挑战者号航天飞机,美国挑战者号爆炸全过程

文章作者:外星探索网 | 2015-06-10
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美国挑战者号航天飞机概述

挑战者号航天飞机

挑战者号航天飞机是继美国正式使用的第二架航天飞机,第一架是哥伦比亚号航天飞机。挑战者号在开发的初期是用作高拟真结构测试体,代号为STA-099,但是在挑战者号顺利完成测试任务之后,便被改装成为了正式的航天飞机,代号为OV-099,并于1983年4月4日开始首次航行任务。

挑战者号是以早期的研究船名作为命名的,美国的航天飞机都如此。1986年1月28日,挑战者号航天飞机在进行第十次太空任务的时候,由于火箭推进器上的一个O形环失效,在升空后的73秒钟爆炸解体坠毁,当时在航天飞机太空舱中的7名宇航员全部罹难。

当时全美都在电视直播这一项航天飞行任务,航天飞机的爆炸让所有的美国人非常惊讶,所有人都十分悲痛,而此次航天飞机失事的原因竟然是早有预期的!

挑战者号研究工程

下面我们先来看看挑战者号航天飞机的研究全过程:

STA-099

1972年7月26日 - 签约

1975年11月21日 - 开始乘客舱模组的结构组装

1976年6月14日 - 开始后段机身的结构组装

1977年3月16日 - 机翼自格鲁曼(Grumman)公司送抵位于加州棕榈谷(Palmdale, CA)的洛克威尔工厂

1977年9月30日 - 开始最后组装

1978年2月10日 - 完成最后组装

1978年2月14日 - 在棕榈谷驶出棚厂,正式亮相

OV-099

1979年1月5日 - 签约

1979年1月28日 - 开始乘客舱模组的结构组装

1980年11月3日 - 开始最后组装

1981年10月23日 - 完成最后组装

1982年6月30日 - 在棕榈谷驶出棚厂,正式亮相

1982年7月1日 - 以陆运方式将航天飞机自棕榈谷送至爱得华

1982年7月5日 - 空运至肯尼迪太空中心(Kennedy Space Center,KSC)

1982年12月19日 - 进行飞行准备点火

1983年4月4日 - 首次飞行(STS-6)

由于当时的计算机技术有限,挑战者号航天飞机是通过软件仿真来测试航天飞机机械负荷于热负荷的,计算虽然十分精准,但是毕竟只是仿真。挑战者号的机翼部分也是经过相当程度的改良和强化,都是参照之前进行的实机测试。

1981年美国哥伦比亚号航天飞机首航成功,挑战者号的研究也是参照了哥伦比亚号的实际飞行情况制造和测试的。挑战者号的空重为70552kg加上主发动机后重79500kg,比哥伦比亚号航天飞机约轻了1311kg。挑战者号飞行次数:10次, 绕行地球987圈在太空中总共停留69天。

挑战者号在1972年完工启用时,主要的功能并非实际担负往返地球与外太空之间的轨道运具功能,而是美国的建造计划初期,用来测试机身结构安全性的高拟真结构测试体(编号STA-099),由洛克威尔(Rockwell)公司制造,在1978年2月4日送抵洛克希德(Lockheed)42号工厂,开始进行实际的结构测试。之所以需要这种测试,是因为太空舱本身虽然是一种需要承受极大外力的飞行工具,但考虑到当年的电脑技术有限,工程师们并没有把握光靠软体模拟就能将太空梭在受到机械负荷与热负荷情况下的表现,计算到非常精准的程度。

