The exploration of space will go ahead, whether we join in it or not.
—JOHN KENNEDY
“无论我们是否加入竞赛行列,人类进行太空探索的脚步都不会停下。”
——约翰·肯尼迪,美国第35任总统
NASA如何能够在仅有一次太空飞行成功经验的基础上再创辉煌?
NASA已经知道,将人类送入太空是完全可能的。1961年5月5日,谢泼德完成了一次15分钟的亚轨道“跳跃”飞行,即使没有进入完全环绕地球飞行的轨道,这也足以赢得全美国人的心。而仅仅20天后,肯尼迪总统就向国会宣布:美国将在20世纪60年代结束之前让人类登上月球。
自那时起,NASA加快了行动的脚步。虽然此时的美国仅仅拥有一次15分钟的太空飞行“现场经验”,但这已经足以说明,美国的宇航员能够胜任——他们从前可是美国空军的顶尖试飞员。同时,NASA的任务控制部门也拥有杰出的工程师,他们还具有来自美国军队或其他政府部门丰富经验的支持。
但是,仅有一次亚轨道飞行成功经验,就试图完成为期2个星期的登月任务,这是一项几乎不可能完成的挑战。这需要对太空飞行任务控制进行全新的思考,而引领这种思考与探索的正是创造了“任务控制”这一概念和相应组织体系的克拉夫特,还有创建了NASA载人航天中心
的吉尔鲁斯。在“阿波罗13号”飞船遭遇事故,搭乘的宇航员喊出那句著名的“休斯敦,我们有麻烦了”的十多年前,他们就开始努力让系统快速、有效和安全地为登月任务做好万全准备。吉尔鲁斯、克拉夫特和他们的团队成员(当时仍以男性为主)总是以解决问题为导向开展工作。从根本上讲,他们是行动派。
他们如何设定工作目标的优先级?他们怎么解决团队成员之间的分歧?在没有先例可循的情况下,他们如何决定要做什么?怎么决定?为了回答这些问题,他们经历了多年的努力,虽然在此过程中遇到了一些困难,但最终他们仍然实现了登月的壮举。“阿波罗11号”的宇航员最终在距离肯尼迪总统要求的最后期限仅剩4个多月的时候,安全降落在了月球表面。这条通向月球的道路始于弗吉尼亚州海岸旁一个面积约15.5平方千米的小岛上。
正如吉尔鲁斯在《从瓦勒普斯岛到“水星”计划》( From Wallops Island to Project Mercury )的简短回忆录中所记述的那样,“水星”计划团队中的大部分成员是NACA老员工。彼时,NACA已经解散,以融入组建新生的NASA。而NACA培养成熟工程师的一个关键过程,正是在瓦勒普斯岛学习如何使用导弹靶场设施。
“在瓦勒普斯岛和NACA的大部分早期工作都是为了支持美国的弹道导弹计划,”吉尔鲁斯写道,“如果没有弹道导弹计划,我们就不会了解再入体、制导系统或者其他能够支持载人航天任务的要素,如发射运载火箭本身。弹道导弹计划就是我们能够在太空时代到来后如此短的时间内就实现载人航天飞行的原因。”
任务团队虽然有一些技术经验,但也有一些领导原则需要考虑。在任务紧锣密鼓推进的同时,高层领导们正在建立组织体系、建设基础设施,努力开创未来。
从成立之初,NASA就致力于招揽最优秀的人才。令人高兴的是,NASA在美国国会获得了足够的资金和大量支持,因为此时美国上下一心,要在太空竞赛中“击败”苏联。太空竞赛也进入到白热化阶段。谢泼德进行了一次短暂的亚轨道太空飞行,而苏联宇航员尤里·加加林则在环绕地球的轨道上飞行了3圈,并在太空中度过了几个小时。是的,这两个人都飞上了太空,但显然尤里·加加林处于领先地位。
工作日程安排之紧张几乎压得人喘不过气。“我们所有人都在假期、晚上和周末工作,甚至元旦当天都在工作……但我们确实在新年前夜给大家放了一天假,”吉尔鲁斯在回忆录中写道,“那确实是我所经历过的最密集、最专注的一段团队协作经历。”
