VAB：地球上的太空豐碑

文/高歌

美國(guó)的阿波羅載人登月計(jì)劃創(chuàng)造了人類(lèi)的奇跡。這個(gè)大奇跡是由許多小奇跡積累起來(lái)的，包括眾所周知的土星5號(hào)火箭、阿波羅飛船等等。今天，我們來(lái)說(shuō)一說(shuō)其中的一個(gè)小奇跡——VAB。

開(kāi)“三垂”先河

VAB是運(yùn)載火箭裝配大樓（Vehicle Assembly Building）的英文縮寫(xiě)，它最初名為垂直裝配大樓（Vertical Assembly Building），1965年2月改成現(xiàn)名。這座裝配大樓為美國(guó)宇航局肯尼迪航天中心所有，是一個(gè)為航天技術(shù)服務(wù)了半個(gè)多世紀(jì)的大型配套設(shè)施，曾榮獲佛羅里達(dá)美國(guó)建筑師協(xié)會(huì)授予的“時(shí)間檢驗(yàn)”設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，2020年又榮獲美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)佛羅里達(dá)分會(huì)頒發(fā)的國(guó)家歷史性土木工程地標(biāo)獎(jiǎng)。

▲ 1964年11月9日，俯瞰VAB施工現(xiàn)場(chǎng)

▲ 1965年4月14日，封頂儀式上人們紛紛在一根印著美國(guó)宇航局微標(biāo)的白色工字鋼上簽名，它作為最后一根結(jié)構(gòu)梁被吊裝到樓頂

VAB是阿波羅載人登月計(jì)劃的產(chǎn)物，也是航天發(fā)射專(zhuān)家智慧的結(jié)晶。在它建設(shè)之前，專(zhuān)家們?yōu)檎也坏揭粋€(gè)巨型火箭的總裝測(cè)試方式傷透了腦筋，因?yàn)檫^(guò)去運(yùn)載火箭的總裝測(cè)試一直采用水平方式，然后再豎起來(lái)送到發(fā)射臺(tái)上完成各種射前作業(yè)，但是這種方式用于發(fā)射以前的“紅石”和“宇宙神”等火箭還不錯(cuò)，對(duì)發(fā)射登月飛船的火箭就行不通了，因?yàn)橥列?號(hào)火箭太大了，經(jīng)過(guò)總裝測(cè)試后很難把它整個(gè)豎起來(lái)，即使勉強(qiáng)豎起來(lái)也會(huì)產(chǎn)生各種應(yīng)力和彎曲等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)反復(fù)認(rèn)證，專(zhuān)家們最后找到了一個(gè)好方法，這就是改變傳統(tǒng)做法，采用垂直方式總裝測(cè)試火箭，總裝測(cè)試完成后再垂直送到發(fā)射場(chǎng)。這種垂直總裝、垂直測(cè)試、垂直運(yùn)輸?shù)姆绞浆F(xiàn)在被簡(jiǎn)稱為“三垂”方式，它開(kāi)創(chuàng)了運(yùn)載火箭的移動(dòng)式發(fā)射系統(tǒng)，除了當(dāng)時(shí)的“土星5號(hào)”外，后來(lái)美國(guó)的航天飛機(jī)和歐空局的“阿里安”、中國(guó)的“長(zhǎng)征二號(hào)F”、日本的“H-2”等火箭都采用了這種先進(jìn)的測(cè)發(fā)方式。

不過(guò)，“三垂”方式也存在顯而易見(jiàn)的問(wèn)題，就是必須研制技術(shù)復(fù)雜、體積龐大的垂直運(yùn)輸工具，特別是還要建設(shè)高大的垂直總裝測(cè)試廠房。土星5號(hào)火箭立項(xiàng)之初就意味著過(guò)去裝配測(cè)試“紅石”“宇宙神”等火箭的設(shè)施無(wú)法用了，可是垂直裝配測(cè)試技術(shù)廠房需要多大規(guī)模？建成什么樣子？是開(kāi)敞式還是封閉式？是塔式形狀還是一字排列？這些問(wèn)題當(dāng)時(shí)誰(shuí)都不明白?？紤]到肯尼迪航天中心颶風(fēng)較多較大，要露天進(jìn)行幾個(gè)月的總裝測(cè)試?yán)щy重重，最后確定建設(shè)一座封閉式的裝配測(cè)試大樓。