挑战者号航天飞机

为了安全,唯一的解决方法就是用真的太空舱进行测试分析,这也是挑战者号被制造出来的原因。 STA-099在一个由256架油压千斤顶所组成的43吨重测试仪中,进行了为期11个月的测试与分析,这些千斤顶能在836个不同的部位上施加荷重。在电脑的控制下,能够逼真的模拟出太空仓在发射、爬升、绕行轨道、重返大气层与降落时所受到的各种力量,其中,太空梭主引擎启动时的庞大推力是由三具100万磅(约450公吨)推力的液压汽缸来模拟。 在洛克威尔公司当初获得的那纸26亿美元合约中,该公司需负责制造一对静态测试体(也就是主推进器测试体MPTA-098与结构测试体STA-099),以及两架初期飞行测试载具(也就是OV-101与OV-102)但在1978年达成的一项决议中,决定不将用来作为迫近与降落测试(Approach and Landing Test,ALT)用途的企业号太空舱改装成可以实际使用的的轨道载具,使得真正可以执行任务的轨道载具剩下了哥伦比亚号而已。因此在1979年1月29日时,NASA与洛克威尔补签了一张合约将挑战者号(当时编号STA-099)从测试载具的状态改装成真的可以执行太空任务的轨道载具OV-099。 STA-099在1979年11月7日被送回原制造商洛克威尔,改装工程也从那时开始,要将挑战者号由测试用途改装成任务用途的工程规模比较单纯,但挑战者号然然躲不掉整架被拆解开来再重新组装的命运这主要是因为,原本的挑战者号上装置的是一个模拟用的乘客舱因此工程师得将整个太空舱的前半段机身拆开才有办法取出模拟舱,放入真正有功能的乘客舱模组。

最后,在驾驶舱中加装上两具抬头显示器(HUD)之後,挑战者号的改装工程遂告一段落,整架太空舱的空重为155,400磅(70,552公斤),加上主引擎后重175,111磅(79,500公斤),较哥伦比亚号约轻了2,889磅(1311公斤)。 挑战者号进行第10次任务时,于升空过程中突然爆炸坠毁。 在实际过程中,挑战者号与另一艘太空梭发现号曾经经过肯尼迪太空中心的改装,以便能够在筹载舱里面载送半人马上节火箭(Centaur Upper Stage)配合这点太空舱的筹载舱里需装设额外的管线、通风管与可以监控上节火箭运作的飞行平台,以配合半人马火箭的低温(L02/LH2)推进燃料(大部分的惯性上节火箭(IUS)都是使用固态推进燃料)。不过,NASA从没有实际进行过用太空舱载运半人马火箭的任务过,而自从挑战者号爆炸坠毁后,有关当局就决定中止这种危险的尝试,毕竟在筹载舱里放了一具装满高爆燃料的火箭,所冒的风险实在太大。

挑战者号航天飞机失事过程

挑战者号航天飞机失事过程

1986年1月28日,卡纳维拉尔角上空万里无云。在离发射现场6.4km的看台上,聚集了1000多名观众,其中有19名中学生代表,他们既是来观看航天飞机发射的,又是来欢送他们心爱的老师麦考利夫1984年,航天局宣布将邀请一位教师参加航天飞行,计划在太空为全国中小学生讲授两节有关太空和飞行的科普课,学生还可以通过专线向麦考利芙提问。麦考利芙就是从11000多名教师中精心挑选出来的。当孩子们看到航天飞机载着他们的老师升空的壮观场面时,激动得又是吹喇叭,又是敲锣打鼓。 挑战者号航天飞机在顺利上升:7秒钟时,飞机翻转;16秒钟时,机身背向地面,机腹朝天完成转变角度;24秒时,主发动机推力降至预定功率的94%;42秒时,主发动机按计划再减低到预定功率的65%,以避免航天飞机穿过高空湍流区时由于外壳过热而使飞机解体。这时,一切正常,航速已达每秒677米,高度8000米。50秒钟时,地面曾有人发现航天飞机右侧固体助推器侧部冒出一丝丝黑烟,这个现象没有引起人们的注意。52秒时,地面指挥中心通知指令长斯克比将发动机恢复全速。59秒时,高度10000米,主发动机已全速工作助推器已燃烧了近450吨固体燃料。此时,地面控制中心和航天飞机上的计算机上显示的各种数据都未见任何异常。65秒时,斯克比向地面报告“主发动机已加大”,“明白,全速前进”是地面测控中心收听到的最后一句报告词第73秒时,高度16600米,航天飞机突然闪出一团亮光,外挂燃料箱凌空爆炸,航天飞机被炸得粉碎,与地面的通讯猝然中断,监控中心屏幕上的数据陡然全部消失。挑战者号变成了一团大火,两枚失去控制的固体助推火箭脱离火球,成V字形喷着火焰向前飞去,眼看要掉入人口稠密的陆地,航天中心负责安全的军官比林格眼疾手快,在第100秒时,通过遥控装置将它们引爆了。