吉尔鲁斯还从美国政府的其他部门,特别是从美国军队借调来一些专家。美国空军和海军都调动了航空军医对宇航员进行健康管理,他们中的一些人还参与了制定宇航员选拔标准,其中大名鼎鼎的伦道夫·洛夫莱斯(早期宇航员选拔地点洛夫莱斯诊所的负责人)就领导了一个研究太空医学问题的咨询委员会。
因为需要完成的工作实在太多,所以合理的专业分工至关重要。克兰兹是克拉夫特任命的首批负责分派工作的人员之一,他后来成为NASA首席飞行总监,负责在“阿波罗”任务中领导任务控制人员。
“我认为真正的转变发生在我上任两个星期后,”克兰兹在接受NASA口述历史项目的采访中回忆道,“我对太空业务一无所知,克拉夫特走了过来,他说:‘我们正准备发射水星-红石1号
,我希望你去往卡纳维拉尔角
,制定任务的倒计时程序和一些任务规则,并写下来发给我。完成后,给我打个电话,我们也会去往卡纳维拉尔角执行火箭发射任务。’”
“水星-红石”任务是对“水星”载人飞船的首次无人飞行测试。NASA需要让宇航员在搭乘飞船之前弄清楚发射程序。面对克拉夫特交给的这项艰巨的任务,克兰兹的回答简洁明了:“好的。”
克兰兹的服役经验此时开始发挥作用。克兰兹是一名老兵,他曾经作为美国空军飞行员驾驶F-86“佩刀”战斗机。可以想象的是,收到命令的克兰兹几乎本能地开始收拾行装,准备前往卡纳维拉尔角。乘坐飞机的旅途一点儿也不轻松,用克兰兹自己的话来说是坐着“摇摇晃晃的老旧马丁飞机和康维尔飞机”。但这些老古董飞机足以载着克兰兹和其他工作人员在弗吉尼亚州的NASA兰利研究中心和佛罗里达州海岸旁边的火箭发射场之间往返奔波,为项目的发射做紧张准备。
克兰兹一到达发射场,就去找了一位名叫保罗·约翰逊(Paul Johnson)的西部电气公司员工。克兰兹几乎立刻意识到他所面临的情境已经超出了自己所熟悉的范围,而约翰逊正是一个对卡纳维拉尔角团队工作了如指掌的人。“他似乎什么都知道。”克兰兹回忆说,但也许那是因为彼时他看到的约翰逊正在负责分派任务和听取汇报的工作。
当约翰逊和克兰兹在考虑如何制定发射程序时,他们发现这是一项必须依赖团队才能完成的工作——他们必须与周围同事合作才能完成任务。“你必须学会预测每个人会要求什么、会做什么。我必须懂得什么是遥测技术、什么是飞行控制指令。我必须知道任务内容是什么。我需要能够预测每个人发出的指令。因此,坐在任务控制大厅的后面很有趣,我几乎就像一个现场记者,在故事发生时作记录,只是试图领先故事几分钟。”克兰兹回忆道。
克兰兹的团队成员不会因为他的领导身份而在专业知识上对他言听计从。比如,约翰逊曾向他介绍发射倒计时程序的概念,而那时的克兰兹想的是,“见鬼,倒计时程序应该不会太难吧。这只是一套程序,用来保证我们在发射什么东西之前,一切都已经准备就绪。”
但没过多久,克兰兹就变得谦虚起来。程序只是他认识到的领域中最容易懂的部分。当宇航员在发射台上的火箭中安全地等待发射时,给出“发射”或者“不发射”的指令只是一条简单的决策。但是当火箭已经点火,宇航员开始置身于随时可能发生危险的境地中时,制定这时需要用到的任务规则才是真正需要勇气和信任的工作。“我制定的所有的任务规则都是关于发射前发生的事情的,还没有涉及如果发射后遇到了问题会怎样。”克兰兹说。
第一次“水星-红石”飞行测试并没有像计划中那样顺利进行。尽管整个任务团队拥有各个领域的专业知识,尽管团队成员都愿意承担委派的任务并虚心学习新的知识,但这次被讥讽为“4英寸飞行”的测试让团队成员陷入了尴尬。火箭发动机在点火发射之后几乎立刻就失去了动力,火箭坠落到发射台上。
在之后的另一起事故中,“水星”飞船的火箭并没有点火发射,反而是逃生火箭意外点火发射,将“水星”飞船抛到了360多米之外。“水星”飞船倒是尽职尽责地抛离了锥套,展开了降落伞,虽然这很好,但远处的发射台上仍然有一个满载燃料的火箭孤独地立在风中。研制团队担心火箭仍有可能自行发射甚至爆炸。克拉夫特拒绝了一些团队成员仓促采取行动来降低风险的建议,例如用步枪在推进剂罐上打出一些孔洞来泄出推进剂。最后,他们决定一边监测火箭状态,一边让火箭的电池逐渐放电,这个方法奏效了。
