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哥伦比亚号事故回顾和总结

发布时间:2020-09-03 信息来源:中国航天科工三院8359所

2003年2月1日,美国哥伦比亚号航天飞机在执行STS-107飞行任务返回途中发生爆炸事故,进入大气层后于德克萨斯州北部上空解体,七名宇航员遇难。这是人类历史上最严重的航天事故之一,值得每一位从事航空航天事业的工作者铭记和反思。

2003年1月16日,哥伦比亚号航天飞机在在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心点火升空,前往太空执行STS-107任务。在此之前,哥伦比亚已经执行过27次飞行任务。这一时期,美国的航天飞机的主要任务是建设国际空间站,但这次任务基本是一次纯粹的科学研究任务。执行此次任务的7名宇航员包括一位指令长,两名载荷专家,三名任务专家和驾驶员。在本次任务期间,他们将分为两班,每天24小时轮班做各类科学实验。在任务期间他们大约完成了多达80项各类实验,涉及生命科学,材料科学等诸多学科。

2013年1月17日,地面摄影工作组和往常的发射任务时一样,在清洗高分辨率的胶卷时,发现哥伦比亚号起飞81. 9秒后,外挂燃料箱左脚架区域的一个大物体似乎撞击了飞行器左机翼下侧,但是拍摄角度并不理想,而且由于预算缩减疏于维护,12台拍摄设备只有1台拍到了碎片。这让工作人员异常担忧起来。由于他们没有足够清晰的照片来确定潜在的损坏,也从未见过如此大的碎片撞击航天飞机,因此摄影工作组负责人鲍勃·佩奇立即起草了一份报告,附上录像带一并发送给了任务管理团队、任务评估室、美国太空联盟以及波音公司的工程师等相关部门和承包商,并要求上级向国防部提申请,希望通过他们的间谍卫星获取航天飞机受损部位的高分辨率图像。

NASA内部认为,STS-7,STS-32,STS-50,STS-112任务均发生过碎片撞击事件,但均未发生严重后果,便拒绝了向国防部动用间谍卫星的请求。

2003年1月19日 ,波音的工程师们对碎片进行了分析。他们估计燃料箱上的绝缘泡沫碎片以每小时511英里的速度撞击了航天飞机的左翼。但是具体的受损位置不确定,而精确位置对于准确的损害估算至关重要。飞行器下表面的某些区域,例如起落架舱门周围的密封件,比其他区域更容易受到伤害。分析人员只有准确知道碎片撞击的位置,才能更准确地确定飞行器是否已严重损坏。于是工程师们向约翰逊航天中心发了一封电子邮件,询问是否可以让哥伦比亚号的机组人员目视检查左机翼是否受损。

邮件石沉大海,没有回复。

2003年1月22日 ,航天飞机计划经理、任务管理团队负责人,航天飞机系统集成负责人和航天飞机隔热瓦专家通过大量沟通,确定了泡沫撞击潜在威胁的严重性。这已经不是在讨论泡沫是否构成飞行安全问题,而是在讨论这会引起烧穿飞机的可能性。所有关键岗位的主管都承认存在危险。

不同岗位的主管通过三个不同渠道向国防部提出调用间谍卫星的需求。国防部立即启动了相关程序,但发现NASA任务管理小组主席琳达·汉姆并未授权,导致国防部最终没有收到NASA的正式申请。

没有更好的图像意味着工程师无法对经验基础之外的泡沫撞击所造成的损坏的深度和面积做出可靠的预测。

2003年1月23日,机长里克·哈兹班德在太空中收到了地面飞行总监史蒂夫·史迪奇的一封邮件:

里克和威利,

你们在按时完成科学实验方面表现的很出色。请继续保持良好的工作状态。

有一件事我希望你们知道。这件事其实根本不值一提,我只是希望你们不会在记者提问时对这个问题感到惊讶。在升空80秒左右,照片分析显示有一些从外挂燃料箱上脱落的绝缘泡沫碎片撞击了航天飞机左翼的下表面。专家已经对高速摄影进行了审查,无需担心碳纤维板RCC或隔热瓦有损坏。我们在其它几次航天飞机升空时也看到过相同的现象,因此完全不必担心返回时会有问题。

2003年2月1日,哥伦比亚号航天飞机开始按照常规程序返回地球。

上午8点54分,宇航员向地面中心报告左翼有四个液压传感器指示“偏低”,读数低于传感器的最小探测值。

上午8点55分,哥伦比亚号进入大气层后约11分钟,泡沫碎片撞击机翼前缘产生的孔洞产生剧烈摩擦和空气激波,机翼温度达到华氏3000度,一个极度危险的高温。

上午8点58分,哥伦比亚号热保护隔热瓦脱落。超高温气体通过孔洞不断进入航天飞机。

上午8点59分,宇航员通知飞行总监,两个左主起落架轮胎的压力读数丢失。并完成了最后一次通信:“收到 ...*中断*”。

上午9点,哥伦比亚号在空中分解。七名宇航员殉职。

这是一次本可以避免的事故。在心理层面,NASA高层不认为泡沫撞击会对轨道飞行器构成严重威胁。即使在观看了哥伦比亚号碎片撞击的视频,了解了撞击的大小和部位,并注意到具有足够动能的泡沫撞击可能会造成热保护系统损坏之后,管理层的关注程度依然没有改变。

具有决策权的人,面对任务管理者对此事件的习以为常和继续执行任务的愿望,要求碎片评估小组必须在获取左翼图像之前能明确证明存在飞行安全隐患。于是工程师们左右为难,陷入了先有鸡还是先有蛋的漩涡。因为要证明安全隐患就必须先获得更高分辨率的图像。

在航天飞机计划的早期,泡沫掉落被认为是一个危险的问题。设计工程师非常担心脆弱的热保护系统受到潜在破坏。该系统的某些部分非常容易受到撞击,只需轻轻一按就能留下凹痕。

哥伦比亚号在1981年首飞时,就有碎片撞击的破坏。更换了300多块隔热瓦。79个航天飞机任务中的65个都存在泡沫脱落的影像证据。随着一次又一次的成功着陆,NASA高层似乎越来越认为脱落泡沫是不可避免的,是可以接受的风险。

NASA的官僚们,被限于NASA的高墙内和各种例行公事中,不可避免滋生出了自大自满情绪。纯粹的官僚主义拖延和对泡沫碎片问题的过度自信让七名宇航员付出了生命的代价。

(文/王九思)

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