挑战者号航天飞机

这辆价值12亿美元的航天飞机就这样爆炸了,爆炸后的碎片在发射东南方30公里处散落了一个小时之久,7名宇航员全部罹难。此前在阿波罗1号的实验飞船火灾中遇难的格里森在生前曾经说过这样一段话:要是我们死亡,大家要把它当作一件寻常的普通事情,我们从事的是一种冒险的事业。万一发生意外,不要耽搁计划的进展。征服太空是值得冒险的。更多科学发现详见外星探索网www.ufo-1.cn。

内幕揭秘

美国的“挑战者”号航天飞机从卡纳维拉尔角航天基地发射升空后73秒起火爆炸,这一事件已经过去29年了,但看过电视直播的观众对那触目惊心的火球一定记忆犹新。当时正在遥远的犹他州观看电视直播的两个人对这一结果并不感到意外。这两人都是为航天飞机设计、制造固态燃料火箭助推器的莫顿-瑟奥科尔公司的高级工程师一个名叫罗杰•博伊斯乔利,另一个是他的顶头上司鲍勃•埃比林。

在“挑战者”发射前几分钟,博伊斯乔利在瑟奥科尔公司会议室门外焦急地踱来踱去。埃比林希望博伊斯乔利到会议室观看航天飞机发射的现场直播,一开始,博伊斯乔利告诉埃比林:“不,我不想看发射,我不想看到发射失败。”

就在前一天的傍晚,博伊斯乔利和埃比林通过电视会议,足足花了6个小时,力劝美国宇航局推迟“挑战者”的发射,因为在此之前,他们二人都被告知,佛罗里达的气温已经降至0℃以下。他们知道,这样的条件对火箭助推器的性能将产生重大影响!然而,瑟奥科尔公司高层给了他们当头一棒,公司向宇航局作出了“可以发射”的建议!

倒数计时开始后,他们二人的手紧紧地握在了一起,让他们感到庆幸的是,“挑战者”平稳地离开了发射台升空了!博伊斯乔利转向埃比林:“我们刚刚躲过了一颗子弹!”因为按他们的分析,“挑战者”会在平台上爆炸。然而就在两人都想长长地舒口气的当儿,“挑战者”升空后的第73秒钟,他们面前的电视屏幕突然烟雾弥漫,二人的心跳当时几乎停止了。

1986年7月,在接受了总统委员会关于“挑战者”灾难的听证后,博伊斯乔利便离开了设在犹他州北部瓦萨奇山脉深处的瑟奥科尔试验场。

工程师预知航天飞机隐患

博伊斯乔利在总统委员会的听证会上对瑟奥科尔公司的经理们连连发炮。他的做法受到公司的指责,公司认为他不该把相关的文件披露给总统委员会,同事们更是对他怀恨在心,因为他打碎了他们的“金饭碗”。

“挑战者”爆炸29年后的今天,瑟奥科尔公司的试验场仍然严禁外人入内,但该公司的火箭公园向游人开放。公园里摆放了大约20多部各种型号的火箭发动机,一台长达38.4 m的固体燃料发动机与其他的发动机放在一起,如同鹤立鸡群,航天飞机进入轨道的动力,大部分都是由这种发动机提供的。

每一枚火箭助推器都要在填装数百万磅的固态助推燃料后送往卡纳维拉尔角发射基地,由于没有铁路可以运输38.4 m长的物体,所以,瑟奥科尔公司不得不把火箭分成几部分用船运到佛罗里达,在发射现场进行组装。