“就算你不知道应该做什么,也不要什么都不做。”克拉夫特在谈到这一事件时说。这一事件也是后来斯坦福大学教授杰弗里·普费弗(Jeffrey Pfeffer)和罗伯特·萨顿(Robert Sutton)称之为“知行差距”(Knowing-Doing Gap)的一个典型例子。他们提出这一原理的目的是解决无法将新想法付诸实践的问题。
“阻碍知识转化为行动的主要障碍之一是误将空谈等同于实践。”普费弗和萨顿在他们2000年出版的书《工作最怕光说不练》( The Knowing-Doing Gap )中写道,这本书直到今天仍然受到领导者们的欢迎。“讨论应该做什么,制订组织的工作计划,收集和分析数据,都将有助于决定采取什么行动,还可以指导和激励行动的实施,”他们继续补充道,“事实上,纸上谈兵往往是采取行动必不可少的第一步,但仅仅空谈该做什么是不够的,计划做得再漂亮也只是计划。事情必须实践,必须有人实干。”
在“水星”计划中,想要实现的新目标是向太空发射火箭和飞船。但在这次飞行试验任务中,无力掌控的情形呈现在困惑的控制人员面前:火箭没有升空,只有飞船的逃生系统起了作用。不过他们很幸运地没有在这个过程中把自己炸成碎片。那么,接下来该怎么做呢?如何弥合认知与实践的差距?正如普费弗和萨顿在书中所建议的,一个关键的方法是需要收集相关数据和信息。如果我们知道需要做什么,我们就能做正确的事。
做好周密准备需要的努力远远超出做好计划。做好准备需要的是实干——训练、模拟,假设可能出现的问题并提出正确的方案来解决问题。“有些人把简述任务和谈话的工作当作了行动,殊不知计划只是为行动提供指导信息,并不能取代行动本身。那样的话,计划就会变为一种光说不练的假把式,与知识转化为行动的实践过程脱离,”普费弗和萨顿在书中写道,“当然,计划可以促进知识的发展和行动的产生,但它并非总是如此,而且往往适得其反。”
项目团队在失败中飞速成长,很快就为约翰·格伦(John Glenn)
进行一次环绕地球多圈的轨道飞行试验做好了准备。在经过发射日期几次改期后,在1962年当地时间2月20日上午9时47分,格伦搭乘的飞船发射了。在火箭升空5分钟后,格伦搭乘的飞船就已经被加速到了足以环绕地球轨道的速度,他报告说:“零重力,我感觉很好,飞船正在调转方向
……这景象太棒了!”
这次任务原本计划在轨道上环绕地球运行3圈,如有必要的话,也可以拓展到7圈。然而,在任务开始的4个多小时后,当格伦正飞行在夏威夷上空时,他接到了一通来自任务控制中心的改变了一切的电话:“‘友谊7号’,我们一直在地面上监测‘第51段’传感器的读数,它显示着陆气囊已经展开。我们认为这是一个被错误触发的信号。”
着陆气囊,顾名思义,应该在飞船着陆时才充气展开,而不应该在在轨飞行的时候就展开。着陆气囊在太空中意外展开是一种紧急情况,特别是,这可能还意味着安装在气囊外面的飞船防热大底松动了。如果没有防热大底,“水星”飞船就可能会在再入地球大气层时被烧毁。这是NASA第一次需要处理在太空中遇到的紧急情况,没有人知道该如何处理。
飞行总监克拉夫特浏览了一遍副手提供的遥测读数后说,他的“直觉”告诉他,他们看到的是一个错误信号,尤其是考虑到格伦没有从太空中报告任何异常信息。“这一切怎么会在格伦什么都没有听到的情况下发生呢?”克拉夫特问道,“如果防热大底真的松动了,不应该会发出很大的声响吗?……在飞船发动机点火时,松动的防热大底不会发出‘叮叮当当’的撞击声吗?并且,如果飞船上的仪表板显示着陆气囊已经展开,格伦难道不会立即报告吗?”
