一塊小小的塑料泡沫，摧毀了哥倫比亞航天飛機(jī)，7名宇航員遇難

看似不起眼的塑料泡沫能造成多大損壞?事實(shí)上，關(guān)鍵時(shí)刻足以摧毀一架航天飛機(jī)。

“哥倫比亞”( Colombia)對(duì)于美國(guó)人而言，意義非凡。它最初可以追溯到18世紀(jì)，羅伯特·格雷指揮的一艘帆船，這也是繞行世界的第一艘美國(guó)籍帆船。所以，美國(guó)很多事物都喜歡用哥倫比亞來(lái)命名，例如著名的“哥倫比亞大學(xué)”。美國(guó)第一艘航天飛機(jī)也以“哥倫比亞號(hào)”命名。

承載著美國(guó)航天光榮與夢(mèng)想的哥倫比亞號(hào)卻沒(méi)有善終。2003年2月1日，執(zhí)行STS-107任務(wù)的哥倫比亞號(hào)再入大氣層時(shí)發(fā)生事故，在德州上空解體，搭載的7名航天員罹難。這距離挑戰(zhàn)者號(hào)發(fā)生爆炸僅過(guò)去17年。

什么原因造成哥倫比亞號(hào)的悲劇呢?

2003年1月16日，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)將要執(zhí)行STS-107，也即將發(fā)射第113次航天飛機(jī)任務(wù)，哥倫比亞號(hào)也將要迎來(lái)第28次飛行任務(wù)。七名組員分別是布朗、赫斯本德、克拉克、喬拉、安德森、麥庫(kù)爾，還有第一個(gè)進(jìn)入太空的以色列人拉蒙。

由于種種原因，STS-107任務(wù)被NASA延遲了18次。從安全程序上看，航天飛機(jī)和飛機(jī)一樣，最危險(xiǎn)的階段是起飛和降落的時(shí)候。尤其是發(fā)射階段，稍有不慎滿盤(pán)皆輸。例如17年前挑戰(zhàn)者號(hào)就是發(fā)射途中發(fā)生爆炸事故。哥倫比亞號(hào)組員嚴(yán)陣以待，謹(jǐn)慎的對(duì)待升空程序。

圖1、航天飛機(jī)起降示意圖

10點(diǎn)39分，哥倫比亞號(hào)在萬(wàn)眾矚目下順利點(diǎn)火，龐大的發(fā)動(dòng)機(jī)每半分鐘就要消耗一座標(biāo)準(zhǔn)泳池容量的燃料。它很快便進(jìn)入了MAX-Q階段，此時(shí)大家都捏了一把汗。幸運(yùn)的是，哥倫比亞號(hào)平穩(wěn)的度過(guò)了最危險(xiǎn)的時(shí)間。

哥倫比亞號(hào)還在加速向外太空飛去，在4.3萬(wàn)米高空，它和助推器脫離。發(fā)射八分鐘后，哥倫比亞號(hào)關(guān)閉了主發(fā)動(dòng)機(jī)，他們平安進(jìn)入既定軌道。

發(fā)射次日，NASA工程師在錄像中發(fā)現(xiàn)了不同尋常的一幕，發(fā)射82秒后，一個(gè)公文包大小的隔熱泡沫從燃料箱上掉落，擊中了哥倫比亞號(hào)左翼的復(fù)合材料板上。此時(shí)大家關(guān)注的焦點(diǎn)都在航天飛機(jī)本身上，根本沒(méi)有注意這個(gè)細(xì)節(jié)。

這，也成為了阿克琉斯之踵，為災(zāi)難性的結(jié)局埋下了伏筆。

幾乎每次航天器發(fā)射都會(huì)有類似的泡沫塑料掉落，通常情況下都不會(huì)造成嚴(yán)重后果。NASA的主管開(kāi)始評(píng)估掉落泡沫的影響，他認(rèn)為哥倫比亞號(hào)在返回后經(jīng)過(guò)修復(fù)即可，所以并未采取進(jìn)一步措施。

圖2、哥倫比亞號(hào)發(fā)射瞬間

2月1日，經(jīng)過(guò)十七天的飛行，航天員圓滿完成既定任務(wù)，他們要回家了。他們換上特制的宇航服，用以抵抗返回時(shí)巨大的壓力。

8點(diǎn)15分，哥倫比亞號(hào)在指揮長(zhǎng)一系列的操作下，進(jìn)入了返回位置。哥倫比亞號(hào)在時(shí)速2.8萬(wàn)千米穿過(guò)大氣層時(shí)，機(jī)翼的溫度能升至1400攝氏度，外層的隔熱瓦是它唯一的“保護(hù)神”。摩擦產(chǎn)生的熱量和氣體映出橘紅色的光，當(dāng)組員都在為即將重返地球而興奮時(shí)，危險(xiǎn)悄然而至。

