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挑战者号40周年:改变NASA的灾难

四十年前,“挑战者号”航天飞机在飞行73秒后解体,造成七名机组人员全部遇难,并暴露了NASA管理文化和决策过程中的严重缺陷。本文深入探讨了这场灾难的技术和管理原因,分析了它对航天安全的长远影响,并探讨了至今仍具现实意义的持久教训。

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美国 - 艾赫巴里通讯社

挑战者号40周年:改变NASA的灾难

四十年前,在一个寒冷的1月早晨,“挑战者号”航天飞机起飞后仅73秒就灾难性地解体了。这架航天器的解体夺去了七名机组人员的生命,更重要的是,它暴露了NASA管理文化和决策程序中根深蒂固的问题。这场悲剧成为一个决定性的、尽管是毁灭性的转折点,凸显了在不理想的条件下以及违背工程师意见的情况下发射任务所带来的危险后果。

如今,“挑战者号”毁灭的技术细节已清晰可见。罪魁祸首是固体火箭助推器(SRB)的O型圈失效,这些至关重要的橡胶密封件旨在防止热气体逸出。这些密封件在之前的飞行中已经过磨损,而在发射当天的36°F(2.2°C)环境温度下,这一已知问题得到了严重加剧。此温度远低于以往任何一次发射时的温度,损害了O型圈的弹性和密封能力。

起飞后不久,右侧SRB后部连接处的初级和次级O型圈发生故障。一项名为罗杰斯委员会报告的官方调查,详细记录了这场正在发生的灾难。照片证据显示,飞行约0.678秒时,连接处喷出了一股灰色烟雾。随着航天飞机加速,这种可见的泄漏加剧,表明连接处的完整性已严重受损。从连接处冒出的蒸发物质清楚地表明,密封已不再有效。

在上升过程中,航天飞机遇到了几次高空风切变事件。尽管这些事件在航天器设计参数范围内,但它们给SRB转向系统带来了不寻常的压力,使其运行比以往任何任务都更加活跃。在飞行58.788秒时,在右侧SRB受损的后部连接处附近观察到闪烁的火焰。这股火焰逐渐增大,到大约62秒时,航天飞机的飞行控制系统开始补偿因气体泄漏造成的推力不对称。这种纠正措施持续了另外九秒钟。

情况急剧升级。在64.66秒时,首次目视确认火焰已穿透外部燃料箱。随后,在大约72秒时,一系列快速的灾难性事件发生了。连接右侧SRB和外部燃料箱的下部连接杆断裂,导致助推器绕着上部连接杆旋转。这一关键故障导致主液氢罐结构性崩溃。随后释放的过冷液氢被点燃,将“挑战者号”航天飞机吞没在一场巨大的爆炸中。

毁灭的瞬间,航天飞机正以1.92马赫的速度在46,000英尺的高度飞行。轨道器的反应控制系统破裂,燃烧的高能燃料特有的红棕色火焰在主火球边缘可见。轨道器本身在巨大的空气动力学作用下解体,包括前机身和断裂的连接管在内的碎片广泛散落。

STS-51-L任务的机组人员包括指令长迪克·斯科比、驾驶员迈克尔·J·史密斯、任务专家罗纳德·麦克奈尔、埃里森·奥尼祖卡和朱迪斯·雷斯尼克,以及有效载荷专家格雷戈里·贾维斯和克里斯塔·麦考利夫。后者是为“太空教师”计划选拔的平民教师。值得注意的是,格雷戈里·贾维斯曾两次被挤出之前的任务,一次让位给参议员杰克·加恩,另一次让位给国会议员比尔·纳尔逊,这使得他出现在“挑战者号”上成为这场悲剧的一个令人心酸的组成部分。

在他回忆录《Riding Rockets》中,前宇航员迈克·马兰对机组人员最后的时刻进行了凄美的推测。他认为,驾驶舱在最初的解体中可能相对完好,但所有电力同时丢失。马兰写道:“解体的混乱只持续了一瞬间,随后是同样令人震惊的自由落体平静。” 供紧急呼吸用的个人逃生呼吸器(PEAP)被激活,可能是由雷斯尼克或奥尼祖卡操作。马兰描述了斯科比和史密斯的行为,他们的行为体现了飞行训练的特点:“他们曾面对无数次严重的紧急情况……他们知道情况危急,但他们在一个有操纵杆的驾驶舱里,而且跑道只有二十英里远。他们相信他们有机会。”

然而,驾驶舱的电力系统已经失效。无论多么绝望的尝试都无法重新控制正在解体的飞行器。上层甲板的机组人员在驾驶舱翻滚时,目睹了正在发生的灾难的可怕景象。中层甲板上的成员——麦克奈尔、麦考利夫和贾维斯——陷入黑暗,在混乱翻滚的环境中漂流,没有任何通信告知他们的命运。

调查人员无法最终确定机组人员在撞击海面时是否仍有意识。涉及的冲击力——207英里/小时的速度和超过200g的减速度——使生存成为不可能。阿波罗资深宇航员约翰·杨不同意马兰的推测,他认为即使启用了PEAP,意识也只能持续几秒钟,仅够进行一些基本操作。他在其著作《Forever Young》中指出,“PEAP只提供非加压空气,在解体高度并没有多大帮助。”

除了技术故障,罗杰斯委员会的报告还详细阐述了管理和文化上的不足。报告称:“发射挑战者号的决定是错误的。” 据称,决策者并未意识到O型圈近期磨损的历史问题,也未意识到承包商建议在低于53°F(12°C)的温度下禁止发射的明确书面建议。在管理层推翻了工程师最初的安全担忧后,他们也忽视了助推器制造商Thiokol工程师提出的持续担忧。此外,他们对洛克希德公司关于发射台结冰的担忧缺乏理解。委员会得出结论,如果决策者掌握了所有相关事实,那么1986年1月28日51-L任务的发射可能就不会发生。

约翰·杨的观点强调了这一点:“我们宇航员会从不同角度考虑,”他表示,并反思了工程师的警告和错误的决策过程。挑战者号的灾难给NASA留下了长久的阴影,并导致了重大的安全改革。然而,15年后,随着哥伦比亚号航天飞机的损失,这场悲剧的余音再次响起。作者迈克尔·卡巴吉和威廉·哈伍德在其著作《Comm Check…》中,强调了挑战者号和哥伦比亚号最后一次飞行之间的相似之处,这些内容也提交给了哥伦比亚号事故调查委员会。

NASA是否真的从这些悲剧中吸取了教训?从最近波音“星际客机”事件的处理方式来看,似乎是的。最终,在决定让波音宇航员乘坐SpaceX飞船返回而不是冒险乘坐波音CST-100飞船时,谨慎和安全占了上风。然而,也有观点认为,考虑到“星际客机”地面上积累的故障,它一开始就不应该发射。挑战者号悲剧的周年纪念日仍然是提醒工程师在出现问题时要勇于发声,并提醒管理者要认真倾听的重要时刻,以确保此类可避免的悲剧不再重演。

本文借鉴了迈克·马兰的《Riding Rockets》、约翰·杨的《Forever Young》以及罗杰斯委员会调查报告中的见解。

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