try SCE to AUX,一段传奇

余晟 余晟以为 3天前


看看上面的图片,有卡贴,有文化衫,有马克杯。无一例外的,上面都写着try SCE to AUX。这是什么意思?

答案是:try SEC to AUX是一段传奇。它挽救了一次登月行动,挽救了三名宇航员的性命。如果你对这个故事感兴趣,欢迎接着阅读。

事情还得从头说起。

1957年10月4日,一件举世震惊的消息传遍了世界:苏联发射了人造地球卫星“伴侣”(Sputnik)。在这之前,从没有过人造物体进入太空,“伴侣”开创了人类历史的新纪录。

当时冷战刚刚开始不久,美国当然不甘人后。1957年12月,美国要发射第一颗人造卫星了。不幸的是,火箭点火后抽搐了几下,直接爆炸了。不过,美国人似乎没有多么崇高的集体荣誉感,媒体在报道时开尽了玩笑:

《伦敦先驱者日报》说:“噢,一颗猛烈倒下的卫星。”

《伦敦每日快讯》说:“美国人叫它故障星。”

《路易斯维尔信使报》说:“一次成功发射也许全世界都能听到,但有时候哑弹会更响亮。”

《渥太华日报》说:“据专家说火箭没有飞离地面是因为它‘失去了推力’。这是转移注意力的措辞。失去推力是西方民主政治一直遭受的困扰。”


玩笑归玩笑,美国政府受到的压力是巨大的。1958年7月29日,美国总统艾森豪威尔签署了《美国公共法案85-568》,设立了美国航空航天局(NASA,也叫“美国宇航局”)。与苏联不同的是,NASA从一开始就不是军方机构,虽然在必要的项目上可以获取军方的援助。但是,NASA的职员的身份就是科研人员,他们当然不太清楚苏联人到底是怎么做的——那些情报只有军方知道(NASA和军方当然不是毫无联系,但也不是完全重合的。如果你留意观察,会发现苏联宇航员出席活动时都穿军服,而美国宇航员穿的是NASA的制服)。

苏联人的进展很快,1961年4月12日,苏联空军的歼击机飞行员加加林乘坐东方1号宇宙飞船从拜克努尔发射场升空,在最大高度301公里的轨道上绕地球一周,历时1小时48分钟,然后安全返回,完成了人类历史上第一次载人航天任务,实现了人类进入太空的梦想。

在这条消息面前,美国总统肯尼迪不得不公开承认,美国在载人航天上已经落后于苏联。“我们能做的,就是尽力追赶”。

美国人确实在追赶。美国也有自己的载人航天计划,名叫“水星”(Mercury)。因为缺乏情报,NASA一开始甚至不知道从哪找选宇航员,有人甚至提出从杂技演员中挑选。当然,他们最终走上了和苏联一样的道路:从空军飞行员中挑选最优秀的人员。美国一共挑选了7名宇航员,这就是著名的“水星七人”Mercury Seven,后来“水星”计划的所有任务都包含Seven)。

Mercury Seven,挑选阶段的照片穿的还是空军制服。来源:NASA

1961年5月5日,就在加加林升空之后不到1个月,Mercury Seven中的Alan Shepard执行“自由7号”任务,成为了第一个进入太空的美国宇航员,也是人类历史上的太空第二人。与加加林任务不同的是,Alan乘坐的航天器大小只有加加林的1/3,也没有进入近地轨道(高度187千米),停留时间也只有15分钟。

不过这些差距都不要紧,与加加林的秘密飞行(落地之后再公布消息)不同,Alan Shepard的太空旅行是全程电视直播的。电视直播引发了如潮的关注,也激励了美国的人心,更振奋了西欧各国对美国的信心。肯尼迪总统终于扬眉吐气了一把,他豪言继续加大投入,公开宣布“在十年内,完成人类登月的创举”。

NASA的大多数人听到这个消息,第一反应都是总统失去理智了,十年内登月是天方夜谭。要知道,载人航天是史无前例的,如今习以为常的许多东西,都是辗转摸索的结果。这其中,就包括飞行控制中心。