宇航员谢泼德作为与正在太空中飞行的格伦通信的宇航通信员之一,证实了克拉夫特的怀疑,格伦没有报告异常信息。人们准备启动应急程序,而克兰兹则在操作程序控制台,向世界各地的各个通信站发送警报,通知他们飞船上有奇怪信号的信息。
时任NASA局长助理副手的沃尔特·威廉姆斯(Walt Williams)介入了这一事件。他让NASA的高级管理人员也都参与进来,很快,几个人出现在任务控制台旁边。他们必须在格伦再入大气层之前做出决定,但没有人知道最佳的解决方案是什么,也没有可以确认着陆气囊是否已经展开的数据。克拉夫特确信他们看到的是一个“虚假信号”,然而当NASA公共事务官肖蒂·鲍尔斯(Shorty Powers)向媒体公布这个问题时,记者感到有些不对劲儿。越来越多的人意识到,这是一个生死攸关的时刻。“千百万人停下手上的事情,开始关注这一事件。”克拉夫特回忆道。
很快就到了该做出决策的时刻,“水星”任务控制中心仍然没有人能够确认信号是错误的。此时一个想法正在人群中渐渐成型,就是将本应抛离的减速火箭模块(操纵飞船在轨道上实现机动的一组发动机)继续保留在飞船上
,以帮助降低“水星”飞船再入时的速度。但克拉夫特认为,在没有经过任何工程分析的情况下,这是一个极其冒险的决定,特别是如果减速火箭中还有剩余的燃料,会有发生爆炸的风险。不过,如果防热大底确实松动了,这种做法说不定真可以拯救格伦的生命。尽管克拉夫特个人对此仍疑虑重重,但他还是做出了让减速火箭模块继续保留在飞船上,与飞船一同再入大气层的决定。“我们采取了一个我至今仍然认为十分危险和鲁莽的行动,让这个减速火箭模块留在飞船上,并让它在再入大气层的过程中焚烧殆尽,”克拉夫特回忆说,“我们完全可能会因为错误的决定而害死格伦,但很幸运,这并没有发生。”
格伦最后惊险地幸免于难,安全返回了地面。NASA随即迅速加强了从飞船上获得更准确的遥测数据的能力,克拉夫特也制定了一项新的任务规则:除非确实需要,否则永远不要偏离规范。克兰兹回忆说,在格伦执行这次任务之后,飞船上添加了更多的数据源来帮助任务控制团队确认所看到的内容。“我们曾经在信息不足的情况下做出了一些非常艰难的决定,这驱使我们做出了很多努力让自己能够更加深入地了解飞船系统。”然而,他们并没有足够的时间做出太多的改变。斯科特·卡彭特(Scott Carpenter)的飞行任务被安排在短短几个月之后,为做好发射准备仍然有大量的工作需要完成。
尽管卡彭特执行的任务在技术方面完成得很好,但也遇到了一个大问题。“这可能是我们迄今为止完成得最好的任务,”克拉夫特感叹道,并回忆说,“但这一次是宇航员出了问题。”现在反思起来,卡彭特被安排了过于繁重的工作,他要完成非常多的试验测试,包括测试飞船的机动能力。他太忙了,以至于在任务早期无意中启动了高度灵敏的姿态控制发动机并消耗了过多燃料,导致飞船在第一圈轨道飞行结束时只剩下了不到50%的燃料。对于原本计划像格伦一样完成绕地球3圈飞行的卡彭特来说,这是一个大问题。
卡彭特本来不需要在轨道飞行上消耗这么多的燃料,但是当他尝试将飞船切换到自动控制模式时,发现控制系统无法使飞船保持所需的姿态。为了解决这个问题,他无意间同时打开了手动控制系统和自动控制系统,两个系统共同运行了10分钟的时间,浪费了大量的燃料。当他搭乘的飞船经过夏威夷上空时,任务控制团队要求他调整飞船的轨道并开始再入大气层。然而减速火箭的点火启动比计划晚了3秒,导致飞船最终的着陆点超出预定着陆区大约282千米,落入了大海。回收船立刻进行搜救,并在飞船落入大海后一个半小时找到了卡彭特,把他从救生舱上救了起来。尽管在太空中发生了意外,但他的身体没有受到伤害。
克拉夫特在谈到卡彭特从离开轨道到再入大气层前的最后几分钟时说:“他的快速反应值得称赞。”这次任务使NASA认识到了载人航天飞行任务的复杂性,以及宇航员和任务控制团队之间的重要关系。严格关注任务时间表、检查表、程序和任务规则,不管是在太空中还是在地面上都一样重要。
在尝试为决策收集数据支持方面,“水星”计划的失败是一个惨痛的教训,但这对于为接下来的“双子座”计划做准备至关重要。“双子座”计划进展很快,随着宇航员开始进行太空行走、空间交会并与其他航天器对接,这些为载人登月做准备所需要的所有空间活动,使“双子座”计划获取的数据量迅速增加。
