挑戰者號太空梭

挑戰者號太空梭

挑戰者號太空梭是美國正式使用的第二架太空梭。開發初期原本是被作為高擬真結構測試體(high-fidelity Structural Test Article,因此初期機身代號為STA-099),但在挑戰者號完成初期測試任務後,被改裝成正式的軌道載具(Orbiter Vehicle,因此代號改為OV-099),並于1983年4月4日正式進行任務首航。1986年1月28日,挑戰者號在進行代號STS-51-L的第10次太空任務時,因為右側固態火箭推進器上面的一個O形環失效,導致一連串的連鎖反應,並且在升空後73秒時,爆炸解體墜毀。機上的7名宇航員都在該次意外中喪生。

  • 中文名稱
    挑戰者號太空梭
  • 外文名稱
    HMS Challenger
  • 首航日期
    1983年4月4日
  • 失事日期
    1986年1月28日

來源

美國的太空梭都是以早期的研究船名作為命名,因此挑戰者號的命名由來也不例外,自1870年代航行于大西洋與太平洋上的英國海軍研究船挑戰者號(HMS Challenger),除此之外,"挑戰者"這名字,也曾經被拿來命名阿波羅17號(Apollo 17)的登月模組。

歷程

挑戰者號挑戰者號

STA-099

1972年7月26日 - 簽約

1975年11月21日 - 開始乘客艙模組的結構組裝

1976年6月14日 - 開始後段機身的結構組裝

1977年3月16日 - 機翼自格魯曼(Grumman)公司送抵位于加州棕櫚谷(Palmdale, CA)的洛克威爾工廠

1977年9月30日 - 開始最後組裝

1978年2月10日 - 完成最後組裝

1978年2月14日 - 在棕櫚谷駛出棚廠,正式亮相

OV-099

1979年1月5日 - 簽約

1979年1月28日 - 開始乘客艙模組的結構組裝

1980年11月3日 - 開始最後組裝

1981年10月23日 - 完成最後組裝

1982年6月30日 - 在棕櫚谷駛出棚廠,正式亮相

1982年7月1日 - 以陸運方式將太空梭自棕櫚谷送至愛得華

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

1982年12月19日 - 進行飛行準備點火

1983年4月4日 - 首次飛行(STS-6)

研究工程

挑戰者挑戰者

太空梭本身雖然是一種需要承受極大外力的飛行工具,但它同時也需要盡可能的減輕本身重量,因此幾乎整架機身的每一部分,都負擔了非常大的結構應力。但考慮到當年的電腦技術有限,工程師們並沒有把握光靠軟體仿真就能將太空梭在受到機械負荷熱負荷情況下的表現,計算到非常精準的程度。除此之外,挑戰者號的機翼部分也經過相當程度的改良與強化,這些參考資料全來自它先前所進行的那些實機測試。最後,在駕駛艙中加裝上兩具抬頭顯示器(HUD)之後,挑戰者號的改裝工程遂告一段落,整架太空梭的空重為70552kg加上主發動機後重79500kg,比哥倫比亞號太空梭約輕了1311kg。挑戰者號飛行次數:10次, 繞行地球987圈在太空中總共停留69天。

挑戰者號太空艙(STS Challenger,STS是太空運輸系統Space Transportation System的縮寫,是美國官方對于太空艙這種設備的正式稱呼)是美國航空太空總署(NASA)旗下正式使用的第二架太空艙。開發初期原本是被作為高擬真結構測試體(high-fidelity Structural Test Article,因此初期機身代號為STA-099),但在挑戰者號完成了初期的測試任務後,被改裝成正式的軌道載具(Orbiter Vehicle,因此代號改為OV-099),並于1983年4月4日正式進行任務首航。然而很不幸的,挑戰者號在1986年1月28日進行代號STS-51-L的第10次太空任務時,因為右側固態火箭推進器(Solid Rocket Booster, SRB)上面的一個O形環失效,導致一連串的連鎖反應,並且在升空後73秒時,爆炸解體墜毀。包括太空艙本體與當時機上的7名航天員,全在該次意外中喪生。