VAB的首席設(shè)計(jì)師名叫迪克·伯格曼，當(dāng)年他接到這個(gè)項(xiàng)目時(shí)只是一個(gè)20多歲的青年建筑師，雖然根本不清楚火箭裝配大樓什么樣，卻拿出了這個(gè)包括4個(gè)裝配測(cè)試廠房的田字形布局方案。誰(shuí)知肯尼迪航天中心首任主任庫(kù)爾特·德布斯和土星5號(hào)火箭總設(shè)計(jì)師馮·布勞恩卻不支持這個(gè)方案，他們需要的是一字排列的布局。伯格曼向他們解釋了自己方案的理由：佛羅里達(dá)州颶風(fēng)大，如果采用一字排列，這么大的建筑會(huì)像帆一樣承受巨大風(fēng)力，而背靠背的方案能使它穩(wěn)定牢固。兩人最后同意了他的方案?！癡AB是我職業(yè)生涯的亮點(diǎn)?！卑雮€(gè)多世紀(jì)后，伯格曼說(shuō)。

▲250噸吊車(chē)吊起土星5號(hào)試驗(yàn)箭第一級(jí)

▲1966年3月14日，175噸吊車(chē)準(zhǔn)備起吊土星5號(hào)火箭

VAB始建于1963年7月。為了保證進(jìn)度，項(xiàng)目經(jīng)理菲爾·莫耶組織了四家公司，最多時(shí)有1萬(wàn)人日夜辛勤施工，有的人因?yàn)橐馔馐鹿适軅踔莲I(xiàn)出了生命，包括墜落和雷擊身亡。

1965年4月14日，肯尼迪航天中心為裝配大樓舉行了封頂儀式。美國(guó)宇航局局長(zhǎng)詹姆斯·弗萊徹和肯尼迪航天中心的要員，以及各承包商的員工都參加了。人們紛紛在一根白色工字鋼上簽名。工字鋼長(zhǎng)11.6米、重3600千克，上面印著美國(guó)宇航局的微標(biāo)，它作為最后一根結(jié)構(gòu)梁被吊裝到樓頂。

VAB于1966年2月全部竣工，造價(jià)1.3億美元，因此時(shí)任肯尼迪航天中心計(jì)劃項(xiàng)目辦公室主任的羅科·佩特龍說(shuō)：“這棟建筑是我們最昂貴的財(cái)產(chǎn)。”

大得超出想象

VAB位于佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角的梅里特島上，是當(dāng)?shù)氐囊粋€(gè)標(biāo)志性建筑，也是地球上的人造奇觀之一。對(duì)此，首席設(shè)計(jì)師迪克·伯格曼說(shuō)：“當(dāng)時(shí)它是世界上體積最大的建筑，也是美國(guó)城市以外最高的建筑?！币晃皇┕と藛T說(shuō)：“這是我們參加過(guò)的最大項(xiàng)目，沒(méi)有比這更大的了。”

▲1976年為慶祝美國(guó)建國(guó)200周年繪上的國(guó)旗和紀(jì)念徽標(biāo)，1998年紀(jì)念徽標(biāo)被美國(guó)宇航局徽標(biāo)所取代

空口無(wú)憑，數(shù)據(jù)為證。占地面積34200平方米的VAB全長(zhǎng)218.23米、寬157.86米、高160.2米，體積364萬(wàn)立方米，能把紐約高154米的聯(lián)合國(guó)總部大廈和高158米的西格拉姆大廈裝進(jìn)去，它的樓頂能放下著名的紐約揚(yáng)基體育場(chǎng)或者帕薩迪納的玫瑰碗體育館。幾十年來(lái)，這個(gè)樓頂一直是佛羅里達(dá)州的最高點(diǎn)，往下扔的紙飛機(jī)要飛30分鐘才落地；趕上天氣晴朗可以看到72千米外的奧蘭多市。所以當(dāng)航天飛機(jī)計(jì)劃結(jié)束時(shí)，這里成為很多雇員離開(kāi)前最想去的地方。

VAB之大超出了一般人的想象，以至它的模型就給總統(tǒng)肯尼迪留下了深刻印象。1962年9月12日，他在參觀航天中心后的第二天就在萊斯大學(xué)體育場(chǎng)告訴人們，更先進(jìn)的土星火箭將在即將興建的大樓中組裝起來(lái)?！斑@幢建筑寬一個(gè)街區(qū)，長(zhǎng)度超過(guò)我們這個(gè)體育場(chǎng)的兩倍。”當(dāng)它即將竣工時(shí)，又發(fā)生了這樣一個(gè)趣聞：美國(guó)宇航局打算向公眾展示一下它的雄姿，可是攝影師怎么也拍不出理想的照片，因此只好求助一家雜志社。雜志社派來(lái)專(zhuān)業(yè)攝影師，拍了幾百個(gè)膠卷，最后卻無(wú)可奈何地告訴美國(guó)宇航局他們也無(wú)能為力，因?yàn)槟壳斑€沒(méi)有辦法用照片反映這座大樓的龐大模樣。