如今普通人大概都见过飞行控制中心,一个巨大的房间,里面有众多工作人员,众多屏幕,前面还有几块大屏幕,显示航天器的各种状态。一旦涉及到航天任务,飞行控制中心是“天经地义”应该存在的。

2009年,“发现”号航天飞机升空时的地面指挥中心。来源:NASA

然而事实并非如此。在航天活动早期,可以参考的只有航空领域的经验。在航空领域,飞行员操纵着飞机,地面控制人员通过无线电联系飞行员,负责指引和协调,飞机仍然由飞行员一手掌控。因此,少数的地面控制人员就可以引导大量的飞行员。但是航天的情况不是这样,航天器的飞行速度比飞机快得多(要摆脱地球引力,起码要达到每秒7.9公里,也就是第一宇宙速度),航天器的操作也要复杂很多。这对宇航员提出了极高的要求,轻微不慎就可能酿成重大后果。

实际上,还在航天任务之前的高速试飞阶段,Christopher C. Kraft Jr.就提出,地面上应当有一群专门的人,负责监视、记录,甚至必要时操控飞行器,这种飞行最终一定是天地协同的结果。到了载人航天的阶段,Kraft把这个概念升级为指挥中心Misson Control Center,所以中文也有翻译为“控制中心”的)。在“水星”计划进行时,在Kraft的涉及和指挥下,NASA在卡纳维拉尔角建了第一个指挥中心,实践证明,指挥中心是非常必要的。

位于卡纳维拉尔角的指挥中心。来源:NASA

然而,建立指挥中心只是第一步,很快NASA就发现,配套的机制也需要摸索完善。

1962年2月20日,“水星”计划进行了代号为“友谊7号”(是的,“水星”计划的所有行动代号都包含7)的航天任务,宇航员John Glenn进入了地球轨道。但是在返回时,仪器报警显示航天器的隔热罩发生了松动。如果隔热罩松动,航天器很可能在进入大气层时化为灰烬。包括Kraft在内的NASA工作人员相信,这只是误报,只需要按原有返航程序进行即可。但是上级官员坚持认为必须保证稳妥,所以临时采取了一个未经测试的方案:反推力火箭在使用后不必抛弃,而是保留在航天器上,用以固定隔热罩。双方争执不下,最后上级官员胜出,Glenn虽然不理解,仍然按照指令操作了。

虽然最终Glenn安全返回了地面,但从此之后,Kraft给NASA新增了一个角色:飞行总指挥(Flight Director)。他同时定下一条规则:一切问题只有飞行总指挥能做最终决定,一旦他的决定做出,“就算是总统也无权更改”。Christopher Kraft也成为了首任飞行总指挥。

Christopher Kraft在工作。来源:NASA

媒体报道,2018年9月17日,NASA首次任命女性为飞行总指挥,这是现任飞行总指挥Holly Ridings。来源:NASA

总统没有权力对飞行总指挥指手画脚,但总统有其它的权力。肯尼迪夸下登月海口之后,联邦政府陡然加大了对NASA的投入,甚至用“疯狂”来说也不为过。从1962年开始,NASA的预算在联邦政府开支里的比重直线上升,从不到1%上升到4%左右。

NASA历年的预算。来源:维基百科

有了钱,下一步就是招人。据NASA员工回忆,当时根本不愁招人,“大家排着队加入NASA”。不过,因为载人航天是新鲜事物,NASA不需要也招不来太多硕士生和博士生,大量的理工科毕业的本科生成了NASA的主力。

在这些人中,John Aaron就是一个典型的例子。Aaron出生于1943年,1964年毕业于西南俄克拉荷马州立大学的物理学专业,然后加入NASA。据Aaron自己说,他原本打算毕业后先去当数学老师,攒点钱回家开个农场养牛。不过,NASA的电报让他欣喜若狂:年薪6770美元。要知道,1964年美国的平均年收入只有4576美元,而Aaron只是一个普通学校的应届本科生而已。

在指挥中心的John Aaron。来源:NASA

20世纪60年代的西方世界,正是年轻人的花花世界,新事物层出不穷。我手边恰好有一本《成为史蒂夫·乔布斯》,作者是这样这样描述那个年代的:

和其它同时代的年轻人一样,史蒂夫沉浸在反文化运动的浪潮中,充满了质疑精神,渴望摆脱传统的桎梏。他嗑过药,沉醉于鲍勃·迪伦、披头士乐队、摇滚女王Janis Joplin的反叛歌词中。他也会钻研思想家的著作,比如日本的铃木禅师、拉姆·达斯、帕拉马汉沙·尤伽南达……那个时代的潮流是显而易见的:质疑一切,尤其是权威;勇于尝试;勇于流浪。

但是NASA的年轻人仿佛生活在另一个世界里。在NASA,他们都穿白衬衫,系窄领带,沉浸于工作,说着奇怪的术语(全都是缩写):EECOM(负责电气、环境、通讯的人员)、GUIDO(导航系统人员)、FIDO(飞行动力学人员)、CAPCOM(飞行器通讯人员)……他们还要学会从耳机里混在一起的四五路通话中分辨出重要的信息。那个之前想回去当农场主的俄克拉荷马小伙子John Aaron进入NASA之后,担任的就是EECOM。

John Aaron的工作照。来源:NASA

指挥中心的其他年轻人,注意大家的着装。来源:NASA

靠着这些头脑灵活、激情澎湃的本科生的辛勤努力,NASA完成了6次“水星”任务之后,又开启了“双子星”计划练习双人航天和太空对接。“双子星”计划一共完成了2次无人任务和10次任务,验证了登月的各项技术准备。然后,NASA开启了真正的登月计划——“阿波罗”。

在这个过程中,指挥中心也经历了升级。1964年,NASA在休斯顿载人航天中心(后来改名为林登·约翰逊航天中心)的指挥中心投入使用,它被命名为Christopher C. Kraft Jr. Mission Control Center(表彰提出“飞行指挥中心”概念的Christopher Kraft),呼号则是如今航天爱好者们所熟悉的“休斯顿”(看过电影《阿波罗13》的人大概都记得那句著名的台词:“Huston, we have a problem”)。

指挥中心的核心是两大指挥室,专业名称是Mission Operation Control Room(MOCR,读音“moh-ker”)。每个指挥室都是四层阶梯式的大厅,每层聚集一组职能相近的人(比如最低的第一排是“战壕”,专注于飞行、导航等各种计算,而总指挥当然在最后一排),前方有巨型投影屏幕。在这里,NASA完成了“双子星”、“阿波罗”、“天空实验室”、航天飞机的航天计划,一直到1998年。

1969年,阿波罗11号发射时的指挥中心。来源:NASA

21世纪复原的指挥中心,已经成为博物馆的参观景点。

历经曲折,1969年7月16日,“阿波罗11号”飞船升空,7月21日,宇航员阿姆斯特朗、奥尔德林登上了月球。在月球上,阿姆斯特朗留下了那句著名的话:“这是我的一小步,是人类的一大步”。

紧接着,1969年11月14日,“阿波罗12号”飞船升空了。这一次任务的宇航员是负责登月舱的Alan Bean,负责指令舱的Richard Gordon,还有指令长Pete Conrad。他们除了要在月球行走,带回月球岩石样本,还要安装“阿波罗月表实验包(ALSEP)”。按计划,在未来的七年里,这个实验包会源源不段地向地球发送实验数据。

阿波罗12号的宇航员,从左向右:Conrad,Gordon, Bean。来源:NASA

然而NASA的好运气似乎用完了,升空之后第52秒,飞船上的故障指示灯一盏接一盏亮起来,紧接着,姿态指示仪(8 Ball Attitude Indicator)也不灵了。没有姿态指示仪,宇航员根本不知道自己的高度、速度、方向。情急之下,Conrad只能在无线电里说:我不知道发生了什么,但这里的一切都停摆了I don't know what happened here; we had everything in the world drop out.

