美国“挑战者"号为什么会爆炸?

美国“挑战者"号为什么会爆炸?
美国“挑战者"号为什么会爆炸?

美国“挑战者"号为什么会爆炸?
“挑战者”号航天飞机失事内幕
“挑战者”号航天飞机爆炸15年后,两名飞船设计高级工程师终于打破沉默,披露了导致飞船爆炸的前因后果.
“挑战者”升空瞬间爆炸
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15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.
工程师惊悉发射隐患
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15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126英尺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126英尺长的物体,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“○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露,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“○圈”就变得非常坚硬,伸缩就更加困难.坚硬的“○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“○圈”提出质疑,因为一年前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“○圈”失灵,热气跑了出来,幸运的是,第二层“○圈”拦住了热气.博伊斯乔利现在仍保存着当时拍摄的“○圈”照片,本应是蜜色的润滑油被熏成了黑色.第一层“○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“○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“○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月25日发射,但因为天气恶劣而二度推迟.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拿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.
取悦顾主酿大祸
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,一年前他检查的“○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“○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（STS Challenger STA-099/OV-099）是美国国家航空航天局（NASA）肯尼迪太空中心旗下的一架航天飞机.1983年开始被用在轨道载具（Orbiter Vehicle）用途,但不幸在1986年时于任务中爆炸坠毁.
挑战者号航天飞机（STS Challenger,STS是太空运输系统Space Transportation System的缩写,是美国官方对于航天飞机这种设备的正式称呼）是美国航空太空总署（NASA）旗下正式使用的第二架航天飞机.开发初期原本是被作为高拟真结构测试体（high-fidelity Structural Test Article,因此初期机身代号为STA-099）,但在挑战者号完成初期测试任务后,被改装成正式的轨道载具（Orbiter Vehicle,因此代号改为OV-099）,并于1983年4月4日正式进行任务首航.然而很不幸,挑战者号在1986年1月28日当地时间早上11时38进行代号STS-51-L的第10次太空任务时,因为右侧固态火箭推进器（Solid Rocket Booster, SRB）上一个O形环失效,导致一连串连锁反应,在升空后73秒爆炸解体坠毁.包括航天飞机本体与当时机上的7名太空人,全在该次意外中丧生.
美国的航天飞机都是以早期的研究船名作为命名,因此挑战者号的命名由来也不例外,是承袭自1870年代航行于大西洋与太平洋上的英国海军研究船挑战者号（HMS Challenger）,除此之外,“挑战者”这名字,也曾经被拿来命名阿波罗17号（Apollo 17）的登月模组.
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,而是美国的航天飞机建造计划初期,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）公司承造,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,是因为航天飞机本身虽然是一种需要承受极大外力的飞行工具,但它同时也需要尽可能的减轻本身重量,因此几乎整架机身的每一部分,都负担了非常大的结构应力.但考量到当年的电脑技术有限,工程师们并没有把握光靠软件模拟就能将航天飞机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.为了安全,唯一的解决方法就是用真的航天飞机进行测试分析,这也是挑战者号被制造出来的初衷.
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,能够逼真的模拟出航天飞机在发射、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,航天飞机主引擎启动时的庞大推力是由三具一百万磅（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）用途的企业号航天飞机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,虽然比较起企业号,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航天飞机的前半段机身拆开,才有办法取出模拟舱,放入真正有功能的乘客舱模组.除此之外,挑战者号的机翼部分也经过相当程度的改良与强化,这些参考数据全来自它先前所进行的那些实机测试.最后,在驾驶舱中加装上两具抬头显示器（HUD）之后,挑战者号的改装工程遂告一段落,整架航天飞机的空重为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）.
挑战者号在1986年1月28日进行第十次任务时,于升空过程中突然爆炸坠毁.
在实际服役过程中,挑战者号与另一艘航天飞机发现号曾经肯尼迪太空中心改装,以便能够在筹载舱里面载送半人马上节火箭（Centaur Upper Stage）.配合这点航天飞机的筹载舱里需装设额外管线、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航天飞机载运半人马火箭的任务过,而自从挑战者号爆炸坠毁后,有关当局决定中止这种危险尝试,毕竟在筹载舱里放了一具装满高爆燃料的火箭,风险实在太大.