挑戰者號在1972年完工啓用時,主要的功能並非實際擔負往返地球與外太空之間的軌道運具功能,而是美國的建造計畫初期,用來測試機身結構安全性的高擬真結構測試體(編號STA-099),由洛克威爾(Rockwell)公司製造,在1978年2月4日送抵洛克希德(Lockheed)42號工廠,開始進行實際的結構測試。之所以需要這種測試,是因為太空艙本身雖然是一種需要承受極大外力的飛行工具,但考慮到當年的電腦技術有限,工程師們並沒有把握光靠軟體模擬就能將太空梭在受到機械負荷與熱負荷情況下的表現,計算到非常精準的程度。

挑戰者挑戰者

為了安全,唯一的解決方法就是用真的太空艙進行測試分析,這也是挑戰者號被製造出來的原因。 STA-099在一個由256架油壓千斤頂所組成的43噸重測試儀中,進行了為期11個月的測試與分析,這些千斤頂能在836個不同的部位上施加荷重。在電腦的控製下,能夠逼真的模擬出太空倉在發射爬升、繞行軌道、重返大氣層與降落時所受到的各種力量,其中,太空梭主引擎啓動時的龐大推力是由三具100萬磅(約450公噸)推力的液壓汽缸來模擬。 在洛克威爾公司當初獲得的那紙26億美元契約中,該公司需負責製造一對靜態測試體(也就是主推進器測試體MPTA-098與結構測試體STA-099),以及兩架初期飛行測試載具(也就是OV-101與OV-102)但在1978年達成的一項決議中,決定不將用來作為迫近與降落測試(Approach and Landing Test,ALT)用途的企業號太空艙改裝成可以實際使用的的軌道載具,使得真正可以執行任務的軌道載具剩下了哥倫比亞號而已。因此在1979年1月29日時,NASA與洛克威爾補簽了一張契約將挑戰者號(當時編號STA-099)從測試載具的狀態改裝成真的可以執行太空任務的軌道載具OV-099。 STA-099在1979年11月7日被送回原製造商洛克威爾,改裝工程也從那時開始,要將挑戰者號由測試用途改裝成任務用途的工程規模比較單純,但挑戰者號然然躲不掉整架被拆解開來再重新組裝的命運這主要是因為,原本的挑戰者號上裝置的是一個模擬用的乘客艙因此工程師得將整個太空艙的前半段機身拆開才有辦法取出模擬艙,放入真正有功能的乘客艙模組。

最後,在駕駛艙中加裝上兩具抬頭顯示器(HUD)之後,挑戰者號的改裝工程遂告一段落,整架太空艙的空重為155,400磅(70,552公斤),加上主引擎後重175,111磅(79,500公斤),較哥倫比亞號約輕了2,889磅(1311公斤)。 挑戰者號進行第10次任務時,于升空過程中突然爆炸墜毀。 在實際過程中,挑戰者號與另一艘太空梭發現號曾經經過肯尼迪太空中心的改裝,以便能夠在籌載艙裏面載送半人馬上節火箭(Centaur Upper Stage)配合這點太空艙的籌載艙裏需裝設額外的管線、通風管與可以監控上節火箭運作的飛行平台,以配合半人馬火箭的低溫(L02/LH2)推進燃料(大部分的慣性上節火箭(IUS)都是使用固態推進燃料)。不過,NASA從沒有實際進行過用太空艙載運半人馬火箭的任務過,而自從挑戰者號爆炸墜毀後,有關當局就決定中止這種危險的嘗試,畢竟在籌載艙裏放了一具裝滿高爆燃料的火箭,所冒的風險實在太大。