更糟糕的是,指挥中心丢失了飞船的数据了。一筹莫展的指挥中心除了回答“收到”,什么也不能多说——无线电就这样静默了20秒。好在,火箭仍然在按原计划飞行,看起来,火箭本身没有出什么问题,备用电源已经介入,基本的功能没有受到影响。不过这个消息并不值得庆幸,备用电源只能支撑2小时,而登月行动刚刚开始。即便飞船顺利入轨,却没有电力支持,整个行动也是失败。

用“争分夺秒”形容现在的场景一点也不夸张。每秒烧掉13吨燃料的火箭仍然在加速上升,如果确实要放弃,宇航员在这个高度启动逃生计划,将飞船和火箭分离,或许还来得及生还。但是,阿波罗计划无疑将要接受一次重大挫折。

阿波罗12发射当时的地面指挥中心。来源:NASA

就在这时,指挥中心里忽然传出一个声音:

try SCE to AUX

所有人顺着声音看过去,说话的正是负责电气、环境和通讯的Aaron,来自俄克拉荷马的26岁的工程师。大家都认识他,但没有人懂得他说的是什么。有人问:“SCE to off?”,担任CAPCOM(飞船通讯人员,负责和宇航员联络)的Gerald Carr也困惑了:“What the hell is that?(那是什么鬼东西)”。新上任的飞行总指挥Gerry Griffin也是一脸茫然。

但是,已经没有时间多犹豫了。飞行总指挥Gerry虽然不知道SCE是什么,仍然决定让Carr把指令下达给宇航员。

Carr: Apollo 12, Houston, try SCE to Auxiliary, over.

Conrad: FCE to Auxiliary—what the hell's that? NCE to auxiliary…

Carr: SCE, SCE to auxiliary

最左侧是Chris Kraft,旁边是Gerry Griffin,Aaron在右边数起第三的位置。来源:NASA


指令清楚了,但Conrad和Gordon都不知道SCE究竟是什么。要知道,操作面板上有几百个开关,谁也不知道SCE在哪里。万幸的是,Bean记得有一个开关是SCE,他迅速找到开关,拨到了AUX的位置。

飞船操作面板,红色箭头所指就是SCE。来源:Eduardo Garcia Llama

“SCE to AUX。” Bean回答,表示已经操作完成。

很快,那些胡乱闪烁的故障指示灯熄灭了。在指挥中心这边,飞船的数据显示出来了。Aaron发现了问题所在:燃料电池已经断开。过了几秒钟,指挥中心命令Bean重启燃料电池。Bean完成这个操作之后,一切故障都消失了,火箭和飞船正常得就像从来没有发生过异常一样。

得益于NASA的“公开”(真正的公开)传统,如今我们可以通过录音重温当时的情况。

000:01:00 Bean: [Garble] Got your GDC.

000:01:02 Conrad: Okay, we just lost the platform, gang. I don't know what happened here; we had everything in the world drop out.

000:01:08 Carr: Roger.

Public Affairs Office - "Plus one."

000:01:12 Conrad: I got three fuel cell lights, an AC bus light, a fuel cell disconnect, AC bus overload 1 and 2, Main Bus A and B out. [Long pause.]

000:01:36 Carr: Apollo 12, Houston. Try SCE to auxiliary. Over.

000:01:41 Conrad: NCE to auxiliary...

000:01:43 Carr: SCE, SCE to auxiliary. [Long pause.]

000:01:57 Carr: Mark. One Charlie.

000:02:00 Conrad: One Charlie.

Public Affairs Office - "Flight Director Gerry Griffin taking a staging status now; Apollo 12 down range 17 miles. Altitude 20 miles."

000:02:16 Conrad: Inboard [center] engines.

000:02:19 Carr: Apollo 12, Houston. Try to reset your fuel cells now. [Long pause.]

000:02:48 Conrad: Got a good S-II, gang.

000:02:50 Carr: Roger. We copy, Pete. You're looking good.

Public Affairs Office - "Good staging and good thrust on the second stage."

000:02:53 Conrad: Okay. Now we'll straighten out our problems here. I don't know what happened; I'm not sure we didn't get hit by lightning.

000:03:10 Carr: Right, Pete. Your fuel cells look good down here.

000:03:17 Conrad: Think we need to do a little more all-weather testing.