地面控制人員發(fā)現(xiàn)哥倫比亞號(hào)左側(cè)的四個(gè)溫度傳感器突然失效，艙內(nèi)其他情況看似都很正常，控制中心并未將這一情況告知，此時(shí)航天飛機(jī)已經(jīng)開(kāi)始損壞。

哥倫比亞號(hào)的偵測(cè)器開(kāi)始接二連三失效，控制中心的氣氛陡然緊張起來(lái)，突然他們和控制中心失去了聯(lián)系。航天飛機(jī)開(kāi)始逐漸失效并解體，撕裂成數(shù)個(gè)碎片滑落天際。

控制中心仍不知道哥倫比亞號(hào)的具體情況，德州已經(jīng)有目擊者報(bào)警，稱有空難事件發(fā)生。數(shù)分鐘后，NASA的工程師從電視上看到航天飛機(jī)失事的畫(huà)面，控制中心也開(kāi)啟善后程序。然而數(shù)百噸航天飛機(jī)殘骸正從天空中不斷墜落，這也帶來(lái)極大的安全隱患。

圖3、哥倫比亞號(hào)，能隱約看到左翼碎片

午后，NASA正式公布了哥倫比亞號(hào)空難的事實(shí)。接連兩次航天飛機(jī)失事，給NASA聲譽(yù)和航天計(jì)劃造成重大打擊。事故發(fā)生三小時(shí)后，官方成了獨(dú)立的哥倫比亞號(hào)事故調(diào)查委員會(huì)(CAIB)，委員會(huì)由退休的美國(guó)海軍上將哈羅德·蓋曼領(lǐng)銜。

CAIB的當(dāng)務(wù)之急是要消除輿論的猜忌，眾所周知2001年“9·11”事件，讓大眾對(duì)航空安全風(fēng)聲鶴唳，哥倫比亞號(hào)也會(huì)是恐怖分子的目標(biāo)嗎?調(diào)查員事無(wú)巨細(xì)的查閱完安保記錄后，將恐怖分子的選項(xiàng)劃除了。

蓋曼要求調(diào)查組開(kāi)始仔細(xì)研究哥倫比亞號(hào)返回時(shí)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，他們發(fā)現(xiàn)航天飛機(jī)失事前幾分鐘，回傳的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，尤其是幾個(gè)故障前的傳感器探測(cè)到了極高的溫度，這些傳感器的均分布在左側(cè)機(jī)翼的起落架附近。

調(diào)查員認(rèn)為，這是由于航天飛機(jī)產(chǎn)生的高溫氣體竄入了起落架艙，他們繼而得出結(jié)論，哥倫比亞號(hào)的外部蒙皮遭到破壞，尤其是蒙皮外的隔熱層失效。如果要證實(shí)調(diào)查員的猜測(cè)，他們還需要找到航天飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)記錄儀，不同于“黑匣子”的地方在于，它并沒(méi)有堅(jiān)固的保護(hù)殼。

圖4、航天飛機(jī)外部水箱的泡沫

哥倫比亞號(hào)事故發(fā)生后的數(shù)月內(nèi)，NASA組織起了最大規(guī)模的地面搜索行動(dòng)，他們希望從殘骸中找到破解空難的線索。數(shù)萬(wàn)名搜救隊(duì)員在德州和路易斯安那州展開(kāi)了密集的搜索工作。在搜索殘骸時(shí)，一架直升機(jī)不幸墜機(jī)，搜索飛行員小朱爾斯·F·米爾和碎片搜索航空專家查爾斯·克熱內(nèi)克遇難，另外三人也因此受傷。

搜救隊(duì)員經(jīng)過(guò)艱苦的工作，終于發(fā)現(xiàn)了飛行數(shù)據(jù)記錄儀，幸運(yùn)的是它僅受輕傷。解析的數(shù)據(jù)顯示，航天飛機(jī)的蒙皮出現(xiàn)破洞，位置不在起落架艙，而是在左側(cè)機(jī)翼前緣，而且這個(gè)洞口在重返大氣層前就已經(jīng)存在。

大家此時(shí)才發(fā)覺(jué)到發(fā)射時(shí)，一塊脫落的泡沫塑料釀成了大禍。NASA調(diào)取發(fā)射時(shí)的錄像，并未清晰展現(xiàn)出哥倫比亞號(hào)受損的樣子。他們經(jīng)過(guò)圖像增強(qiáng)技術(shù)處理發(fā)現(xiàn)，重約0.8千克的泡沫塑料以500千米的時(shí)速撞上了航天飛機(jī)的左翼。

