宇宙船の基本的な電力需要を供給し、他の 2 つがバックアップとして機能します。また、各バスは独自のインバータで電力供給されているため、1 つが故障した場合に分離できます。

そのため、アポロの電力システムには多くの冗長性が組み込まれていました。乗組員はシステム全体の故障した要素を隔離することができ、NASA は飛行中に電力システムの一部の要素が故障した場合に何が起こるかを概説したミッション ルールを定めていました。

アポロ 11 号の打ち上げ前に公開されたミッション ルールによれば、燃料電池は出力が 5 アンペアを下回ると失われたとみなされ、酸素タンクは圧力が 150 psi を下回ると失われたとみなされ、水素タンクは圧力が 100 psi を下回ると失われたとみなされました。飛行中に電力システムの 1 つ以上の要素が失われた場合の対応は、打ち上げ中、月面着陸段階、巡航中など、ミッション段階によって異なります。

打ち上げ中に 3 つの燃料電池がすべて失われても、打ち上げ中止を意味するものではありません。コマンド モジュールの充電されたバッテリーにより、乗組員は大気圏への再突入を余儀なくされる前に、軌道上で問題のトラブルシューティングを行うための 4.75 時間の電力を供給できます。打ち上げ中に 3 つの燃料電池と再突入バッテリーの 1 つが失われた場合にのみ、打ち上げ中止が必要になります。

月周回軌道上で 2 個または 3 個の燃料電池が失われると、着陸は中止になります。乗組員は月着陸船を保持して電力と消耗品を回収し、安全に帰還する必要があります。また、帰還経路に乗せるためには、大型の降下エンジンによる地球横断噴射燃焼が必要になるかもしれません。月着陸中に同じ燃料電池が失われると、月滞在は不可能になります。この場合、目標は宇宙船をできるだけ早くドッキングさせ、月着陸船の消耗品を保持し、乗組員を帰還させることでした。

ミッションのどの時点でも、2つまたは3つの燃料電池と再突入用バッテリーが失われると、帰還と大気圏再突入に備えて機内の全電力を節約するために緊急停止が必要となった。

燃料電池 1 個を失ったことは、悪い日を意味しない唯一の失敗でした。燃料電池 1 個を失った場合、乗組員は燃料電池の修復を試み、残りの 2 個の燃料電池からそれぞれ 1 個のバスに電力を送るように宇宙船を再構成し、冗長性を回復しました。そこから、NASA は他のシステムのパフォーマンスを確認し、ミッションがどの段階にあるかを検討してから、予定されたミッションを続行するかどうかを決定します。アポロ 13 号が飛行した時点では、ミッションのルールで、燃料電池 2 個では月面に着陸できないと定められていました。

そのため、アポロ 13 号で酸素タンク 2 が破裂したとき、乗組員はミッションのルールに従って作業を進めました。宇宙船とヒューストンの読み取り値によると、酸素タンクと燃料電池 1 と 3 が故障していました。多くの故障は何らかの計器の問題である可能性があると考えたキャプコンのジャック ルースマは、乗組員に燃料電池 1 をメイン A に、燃料電池 3 をメイン B に再接続するよう指示しましたが、問題は解決しませんでした。

映画「アポロ13」では、ヒューストンはトム・ハンクス演じるラヴェルが、酸素漏れを止めようと燃料電池1と3のリアクバルブを閉め、機能している燃料電池1に残っている酸素を節約するシーンを描いている。映画の中では、ハンクスの「我々は月を失った」という感動的なセリフとともに、長く静かなシーンとなっている。

実は、この電話がかかってくるずっと前から、乗組員たちは着陸できないことはわかっていた。反応物バルブを閉じるよう指示されたのは、危機が始まってから 1 時間 2 分後のことだった。ロウズマが電話をかけてきて、アポロ 13 号が燃料電池 3 から酸素を失っていると告げた。「それで、燃料電池 3 の反応バルブを閉じてほしい。燃料電池 1 と 2 は持ちこたえようとしているようだ。」月着陸船パイロットのフレッド ヘイズは答えた。「燃料電池 1 と 2 ですか。1 と 2 は持ちこたえようとしているが、燃料電池 3 から酸素が漏れているということですか。それで、燃料電池 3 の反応バルブを閉じてほしいのですか。私の聞き取りは正しいですか。」ロウズマは確認した。「はい、燃料電池 3 の反応バルブを閉じてください。」

それが月面着陸が失敗した決定的な瞬間だったのかもしれないが、少なくともヘイズ氏は、それまでに月面を歩いていないことはわかっていた。爆発から5分ちょっと経った後、ヘイズ氏はヒューストンに電話をかけ、すべてをリセットしようとしたが、燃料電池1と3にはまだ電力の流れが見られなかったと伝えた。ヘイズ氏はヒューストンに電話をかけ、「リセットしようとしましたが、燃料電池1と3は両方ともグレーフラグを示していますが、どちらも電力の流れはゼロです」と伝えた。ミッション報告会で、彼はそれが月周回軌道には乗らず、月面着陸もできないことを知った瞬間だったと述べている。「燃料電池3を見ると、その電力の流れは最大限に低下していました。これは、この燃料電池が負荷を運んでいないことを意味していました。つまり、バス全体が壊れてしまったということです。私は、LOIが今ごろNO GOになるだろうと認めました。」

Coles Notes 版のアポロ 13 を読みたいですか? 昨年のライブ ツイートを Storify しました。

出典: アポロ月探査、アポロ月飛行日誌、具体的には酸素タンクが破裂した瞬間の記録があるこのページ、アポロ運用ハンドブック、ブロック II 宇宙船、アポロ ミッションのルール (すべてこちらで参照可能)、アポロ 13 号。