000:03:19 Carr: Amen.

000:03:24 Conrad: Did you notice the tower, gang, after we cleared? It looked good.

000:03:28 Carr: Good show, Pete. You're in mode 2.

解释:GDC是陀螺显示耦合器,显示飞行姿态,BUS是集成显示电压、电流、功率通量等指标的仪器;One Charliemode 2是阿波罗计划中为不同阶段预备的飞船逃生程序。

从通话中看,Conrad已经意识到了,故障大概和雷击有关。事后调查也确实如此,“阿波罗12号”发射过程中连续遭到了两次雷击。第一次雷击导致服务舱过载,三块燃料电池被断开,许多仪表失效;第二次雷击导致了姿态指示仪失效。三块燃料电池本来可以以28V电压提供75A的电流,备用电池显然无法提供这样大的功率,所以许多设备罢工了。而且,备用电池也只能用2小时。

尽管宇航员意识到了可能与雷击有关。但是,在这之前,NASA从来没有遇见过升空和降落过程中遭遇雷击的情况,所以在千百遍的模拟器训练中没有对应的项目,宇航员也束手无策。

关键时刻,Aaron忽然想起来,在一年之前的地面模拟训练中也出现过这样的场景,飞船大量报警,地面信号丢失。当时有人把SCE(Signal Conditioning Electronics,信号调节器)设置到AUX(Auxiliary,协助模式),问题就解决了。信号调节器负责将传感器收集的原始信号调节到标准电平,这样处理之后的信号可以被正确接受、处理、显示。如果供电电压不足,可以将SCE设置到AUX,这样就可以在低电压下照常运作,收集和传输信号。

上一次采用SCE to AUX只是为了应对训练中的一点小意外,毫不起眼,所以也没留下记录。还好Aaron记得,也幸亏他记得。不过更值得庆幸的是,宇航员Bean记得SCE的开关在哪里——Gordon和Conrad当时完全是一头雾水。

将SCE设置到AUX之后,SCE恢复了正常,飞船的信号可以被识别、处理、传输。有了完整的数据,指挥中心放心下令重启燃料电池。燃料电池重启之后,果然一切都恢复了正常。

几分钟之后的对话记录是这样的:

Conrad(笑): 听我说,这次的模拟可比之前带劲多了。

Carr: 我们在地面上,心跳都停了好几次。

Conrad(笑): 我们在天上,可没时间玩这个。

“他一路笑到进入轨道”,Aaron回忆说。

阿波罗12号成功登月。来源:NASA

就这样,“try SCE to AUX”,一句基本没有人记得的简单指令,挽救了一次登月飞行,挽救了三名宇航员的生命,这句话从此也成了传奇,成了一种文化现象,被印在磁力贴、马克杯、文化衫上……

John Aaron也因为在关键时刻的突出贡献,获得了一个广泛流传的称号:Steely Eyed Missile Man(目光坚毅的导弹人)。前几年有一部大热的太空题材电影《火星救援》,里面有句台词是“Rich Purnell is a steely-eyed missile man”,就是这个典故。

后记

我是一个半吊子航天爱好者。一方面,IT和航天(包括航空)在工作内容和方式上有许多共通之处,甚至当年那些毕业就加入NASA与外面花花世界无缘的工程师,也和今天的“IT男”有几分相似;另一方面,如今的互联网发展多少让人觉得乏味,许多吹的天花乱坠的“创新”不过是费尽心机寻找和挑逗人性的弱点,然后上市圈一大笔钱,这实在承载不起我们对未来的全部寄托。然而航天不一样,无垠的宇宙永远在撩拨我们的好奇心,虽然冷战过后太空竞赛已经偃旗息鼓,但是得益于广泛存在的资料,我们还是可以有发现,有遐想。