發射爆炸

2012年2月13日訊息,據國外媒體日報道,1986年1月28日,"挑戰者"號太空梭在升空後不久發生爆炸,7名機組人員全部遇難。當時,19歲的太空迷傑弗裏-奧爾特用Super 8家用錄像機拍攝下可怕的空難瞬間。空難錄像帶一直放在一個專門存放家庭錄像的盒子裏,近25年來一直無人問津。奧爾特找出了錄像帶並交給《赫芬頓郵報》,為了觀看"挑戰者"號發射,奧爾特專門跑到佛羅裏達州的肯尼迪航天發射中心,並特意買了一台Super 8家用錄像機,決定將壯觀的發射景象永遠記錄下來。當時,他所在的拍攝地點距離發射場不到10英裏(約合16公裏)在《赫芬頓郵報》獲得的獨家錄像中,觀眾們交頭接耳,壯觀的發射景象讓他們陷入興奮之中。但令他們沒有想到的是,"挑戰者"號在發射後73秒發生爆炸,7名機組人員全部罹難。奧爾特說:"當時,我一心希望能夠看到讓自己永生難忘的景象。我確實看到了,但並不是我喜歡看到的景象。"錄像中,人們在還沒有發射前就陷入興奮之中,互相聊天,等待激動人心的時刻到來。"挑戰者"號點火後,人們開始評論發射,言語中難掩興奮之情。一名男子說:"太棒了,真酷。"發射後73秒,"挑戰者"號發生爆炸,當時地面上的一些觀眾還沒有意識到發生了什麽,一名婦女甚至說"太美了"。另一段使用家用錄像機拍攝的"挑戰者"號空難錄像也浮出水面。這段錄像是鮑勃-卡曼拍攝的,當時他與家人剛剛結束迪斯尼世界的旅行,正在奧蘭多機場。在發現卡門的錄像帶前,人們一直認為使用家用錄像機拍攝的"挑戰者"號空難錄像隻有一段。這段錄像長4分鍾,由傑克-莫斯在位于溫特-黑文的家拍攝。

爆炸過程

挑戰號發射升空挑戰號發射升空

1986年1月28日,卡納維拉爾角上空萬裏無雲。在離發射現場6.4km的看台上,聚集了1000多名觀眾,其中有19名中學生代表,他們既是來觀看太空梭發射的,又是來歡送他們心愛的老師麥考利夫1984年,航天局宣布將邀請一位教師參加航天飛行,計畫在太空為全國中國小生講授兩節有關太空和飛行的科普課,學生還可以通過專線向麥考利芙提問。麥考利芙就是從11000多名教師中精心挑選出來的。當孩子們看到太空梭載著他們的老師升空的壯觀場面時,激動得又是吹喇叭,又是敲鑼打鼓。 挑戰者號太空梭在順利上升:7秒鍾時,飛機翻轉;16秒鍾時,機身背向地面,機腹朝天完成轉變角度;24秒時,主發動機推力降至預定功率的94%;42秒時,主發動機按計畫再減低到預定功率的65%,以避免太空梭穿過高空湍流區時由于外殼過熱而使飛機解體。這時,一切正常,航速已達每秒677米,高度8000米。50秒鍾時,地面曾有人發現太空梭右側固體助推器側部冒出一絲絲黑煙,這個現象沒有引起人們的註意。52秒時,地面指揮中心通知指令長斯克比將發動機恢復全速。59秒時,高度10000米,主發動機已全速工作助推器已燃燒了近450噸固體燃料。此時,地面控製中心和太空梭上的電腦上顯示的各種資料都未見任何異常。65秒時,斯克比向地面報告"主發動機已加大","明白,全速前進"是地面測控中心收聽到的最後一句報告詞第73秒時,高度16600米,太空梭突然閃出一團亮光,外掛燃料箱凌空爆炸,太空梭被炸得粉碎,與地面的通訊猝然中斷,監控中心螢幕上的資料陡然全部消失。挑戰者號變成了一團大火,兩枚失去控製的固體助推火箭脫離火球,成V字形噴著火焰向前飛去,眼看要掉入人口稠密的陸地,航天中心負責安全的軍官比林格眼疾手快,在第100秒時,通過遙控裝置將它們引爆了。

挑戰者升空後爆炸挑戰者升空後爆炸

挑戰者號失事了!爆炸後的碎片在發射東南方30公裏處散落了1小時之久,價值12億美元的太空梭,頃刻化為烏有,七名機組人員全部遇難全世界為此震驚,各國領導人紛紛致電表示哀悼。然而,人們在悲痛之餘對科學事業的不懈追求並沒有停止。在"阿波羅"1號的試驗飛船火災中遇難的格裏索姆,生前曾說過一段感人的話"要是我們死亡,大家要把它當作一件尋常的普通事情,我們從事的是一種冒險的事業。萬一發生意外,不要耽擱計畫的進展。征服太空是值得冒險的。"