博伊斯乔利说:“这些钢圈看上去很结实,很牢固,但点火后,每个部分由于受到巨大压力,都会像气球一样被‘吹’起来。这样,就需要在各部分的接合处采用松紧带来防止热气跑出火箭。”这份工作由两条名为“O圈”的橡胶带完成,它们可以随着钢圈一起扩张,并能弥合缝隙。如果这两条橡胶带与钢圈脱离哪怕0.2秒,助推器的燃料就会发生泄漏,固态火箭助推器就会爆炸。

“挑战者”发射那天,天气非常寒冷。气温降低后,这些“O圈”就变得非常坚硬,伸缩就更加困难。坚硬的“O圈”伸缩的速度变慢,密封的效果就大打折扣。虽然那可能只是零点几秒的时间,但足以把一次本应成功的发射变成一场灾难。

“挑战者”的悲剧在于,博伊斯乔利在发射前6个月就对“O圈”提出质疑,因为在此他曾亲自跑到佛罗里达对上一次发射时使用的火箭进行了检查,让他吃惊的是,第一层“O圈”失灵,热气跑了出来,幸运的是,第二层“O圈”拦住了热气。博伊斯乔利仍保存着当时拍摄的“O圈”照片,本应是蜜色的润滑油被熏成了黑色。第一层“O圈”的很多部分不见了,很显然,它们被烤焦了。他说:“我看到这一切时,心口像堵上了一团棉花。那次发射航天飞机竟然没有爆炸,简直是奇迹!”

博伊斯乔利的分析引起了宇航局的注意,把“O圈”列入需要认真检查名单。瑟奥科尔公司也成立了一支“特遣部队”,专门解决这一问题。然而,由于器材和人手短缺,课题进展缓慢。作为“特遣部队”一员的博伊斯乔利给瑟奥科尔公司副总裁发去一件备忘录,请求对“O圈”进行全面的更严格的试验。他在备忘录中写道:“我诚实地说,我真的非常担心,如果我们不迅速采取措施,不仅发射会失败,连发射平台也会付之一炬,而最严重的后果将是灾难性的人机俱毁!”

“挑战者”原定1日发射,但因为天气恶劣而两度推迟。当宇航员们各就各位,准备最后的倒计时时工作人员突然发现他们死活弄不下航天飞机舱门上的把手!折腾了整整5个小时,最后依靠锯子才总算把舱门关好。

取悦高层酿大祸

那天下午,卡纳维拉尔角的气温骤降,发射小组需要听一听专家们的意见。下午6点左右,电话打到犹他州问瑟奥科尔公司的专家们是否对零下5℃发射他们的火箭存有疑虑。专家们的回答是“是”。

接着,发射现场又把电话打到阿拉巴马州马歇尔太空飞行中心的宇航局火箭专家那里。航天飞机项目办公室的朱德森•洛文古德接了电话。那天晚上,马歇尔中心的专家们的确认真地听取了博伊斯乔利和他的同事关于推迟发射的分析,但他们感觉,他们听到的都是一些情绪化的东西,理性的东西太少。虽然博伊斯乔利也出示了一些数据,但都不是决定性的。

瑟奥科尔公司的底线是,它不希望依据它的数据库之外的数据飞行,也就是说,气温低于零下12℃绝对不能飞这是迄今为止记录的发射时的最低气温。博伊斯乔利也表示,他检查的“O圈”遭到破坏,主要原因就是气温太低。