VAB的外墻由安裝在框架上的鋁嵌板組成，南北兩面大部分由透光玻璃纖維板組成。南面繪有一面全美國(guó)最大的國(guó)旗，它高19.4米、寬33.5米，每顆星直徑1.83米，每道條紋寬2.74米。這面國(guó)旗是1976年為慶祝美國(guó)建國(guó)200周年繪上的。當(dāng)年同時(shí)繪上的還有它右側(cè)的一個(gè)直徑33.5米的紀(jì)念徽標(biāo)，1998年它被美國(guó)宇航局徽標(biāo)取代，以紀(jì)念美國(guó)宇航局成立40周年。

VAB的東側(cè)和西側(cè)共有4扇凸字形垂直升降大門(mén)。每扇高139米，可以通過(guò)93米高的自由女神像。大門(mén)上方由七塊門(mén)板組成，打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)能升高或降低?？傃b測(cè)試完成的運(yùn)載火箭可以垂直地通過(guò)大門(mén)運(yùn)往發(fā)射臺(tái)。

為了保證這座巨大建筑能在颶風(fēng)中穩(wěn)固牢靠，VAB的地基使用了4225根直徑40.6厘米、長(zhǎng)16.8米、壁厚約1厘米的鋼樁，它們被打到地下52米深的石灰?guī)r床上，同時(shí)又澆筑了23000立方米混凝土，因此最大能抵抗每秒64米的風(fēng)力。盡管如此，它后來(lái)也沒(méi)逃過(guò)2004年的兩場(chǎng)颶風(fēng)，先是南墻在“弗朗西斯”颶風(fēng)中損失了850塊嵌板，3個(gè)星期后東墻又有25塊嵌板被“珍妮”颶風(fēng)卷走。

▲ 美國(guó)第一架實(shí)用型航天飛機(jī)哥倫比亞號(hào)移出VAB

▲ 起吊準(zhǔn)備執(zhí)行航天飛機(jī)謝幕飛行任務(wù)的阿特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)的軌道器

▲ VAB進(jìn)行技術(shù)改造后，正在吊起太空發(fā)射系統(tǒng)的芯級(jí)火箭

VAB內(nèi)部同樣“高大上”。它由高跨和低跨兩部分組成。高跨廠房位于北邊，長(zhǎng)134.23米、寬157.86米、高160.2米，設(shè)有4個(gè)總裝測(cè)試間，能同時(shí)裝配、測(cè)試4枚土星5號(hào)火箭。南邊的低跨廠房，長(zhǎng)84米、寬135米，中央部分高64米，設(shè)有8個(gè)測(cè)試間，用于土星5號(hào)火箭第二級(jí)和第三級(jí)的準(zhǔn)備和測(cè)試。整個(gè)大樓內(nèi)部到處可見(jiàn)鋼筋框架，一共用了來(lái)自全國(guó)各地鋼鐵廠的98590噸建筑鋼材。

由于空間太大，這里沒(méi)有空調(diào)，只靠通風(fēng)設(shè)備或者開(kāi)門(mén)保持空氣流通，有趣的是禿鷲有時(shí)候會(huì)趁機(jī)飛進(jìn)來(lái)破壞電纜，即使裝了攔阻網(wǎng)也擋不住，只能靠野生動(dòng)物收容人員捕捉它們。

吊車(chē)是火箭總裝離不開(kāi)的大型器械。VAB內(nèi)部安裝了141臺(tái)大大小小各類(lèi)吊車(chē)，最大的兩臺(tái)是安裝在高跨廠房的250噸吊車(chē)，它們橫跨兩個(gè)總裝測(cè)試間，每臺(tái)能同時(shí)吊起約30頭非洲大象。加上另一臺(tái)可以穿行于高跨和低跨廠房之間的175噸吊車(chē)，3臺(tái)吊車(chē)能把每一級(jí)火箭從地面到138米之間吊到指定位置。后來(lái)，兩臺(tái)250噸吊車(chē)因?yàn)槠鸬醪涣撕教祜w機(jī)固體火箭助推器而被兩臺(tái)325噸吊車(chē)替換，它們能以每秒千分之一英寸的速度上升或下降。

不是一座紀(jì)念碑

1966年5月25日，VAB的大門(mén)滑開(kāi)了，總裝測(cè)試完畢的土星5號(hào)試驗(yàn)箭出現(xiàn)在大門(mén)口。3年后的5月20日，VAB的大門(mén)再次滑開(kāi)，發(fā)射阿波羅11號(hào)飛船的土星5號(hào)火箭豎立在移動(dòng)式發(fā)射平臺(tái)上駛向39A發(fā)射臺(tái)。

