航天飞机最惨烈的航天悲剧
航天飞机最惨烈的航天悲剧
1986年1月28日，美国“挑战者”号航天飞机发射73秒钟后在空中解体，机上七名宇航员全部遇难，美国航空航天局（NASA）2011年1月27日举行25周年纪念活动，悼念在此前数次航天任务中遇难宇航员
1986年1月28日，卡纳维拉尔角上空万里无云。在离发射现场6.4公里的看台上，聚集了1000多名观众，其中有19名中学生代表，他们既是来观看航天飞机发射的，又是来欢送他们心爱的老师麦考利夫。1984年，航天局宣布将邀请一位教师参加航天飞行，计划在太空为全国中小学生讲授两节有关太空和飞行的科普课，学生还可以通过专线向麦考利夫提问。麦考利夫就是从11000多名教师中精心挑选出来的。当孩子们看到航天飞机载着他们的老师升空的壮观场面时，激动得又是吹喇叭，又是敲鼓。 挑战者号航天飞机在顺利上升：7秒钟时，飞机翻转；16秒钟时，机身背向地面，机腹朝天完成转变角度；24秒时，主发动机推力降至预定功率的94%；42秒时，主发动机按计划再减低到预定功率的65%，以避免航天飞机穿过高空湍流区时由于外壳过热而使飞机解体。这时，一切正常，航速已达每秒677米，高度8000米。50秒钟时，地面曾有人发现航天飞机右侧固体助推器侧部冒出一丝丝白烟，这个现象没有引起人们的注意。52秒时，地面指挥中心通知指令长斯克比将发动机恢复全速。59秒时，高度10000米，主发动机已全速工作，助推器已燃烧了近450吨固体燃料。此时，地面控制中心和航天飞机上的计算机上显示的各种数据都未见任何异常。65秒时，斯克比向地面报告“主发动机已加大”，“明白，全速前进”是地面测控中心收听到的最后一句报告词。第72秒时，高度16600，航天飞机突然闪出一团亮光，外挂燃料箱凌空爆炸，航天飞机被炸得粉碎，与地面的通讯猝然中断，监控中心屏幕上的数据陡然全部消失。挑战者号变成了一团大火，两枚失去控制的固体助推火箭脱离火球，成V字形喷着火焰向前飞去，眼看要掉入人口稠密的陆地，航天中心负责安全的军官比林格手疾眼快，在第100秒时，通过遥控装置将它们引爆了。 挑战者号失事了！爆炸后的碎片在发射东南方30公里处散落了1小时之久，价值12亿美元的航天飞机，顷刻化为乌有，七名机组人员全部遇难。全世界为此震惊，各国领导人纷纷致电表示哀悼。然而，人们在悲痛之余，对科学事业的不懈追求并没有停止。在“阿波罗”4号飞船失事中遇难的格里索姆，生前曾说过一段感人的话“要是我们死亡，大家要把它当作一件寻常的普通事情，我们从事的是一种冒险的事业。万一发生意外，不要耽搁计划的进展。征服太空是值得冒险的。” 事故原因最终查明：起因是助推器两个部件之间的接头破损，喷出的燃气烧穿了助推器的外壳，继而引燃外挂燃料箱。燃料箱裂开后，液氢在空气中剧烈燃烧爆炸。 挑战者号 1982年，“挑战者”号成为美国宇航局的第二架航天飞机。航天飞机(正式名称为空间运输系统)由轨道飞行器、固体燃料火箭推进器和外燃烧箱共同构成。轨道飞行器是一种用来在太空和地面之间往返运送宇航员和设备的带有机翼的太空飞机。由于它悲惨的结局，“挑战者”号这个名字在全世界的知名度可能比其他航天飞机都要大。“挑战者”号进行了9次飞行，第一次是1983年4月，最后一次(飞机失事)是在1986年。 在第一次飞行过程中，“挑战者”号将一颗跟踪和数据中继卫星送入太空。两个月之后，“挑战者”号又进行了一次飞行。机组人员中有萨丽·赖德，她是第一次进入太空的美国女宇航员。“挑战者”号第三次飞行的机组人员中包括盖伊·布鲁福德，他是第一位进入太空的非洲裔美国人。在它各次飞行行动期间，“挑战者”号将欧洲的太空实验室以及数颗军事和科学卫星送入轨道。 “挑战者号”航天飞机失事 1986年1月28日是寒冷的一天，在美国佛罗里达的卡那维拉尔角，比天气更让人心寒的是挑战者号航天飞机发生的悲剧。 