“我有一个计划……制订好了一个时间表,我也有足够的资金来做这件事。我得到了来自国家的大力支持,”克拉夫特谈到将宇航员从近地轨道送到月球的计划时说,“我得到了国会的支持,我有世界上最伟大的天才们为我工作,并且我也在为世界上最伟大的领导者们工作。因此,这是一个非常好的模式……但我想在刚开始工作时,我们并不知道自己到底在做什么。我们过去都是飞行测试工程师。吉尔鲁斯曾是一名飞行测试工程师,我也是。我们尝试如何将飞机驾驶得更高更快,这就是我们过去一直努力在做的事情。”
为了缩小认知与实际的差距,“水星”计划任务团队在开始执行“双子座”任务时,需要利用他们现有的数据为宇航员的安全和任务的成功做出必要的决策,为登月做好准备。
在格伦执行的那次差点酿成大祸的“水星”计划之后,飞船设计人员不得不开发新的船载传感器,来为他们能够做出基于数据而不是基于经验的决策获取所需的信息。克兰兹说:“如果相信了传感数据,认为飞船的防热大底确实松动了,我们就会做出一系列冒险的决定——在飞船再入大气层阶段仍然保留附加的减速火箭模块。我们不知道它是否会损坏防热大底……但如果防热大底没有松动,那么说明遥测数据是错误的,我们就不会做任何冒险的事情。因此,当时克拉夫特在‘水星’计划任务控制中心做出的是一个非常艰难的决定。”
他们增加传感数据的努力成功了。“双子座”飞船从其前身“水星”飞船仅拥有的几十条遥测数据增长到拥有数百个不同的数据流。这些数据能够更细致地监测“双子座”飞船的状态,这让克兰兹、克拉夫特和吉尔鲁斯兴奋不已。“我们现在可以查看系统的内部结构,看到很多宇航员自己在飞船上都看不到的东西。”克兰兹回忆道,“我们还能够以更高的采样频率获得需要的数据;我们早已今非昔比,过去我们每秒只能获得1个数据,而现在我们每秒能够获得8~10个数据。”
但仅有数据是远远不够的,团队沟通仍是必不可少的——团队内部会定期举行报告研讨会来分享经验教训,讨论如何对飞船进行迭代开发,如何使程序流程和汇报节点成为任务控制主线的一部分。
随着所有这些信息在会议中被定期地讨论,克兰兹说:“我们的分析工作开始做得相当不错了,当我们检查系统时,我们能够像侦探一样提前发现可能的问题,并且能在很大程度上防止它们的发生。或者,如果问题确实发生了,我们能够非常快速地进行故障定位,并且识别出需要采取的措施。”“水星”计划和“双子座”计划都在努力将想法转化为现实。
NASA在运行一个计划的同时也在准备下一个计划,这产生了对年轻的工程师人才前所未有且日益旺盛的需求。“当我们在几年之后从更长远的角度来看,考虑到太空计划的快速发展和对人才需求的飞速增长,我相信在早期将NASA的各大研究中心设立在靠近年轻人才的地点,也就是所谓的‘专业对口大学’的决策,确实是一个无比正确的决定。”克兰兹说。
“从根本上讲,我们掌握了年轻人才的供给,这确实为肯尼迪发起的这场如火如荼的太空竞赛提供了源源不断的动力……当我们开始寻找实现载人登月所需的人才时,掌握人才的供给是一个非常正确的决定,我们甚至可以从对口的大学直接招走整个毕业班的学生。”
想想“水星”计划雄心勃勃的时间表——两年内让6名宇航员发射升空并安全返回。他们乘坐的飞船非常原始,以至于飞船最原始的型号甚至没有窗户。宇航员穿着宇航服待在飞船里,并在那里停留长达34个小时。这期间产生的所有数据都被疯狂地收集起来,经过研究团队的讨论,对未来的任务进行迭代改进。“双子座”计划也在以同样疯狂的速度推进,一直到1966年底,终于为“阿波罗”登月计划完成了所有的准备工作。
今天NASA的载人航天技术路线是从“水星”计划和“双子座”计划中吸取的经验教训演变而来的。研制团队通过收集数据、建立检验节点,以及将他们所学到的东西用于改进太空飞行任务的实施,弥合了认知与实践的差距。他们的智慧经受了时间的考验。
“你知道,那就是肯尼迪的时代,是卡米洛特时代
。曾经有一段时间,你相信这个神话中的卡米洛特真的存在。是的,它确实存在!那真是一个神奇的时代。”克兰兹回忆起那个令人兴奋的时代时说。肯尼迪的时代为“双子座”计划及NASA后续的航天计划留下了无比宝贵的遗产。
工程师思维
大胆的愿景可以激励团队实现大胆的目标。
聘请各个领域具有专业知识的人才,将工作分派给他们来推动成果产出。
建立对创意的管理流程。实施最佳的创意,评估它们的效果,将其他好想法积累下来以备不时之需。