內幕揭秘

美國的"挑戰者"號太空梭從卡納維拉爾角航天基地發射升空後73秒起火爆炸,這一事件已經過去25年了,但看過電視直播的觀眾對那觸目驚心的火球一定記憶猶新。當時正在遙遠的猶他州觀看電視直播的兩個人對這一結果並不感到意外。這兩人都是為太空梭設計、製造固態燃料火箭助推器的莫頓-瑟奧科爾公司的高級工程師一個名叫羅傑·博伊斯喬利,另一個是他的頂頭上司鮑勃·埃比林。

在"挑戰者"發射前幾分鍾,博伊斯喬利在瑟奧科爾公司會議室門外焦急地踱來踱去。埃比林希望博伊斯喬利到會議室觀看太空梭發射的現場直播,一開始,博伊斯喬利告訴埃比林:"不,我不想看發射,我不想看到發射失敗。"

就在前一天的傍晚,博伊斯喬利和埃比林通過電視會議,足足花了6個小時,力勸美國宇航局延後"挑戰者"的發射,因為在此之前,他們二人都被告知,佛羅裏達的氣溫已經降至0℃以下。他們知道,這樣的條件對火箭助推器的性能將產生重大影響!然而,瑟奧科爾公司高層給了他們當頭一棒,公司向宇航局作出了"可以發射"的建議!

倒數計時開始後,他們二人的手緊緊地握在了一起,讓他們感到慶幸的是,"挑戰者"平穩地離開了發射台升空了!博伊斯喬利轉向埃比林:"我們剛剛躲過了一顆子彈!"因為按他們的分析,"挑戰者"會在平台上爆炸。然而就在兩人都想長長地舒口氣的當兒,"挑戰者"升空後的第73秒鍾,他們面前的電視螢幕突然煙霧彌漫,二人的心跳當時幾乎停止了。

1986年7月,在接受了總統委員會關于"挑戰者"災難的聽證後,博伊斯喬利便離開了設在猶他州北部瓦薩奇山脈深處的瑟奧科爾試驗場。

工程師驚悉發射隱患?

博伊斯喬利在總統委員會的聽證會上對瑟奧科爾公司的經理們連連發炮。他的做法受到公司的指責,公司認為他不該把相關的檔案披露給總統委員會,同事們更是對他懷恨在心,因為他打碎了他們的"金飯碗"。

"挑戰者"爆炸29年後的今天,瑟奧科爾公司的試驗場仍然嚴禁外人入內,但該公司的火箭公園向遊人開放。公園裏擺放了大約20多部各種型號的火箭發動機,一台長達38.4 m的固體燃料發動機與其他的發動機放在一起,如同鶴立雞群,太空梭進入軌道的動力,大部分都是由這種發動機提供的。

每一枚火箭助推器都要在填裝數百萬磅的固態助推燃料後送往卡納維拉爾角發射基地,由于沒有鐵路可以運輸38.4 m長的物體,所以,瑟奧科爾公司不得不把火箭分成幾部分用船運到佛羅裏達,在發射現場進行組裝。

博伊斯喬利說:"這些鋼圈看上去很結實,很牢固,但點火後,每個部分由于受到巨大壓力,都會像氣球一樣被'吹'起來。這樣,就需要在各部分的接合處採用松緊帶來防止熱氣跑出火箭。"這份工作由兩條名為"O圈"的橡膠帶完成,它們可以隨著鋼圈一起擴張,並能彌合縫隙。如果這兩條橡膠帶與鋼圈脫離哪怕0.2秒,助推器的燃料就會發生泄漏,固態火箭助推器就會爆炸。

"挑戰者"發射那天,天氣非常寒冷。氣溫降低後,這些"O圈"就變得非常堅硬,伸縮就更加困難。堅硬的"O圈"伸縮的速度變慢,密封的效果就大打折扣。雖然那可能隻是零點幾秒的時間,但足以把一次本應成功的發射變成一場災難。