哥倫比亞號(hào)的機(jī)翼上覆蓋著隔熱片，這些由碳纖維制成的隔熱片能耐受零下160度的低溫和1650度的高溫，但其缺點(diǎn)則是不能增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，遭受沖擊便一潰千里。為了驗(yàn)證泡沫塑料的破壞力，他們特意采用同樣的隔熱片做沖擊實(shí)驗(yàn)，由于每片隔熱片價(jià)值高達(dá)80萬(wàn)美元，他們先測(cè)試了猜測(cè)的第六片。

調(diào)查員將塑料泡沫加速并撞擊到隔熱片上，但這只造成了輕微的裂縫。隨后，調(diào)查員從飛行數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，遭到破壞的是第八塊隔熱片，他們又開(kāi)始了同樣的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果證實(shí)，一塊0.8千克重的塑料泡沫，在隔熱片上留下了直徑25厘米的大洞!

實(shí)驗(yàn)結(jié)果震驚了在場(chǎng)的所有人，也讓事故調(diào)查取得了突破性進(jìn)展。

圖5、塑料泡沫留下了直徑約25厘米的大洞

2003年1月16日，哥倫比亞號(hào)升空時(shí)，燃料箱上脫落的一塊塑料泡沫擊穿了航天飛機(jī)的隔熱片。31日，哥倫比亞號(hào)在返回地球時(shí)，1400攝氏度的高溫氣體竄入洞口中。航天飛機(jī)的左翼涌入4400攝氏度的氣流，并陸續(xù)摧毀了溫度感測(cè)器。

地面的目擊者開(kāi)始看到有碎片脫落，失去防護(hù)的航天飛機(jī)在高溫面前異常脆弱，左翼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)亦遭破壞，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)性損壞。航天飛機(jī)左翼受損失去平衡，強(qiáng)烈的搖擺機(jī)體逐漸散開(kāi)，最終在德州上空解體。

調(diào)查員還有最后一個(gè)疑問(wèn)，NASA知道哥倫比亞號(hào)上的破洞嗎?

事實(shí)上，NASA的工程師在發(fā)射次日便發(fā)現(xiàn)了異常，他們還向管理層申請(qǐng)，通過(guò)衛(wèi)星拍攝哥倫比亞號(hào)在軌道上飛行時(shí)的照片，用以評(píng)估航天飛機(jī)的受損情況，但是這一建議遭到了拒絕。

調(diào)查員發(fā)現(xiàn)，NASA的管理層拒絕調(diào)查的另一隱情是，擔(dān)心調(diào)查事件會(huì)延誤飛往國(guó)際空間站的重要任務(wù)。按照美國(guó)國(guó)會(huì)的要求，如果NASA不能按時(shí)完工國(guó)際空間站，他們就會(huì)削減預(yù)算并終止該計(jì)劃，這是他們最不愿意看到的結(jié)果。NASA的管理層在施工進(jìn)度和預(yù)算的雙重壓力下，選擇忽視這個(gè)問(wèn)題。

調(diào)查員還有最后一個(gè)問(wèn)題，如果NASA通過(guò)衛(wèi)星圖片，得知哥倫比亞號(hào)機(jī)翼上破洞的消息，他們能挽救航天員的生命嗎?

理論上講，需要NASA加速發(fā)射另一架航天飛機(jī)，航天員經(jīng)過(guò)一系列的太空漫步進(jìn)行移艙。雖然整個(gè)過(guò)程充滿了挑戰(zhàn)，但是這是挽救航天員的唯一辦法?？上?，這一切的希望都浪費(fèi)在NASA管理層的漠視當(dāng)中。

2003年8月26日，CAIB發(fā)布了最終的調(diào)查結(jié)果。事故報(bào)告充滿了嚴(yán)厲批評(píng)的措辭，其中包括了繼續(xù)安全進(jìn)行航天飛機(jī)的計(jì)劃。

管理系統(tǒng)能否得到徹底貫徹執(zhí)行，也是發(fā)射安全的重要保障。NASA的主管也深刻認(rèn)識(shí)到了問(wèn)題的嚴(yán)重性，并承諾予以檢討和修正。隨后NASA進(jìn)行了大刀闊斧的改革工程，并鼓勵(lì)各級(jí)員工對(duì)安全建言獻(xiàn)策。他們也增加了發(fā)射的錄像機(jī)位，并通過(guò)衛(wèi)星拍攝航天飛機(jī)的詳細(xì)照片。

圖6、STS-107行動(dòng)的成員，從左至右分別是：Brown, Husband, Clark,Chawla, Anderson, McCool, Ramon

由于巨大的風(fēng)險(xiǎn)性，NASA在20011年7月21日終結(jié)了航天飛機(jī)計(jì)劃。美國(guó)阿特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)在肯尼迪中心著陸，完成了美國(guó)航天飛機(jī)項(xiàng)目第135次，也是最后一次飛行。