前几个月我惊奇地发现,“try SCE to AUX”的中文结果少得可怜,这个与登月有关的故事又那么有趣,所以我决定要把它写出来。恰好,我赶在中秋节之前完成了。

这个故事让我印象深刻,因为它很真实。

Aaron并非毕业于名校,一开始的打算也只是攒点钱回去养牛,可以说是“阴差阳错”进了NASA。在“SCE to AUX”发生之前,他也只是默默无闻在自己岗位上辛勤工作而已,之后也没有人刻意去拔高他的故事。其他相关人员,比如Bean、Carr、Gerry的回忆和事后采访都很真实,直面当时内心的茫然和慌张,甚至是恐惧。真实的故事,才会对普通人产生感召力。

另一个因素是,在太空竞赛那些年,NASA虽然烧掉了大量纳税人的钱,现在却开放了大量的资料(文字、录音、高分辨率图片)供公众浏览。这些资料让我们能更真实地了解当时的情况,也让爱好者们大呼过瘾。

飞行总指挥的角色也是非常有意思的。

Gerry回忆当时他在紧张考虑要不要放弃计划,听到SCE也根本不知道这是什么,不过他仍然选择了告诉宇航员。整个处理流程虽然没有太多科学论证,但是流畅高效的。我曾经亲历过几次IT系统的严重故障,不少时候都是七嘴八舌、众说纷纭,即便解法出现也要经过讨论才能落实。NASA也是经历了痛苦的过程才设立了飞行总指挥的角色,这可以给IT行业许多启发。

此外,如果你在2008年9月25日观看过“神舟七号”执行出舱任务的直播,多半会记得当时也出现了火灾报警(后来证实是误报)。如果你有兴趣,可以去网上搜索原始对话记录来看看。

最后说个与IT有关的话题。

如果你留心,会发现最早Aaron喊出“SCE to AUX”之后,许多人并没有听清楚。有人以为是“SCE to off”,宇航员一开始听的是FCE或者NCE…… 

喊话的时候对方听错了,这种事情我们都经历过。传统上,为了避免这种问题,大家一般会采取两种措施:或者提高音量,或者多次重复。如果你看过《信息简史》(强烈推荐这本书)应该记得,生活在丛林里的部落原始人喊的话就是声音很大,而且重复很多的,原因不是文明不发达,而是丛林会干扰声音的传播。

但是在许多关键场合(比如航天),单纯提高音量效果有限还可能适得其反,多次重复又会降低信息传输的效率。那么,还有什么办法呢?

办法很简单,就是换个“不容易错”的代号。如果你留意看电影,会发现在执行军事任务时,A、B、C、D、E、F都不按字母念,而是分别念成Alpha、Bravo、Charlie、Delta、Eagle、Fox之类。也许C和D很容易听混听漏,但是Charlie和Delta则很容易区分也不容易听漏,毕竟Charlie和Delta是生活中常用的单词,哪怕少听了一个音节也容易猜对——你大概注意到了,虽然Aaron说的是“SEC to AUX”,但飞行总指挥Carr发布指令时把AUX补全成了Auxiliary,所以Auxiliary没有听错,但SCE就没法“补全”了。

大概因为语言的不同,许多人不懂得这个道理,闹出了不少笑话。有些字幕组在翻译的事后,要画蛇添足地把Eagle翻译为“雄鹰”,把Fox翻译为“野狐”,实在相差十万八千里。前些年有一次海外撤侨,中国空军的伊尔-76飞机飞赴海外的通话录音曝光,有人喷“去撤侨时居然还谈住什么宾馆”,其实是自己不懂H应该读成Hotel。

那么,这个细节和IT有什么关系呢?当然有关系,信息论说的就是这回事。信息论之父香农指出,要提高传输准确性,除了单纯提升功率(加大音量)或重复发送之外,还有一个办法就是对信息进行编码(信道编码)。简单说就是,在信息发送时混入与内容相关的冗余信息,接收时依靠这些冗余信息完成核对和校正。现代计算机系统的通讯之所以可靠,依赖的正是这个原理。

P.S. 是我这个半吊子航天爱好者第一次写航天的故事,如果你觉得感兴趣,欢迎通过赞赏和留言鼓励我继续。

顺祝大家中秋节快乐。

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“余晟以为”虽是个人号,但只用心做原创,不虚张声势,不故弄玄虚,不带节奏,力求定期更新,只为和你一同探索世界,分享致中平和的观点。

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