"挑戰者"的悲劇在于,博伊斯喬利在發射前6個月就對"O圈"提出質疑,因為在此他曾親自跑到佛羅裏達對上一次發射時使用的火箭進行了檢查,讓他吃驚的是,第一層"O圈"失靈,熱氣跑了出來,幸運的是,第二層"O圈"攔住了熱氣。博伊斯喬利仍儲存著當時拍攝的"O圈"照片,本應是蜜色的潤滑油被熏成了黑色。第一層"O圈"的很多部分不見了,很顯然,它們被烤焦了。他說:"我看到這一切時,心口像堵上了一團棉花。那次發射太空梭竟然沒有爆炸,簡直是奇跡!"

博伊斯喬利的分析引起了宇航局的註意,把"O圈"列入需要認真檢查名單。瑟奧科爾公司也成立了一支"特遣部隊",專門解決這一問題。然而,由于器材和人手短缺,課題進展緩慢。作為"特遣部隊"一員的博伊斯喬利給瑟奧科爾公司副總裁發去一件備忘錄,請求對"O圈"進行全面的更嚴格的試驗。他在備忘錄中寫道:"我誠實地說,我真的非常擔心,如果我們不迅速採取措施,不僅發射會失敗,連發射平台也會付之一炬,而最嚴重的後果將是災難性的人機俱毀!"

"挑戰者"原定1日發射,但因為天氣惡劣而兩度延後。當宇航員們各就各位,準備最後的倒計時時工作人員突然發現他們死活弄不下太空梭艙門上的把手!折騰了整整5個小時,最後依靠鋸子才總算把艙門關好

取悅顧主釀大禍?

那天下午,卡納維拉爾角的氣溫驟降,發射小組需要聽一聽專家們的意見。下午6點左右,電話打到猶他州問瑟奧科爾公司的專家們是否對零下5℃發射他們的火箭存有疑慮。專家們的回答是"是"。

接著,發射現場又把電話打到阿拉巴馬州馬歇爾太空飛行中心的宇航局火箭專家那裏。太空梭項目辦公室的朱德森·洛文古德接了電話。那天晚上,馬歇爾中心的專家們的確認真地聽取了博伊斯喬利和他的同事關于延後發射的分析,但他們感覺,他們聽到的都是一些情緒化的東西,理性的東西太少。雖然博伊斯喬利也出示了一些資料,但都不是決定性的。

瑟奧科爾公司的底線是,它不希望依據它的資料庫之外的資料飛行,也就是說,氣溫低于零下12℃絕對不能飛這是迄今為止記錄的發射時的最低氣溫。博伊斯喬利也表示,他檢查的"O圈"遭到破壞,主要原因就是氣溫太低。

討論進行了近5個小時,宇航局終于表示,它不會不聽火箭設計者的建議而強行發射。就在這個時候,瑟奧科爾公司副總裁請求暫停會議5分鍾。接著,瑟奧科爾總裁傑裏·馬森就開口說:"我們必須作出一個可操作的決定"博伊斯喬利馬上意識到,公司主管為了取悅最主要的客戶--宇航局,態度已從"不要發射"變成了"可以發射" 公司內部的討論持續了不是5分鍾而是30分鍾。包括博伊斯喬利在內的工程師被排除在外,4名高級經理投票贊成發射博伊斯喬利站起來,抓起那張被燒毀的"O圈"的照片,放到4名高級經理面前的桌子上。但他們連看都不看。老板隨即接通了電視會議,通知宇航局,瑟奧科爾的態度有了變化,"挑戰者"可以發射。在隨後的一段時間裏,宇航局一直在詢問瑟奧科爾公司關于發射的問題,但就是沒有問一問瑟奧科爾高層為什麽突然改變了主意,他們隻是請瑟奧科爾公司把他們改變主意的原因寫成文字。當載著新增議的傳真在午夜時分傳到卡納維拉爾角時,宇航局已經下定了在第二天上午發射"挑戰者"的決心。悲劇于是發生了……