此前，兩枚火箭憑借VAB完成了一系列總裝測(cè)試。首先是對(duì)第一級(jí)火箭關(guān)鍵部件進(jìn)行仔細(xì)檢查，確認(rèn)狀態(tài)正常后，再用吊車(chē)把它吊裝到移動(dòng)式發(fā)射臺(tái)上。接著檢查第二級(jí)火箭，然后對(duì)接到第一級(jí)火箭上面，工程師和工人依靠3根銷(xiāo)釘把它們連接在一起并裝上緊固件。第三級(jí)火箭同樣采用這種方法與第二級(jí)火箭總裝起來(lái)。每級(jí)火箭吊裝時(shí)的精準(zhǔn)程度能達(dá)到驚人的水平，例如吊車(chē)工能把一個(gè)250噸的重物吊放到一只生雞蛋之上，而雞蛋殼不被壓碎。

總裝完成后接著進(jìn)行的是456次各種試驗(yàn)和測(cè)試，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、陀螺儀、計(jì)算機(jī)，以及各種閥門(mén)、管路、電纜、插頭等所有箭載儀器設(shè)備。試驗(yàn)和測(cè)試一般需要幾個(gè)星期。測(cè)試之后再把阿波羅飛船裝到火箭頂端。

VAB為20世紀(jì)六七十年代的航天技術(shù)發(fā)揮了杰出作用，完成了包括阿波羅計(jì)劃、天空實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃、阿波羅與聯(lián)盟飛船聯(lián)合飛行計(jì)劃在內(nèi)的20多枚土星火箭的總裝測(cè)試。實(shí)踐證明，VAB創(chuàng)造了可控的裝配測(cè)試環(huán)境，避免了外界氣候的干擾影響；集中了裝配測(cè)試工位，節(jié)省了人力和成本；縮短了火箭在發(fā)射臺(tái)的停留時(shí)間，提高了發(fā)射場(chǎng)的利用率。最終達(dá)到了縮短火箭發(fā)射前準(zhǔn)備時(shí)間，提高質(zhì)量和可靠性的目的。更重要的是它開(kāi)創(chuàng)了一種優(yōu)異的總裝測(cè)試模式，并使后來(lái)大型火箭的發(fā)展避免了設(shè)備設(shè)施的重復(fù)投資。例如在長(zhǎng)達(dá)30多年的時(shí)間里，航天飛機(jī)計(jì)劃始終沿用了VAB，在經(jīng)過(guò)適應(yīng)性技術(shù)改造后，1號(hào)和3號(hào)高跨廠房用于總裝測(cè)試航天飛機(jī)軌道器，2號(hào)和4號(hào)用于檢驗(yàn)和儲(chǔ)存外掛推進(jìn)劑貯箱，先后共完成135次航天飛行的總裝測(cè)試?？梢哉f(shuō)，VAB為航天飛機(jī)計(jì)劃提供了不可替代的技術(shù)支持，為美國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了新輝煌。

如今，這座世界上最大的火箭總裝測(cè)試廠房已經(jīng)成為美國(guó)宇航局的一張珍貴名片，它接待過(guò)眾多著名人士來(lái)訪，包括美國(guó)前總統(tǒng)吉米·卡特、貝拉克·奧巴馬，副總統(tǒng)邁克·彭斯，英國(guó)前首相撒切爾夫人，美國(guó)電影演員格里高利·派克、羅伊·羅杰斯、湯姆·漢克斯等。

▲ 2019年，VAB首席設(shè)計(jì)師迪克·伯格曼（左一）在VAB樓頂

2023年，VAB將迎來(lái)它的60歲生日。早在2013年，美國(guó)宇航局就決定VAB將繼續(xù)服役50年，并為此進(jìn)行了技術(shù)改造，包括從 3號(hào)高跨廠房移除航天飛機(jī)的工作平臺(tái)，拆除陳舊電纜，配備新的最先進(jìn)的指揮、通信、控制和動(dòng)力系統(tǒng)。此后，VAB成為太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）火箭的總裝與測(cè)試場(chǎng)所。SLS是世界上研制中最強(qiáng)大的運(yùn)載火箭，它將從這里起步飛向太空，與獵戶座飛船一起執(zhí)行阿爾忒彌斯重返月球計(jì)劃。屆時(shí)，VAB將以服務(wù)于美國(guó)三大航天計(jì)劃的光輝成就，成為世界航天史上第一個(gè)百年功勛建筑。

盡管庫(kù)爾特·德布斯說(shuō)過(guò)“VAB這座建筑不是一座紀(jì)念碑”，事實(shí)上它已經(jīng)成了地球上的太空豐碑。