讨论进行了近5个小时,宇航局终于表示,它不会不听火箭设计者的建议而强行发射。就在这个时候,瑟奥科尔公司副总裁请求暂停会议5分钟。接着,瑟奥科尔总裁杰里•马森就开口说:“我们必须作出一个可操作的决定”博伊斯乔利马上意识到,公司主管为了取悦最主要的客户——宇航局,态度已从“不要发射”变成了“可以发射”  公司内部的讨论持续了不是5分钟而是30分钟。包括博伊斯乔利在内的工程师被排除在外,4名高级经理投票赞成发射博伊斯乔利站起来,抓起那张被烧毁的“O圈”的照片,放到4名高级经理面前的桌子上。但他们连看都不看。老板随即接通了电视会议,通知宇航局,瑟奥科尔的态度有了变化,“挑战者”可以发射。在随后的一段时间里,宇航局一直在询问瑟奥科尔公司关于发射的问题,但就是没有问一问瑟奥科尔高层为什么突然改变了主意,他们只是请瑟奥科尔公司把他们改变主意的原因写成文字。当载着新建议的传真在午夜时分传到卡纳维拉尔角时,宇航局已经下定了在第二天上午发射“挑战者”的决心。悲剧于是发生了……

挑战者号航天飞机灾难原因

发射时气温过低,发射台上已经结冰,造成固定右副燃料舱的O形环硬化,失效。在点火时,火焰从上往下烧O型环要及时膨胀,但O型环已经失效,火焰往外冒,断断续续冒出了黑烟。但是由于燃料中添加了铝,燃烧形成的铝渣堵住了裂缝,在明火冲出裂缝前临时替代了O型环的密封作用。

在爆炸前十几秒,宇航飞船遭到一股强气流,威力相当与卡特里娜飓风。凝结尾出现了不同寻常的“Z”字尾,接下来的震动让铝渣脱落,移除了阻碍明火从接缝处泄漏出来的最后一个屏障,火焰喷射在主燃料舱上,

在爆炸前一秒,火焰烧灼让主燃料舱的O型环脱落,造成了主燃料舱底部脱落。助推器的顶端也撞上了主燃料舱的顶部,灼热的气体窜入顶端充满氧气的舱室,导致了大爆炸。在发射后73秒,“挑战者”号在40000公升燃料的爆炸下,炸成了几千个碎片。

美国挑战者号爆炸本来可以避免。在发射前13小时,一位重要工程师向公司上级召开了电话会议,指出了上次“挑战者”号的发射由于助推器O型环失效差点毁灭,但上级由于急着完成快捷而便宜的太空旅行,保持了自己的观点。在发射前30分钟,一架波音757客机报告了强气流的存在,但发射中心也没有注意。

挑战者号相关事件及影响

经过挑战者号航天飞机灾难之后,美国的航天飞机计划冻结了长达32个月之久,同时美国总统罗纳德•里根下令组织一个特别委员会─罗杰斯委员会,负责对该事故进行了调查。罗杰斯委员会发现由于美国国家航空航天局(NASA)的组织文化与决策过程中的缺陷与错误,成了导致这次事件的关键因素。

他们发觉自1977年开始,NASA的管理层事前已经知道承包商莫顿•塞奥科公司所设计的固体火箭助推器在O型环处存在着潜在的缺陷,但却未曾提出过改进意见来妥善解决这一问题。他们也忽视了在当天清晨时,工程师对于低温下进行发射的危险性发出的警告,且未能充分地将这些技术隐患报告给他们的上级。最后罗杰斯委员会向NASA提出了9项建议,并要求NASA在继续航天飞机飞行计划前贯彻这些建议。

挑战者号航天飞机灾难也成为了此后工程安全教育中的一个常见案例,并在很多次安全讨论中提起。同时这次失事也成为了美国人心中永远难以磨灭的痛。

美国哥伦比亚号航天飞机失事

美国哥伦比亚号航天飞机是早于挑战者号进行航天飞行的,1981年4月12日哥伦比亚号进行首航,一切都顺利且成功,就在2003年1月16日,哥伦比亚号再次升空,然而在2003年2月1日,美国政府发文称哥伦比亚号航天飞机在德克萨斯州北部上空解体坠毁,同样,航天飞机上的7名宇航员全部罹难。

挑战者号罹难宇航员

挑战者号航天飞机罹难宇航员

挑战者号航天飞机罹难宇航员名单

挑战者号航天飞机失事视频

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