CCTV9紀錄頻道于2013年1月26日播出《重返危機現場2》重返了這一歷史內幕。

事故原因

發射失敗發射失敗

發射時氣溫過低,發射台上已經結冰,造成固定右副燃料艙的O形環硬化,失效。在點火時,火焰從上往下燒O型環要及時膨脹,但O型環已經失效,火焰往外冒,斷斷續續冒出了黑煙。但是由于燃料中增加了鋁,燃燒形成的鋁渣堵住了裂縫,在明火沖出裂縫前臨時替代了O型環的密封作用。

在爆炸前十幾秒,宇航飛船遭到一股強氣流,威力相當與卡特裏娜颶風。凝結尾出現了不同尋常的"Z"字尾,接下來的震動讓鋁渣脫落,移除了阻礙明火從接縫處泄漏出來的最後一個屏障,火焰噴射在主燃料艙上,

在爆炸前一秒,火焰燒灼讓主燃料艙的O型環脫落,造成了主燃料艙底部脫落。助推器的頂端也撞上了主燃料艙的頂部,灼熱的氣體竄入頂端充滿氧氣的艙室,導致了大霹靂。在發射後73秒,"挑戰者"號在40000公升燃料的爆炸下,炸成了幾千個碎片。

其實這場事故本來可以避免。在發射前13小時,一位重要工程師向公司上級召開了電話會議,指出了上次"挑戰者"號的發射由于助推器O型環失效差點毀滅,但上級由于急著完成快捷而便宜的太空旅行,保持了自己的觀點。在發射前30分鍾,一架波音757客機報告了強氣流的存在,但發射中心也沒有註意。

遇難者名單

宇航員珍貴照片 合影一宇航員珍貴照片 合影一

機長:弗朗西斯·斯科比,46歲;駕駛員:邁克爾·史密斯,40歲宇航員:朱蒂絲·雷斯尼克(女),36歲;羅納德·麥克奈爾,35歲;埃裏森·奧尼佐卡,39歲;格裏高利·傑維斯,41歲;教師克裏斯塔·麥考利芙(女),37歲,

機長弗朗西斯·斯科比(Francis Scobee)曾是美國空軍戰鬥機飛行員,後來成為一名高級飛行器的試驗飛行員,一生與危險打交道。他幽默、開朗,成為全機組的核心與靈魂,

駕駛員邁克爾·史密斯(Michael Smith),曾在美國海軍服役,擔任過戰鬥機飛行員,多次獲得獎章,其中包括海軍特級飛行十字勛章和國家敢于戰鬥銀星十字勛章,

宇航員朱蒂絲·雷斯尼克(Judith Resnik),在餘暇時喜歡彈鋼琴,喜歡在音樂中尋找美的享受。朱迪絲喜歡微笑總是迫不及待地想對人民有所貢獻。她的微笑中充滿對事業和生活的信心。

宇航員羅納德·麥克奈爾(Ronald McNair),來自加利福尼亞州的南部,在棉田的勞動中錘煉了他堅毅的性格他夢想著到外層空間站去生活,在失重的太空中做試驗:吹奏薩克斯管。

挑戰者太空梭 機組人員挑戰者太空梭 機組人員

格裏高利·傑維斯(Gregory Jarvis)滿懷希望參加這次宇航旅行,他隨身帶著一面小旗子,這是他的母校巴法洛紐約州大學送給他的紀念品,他願帶著這面旗幟去開拓空間的探險,

埃裏森·奧尼佐卡(鬼冢承二;Ellison Onizuka)生于夏威夷,其祖籍是日本人。他在孩提時代總愛光著腳板在咖啡地和麥卡達美亞墓地跑來跑去。他早就夢想著有一天去月球旅行。成為飛行員後,他雄心勃勃地準備大展宏圖

科裏斯塔·麥考利芙(Christa McAuliffe)出生于美國波士頓,在新罕布希爾州康科德中學任教。她是一位有名的社會學女教師,已婚,並育有一兒一女。按計畫她將在太空通過電視向美國和加拿大250多萬中國小生講授兩節太空課,還將在太空梭上參加幾項科學表演,錄像後也要向學生播放,成為世界上第一位"太空教師"

航天員遇難後,當時就任的裏根總統發表了多次講話以紀念這些出色的"挑戰者"。​

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