美国东部时间1986年1月28日上午11时39分（世界标准时间16时39分）：在美国佛罗里达州上空刚起飞73秒的挑战者号航天飞机发生解体，机上7名机组人员丧命，这就是著名的挑战者号航天飞机灾难。发射前的挑战者号 挑战者号航天飞机升空后，因右侧固体火箭助推器（SRB）的O型环密封圈失效，使得原本应该是密封的固体火箭助推器内的高压高热气体泄漏。这批气体影响了毗邻的外储箱，在高温的烧灼下结构失效，同时也让右侧固体火箭助推器尾部脱落分离。7名航天员准备登上航天飞机 尽管饱受批评，NASA的管理人员仍经常故意回避安全规定，来让计划可以准时按照时程来进行。 挑战者号升空瞬间 最后，高速飞行中的航天飞机在空气阻力的作用下于发射后的第73秒解体，机上7名机组人员无一幸免。挑战者号的残骸则散落在大海中，在之后被远程搜救队打捞了上来。 挑战者号解体瞬间 尽管无法确切知悉机组人员的罹难时间，现在已知在航天飞机初步解体时仍有几个幸存者。但无论如何，没有完善逃生措施以及事发所处环境仍使得7名机组人员全数罹难。 挑战者号7名航天员合影:从左到右为分别为（前排）迈克尔·J·史密斯、迪克·斯科比、罗纳德·麦克奈尔、（后排）鬼冢承次、克丽斯塔·麦考利夫、格雷戈里·贾维斯和朱迪斯·蕾斯尼克。 值得注意的是，在该事故中遇难的宇航员克丽斯塔·麦考利夫是太空教学计划的第一名成员。她原本准备在太空中向学生授课，也因此有许多学生也观看了挑战者号的发射直播。这次事故的媒体报道的覆盖面也极为的广，一项民意调查的研究报告显示有85%的美国人在事故发生后一个小时内，就已经听闻这次事件的新闻。同时，挑战者号灾难也成为此后工程安全教育中的一个常见案例，并在之后许多安全研究讨论中被提起。 这天早晨，成千上万名参观者聚集到肯尼迪航天中心，等待一睹挑战者号腾飞的壮观景象。上午11时38分，耸立在发射架上的挑战者号点火升空，直飞天穹，看台上一片欢腾。但航天飞机飞到73秒时，空中突然传来一声闷响，只见挑战者号顷刻之间爆裂成一团桔红 色火球，碎片拖着火焰和白烟四散飘飞，坠落到大西洋。挑战者号发生爆炸，全世界为之震惊。
美国纪念挑战者号航天飞机失事
1986年1月28日，美国“挑战者”号航天飞机发射73秒钟后在空中解体，机上七名宇航员全部遇难，美国航空航天局（NASA）2011年1月27日举行25周年纪念活动，悼念在此前数次航天任务中遇难宇航员。
2003年2月1日，哥伦比亚航天飞机执行完行STS-107任务后，在得克萨斯与路易斯安纳上空再入大气层，准备在佛罗里达州东海岸的梅里特岛的肯尼迪航天中心机场降落！
但地面人员永远都无法等到这架航天飞机落地的那一刻，因为哥伦比亚号航天飞机连同7名宇航员一起，直接在大气层中汽化了，落到地面的残骸甚至难以区分！这个事故甚至最早在几十年前就已经注定了，甚至在发射后还给了NASA一次后悔药，可惜NASA置之不理！
航天飞机的前世今生
尽管航天飞机在2011年已经全部退役，但曾经NASA对航天飞机寄予了厚望，事情的发展要从阿波罗登月后开始说起！
阿波罗登月计划在6次成功登月后戛然而止，但美国的航天计划并没有停止，在登月任务结束后，美国将重点放在了空间站建设和天地运输系统，当时前苏联的登月计划失败，美国再无威胁，但苏联的空间站计划让带着登月光环的美国感觉那个光环有些暗淡。
礼炮7号空间站
因此在苏联的礼炮号空间站成功后第三年，美国就发射了天空实验室，此时如何将大质量、大尺寸的设备低成本的送人轨道就变成了一件很重要的事，而早在1969年航天飞机作为可回收航天器方案中唯一获资助的项目，此后开始如火如荼的发展起来！
从上图这张NASA的开支费用上就可以看出，航天飞机开始时间很早，而且占据了庞大的费用，基本上从研制和服役期间费用占比到了NASA的2/3以上！几乎就是一头吞金巨兽，下文来看看这到底是个什么存在！
航天飞机的成本真的很低吗？
最早提出的航天飞机并不是最终的版本，但这没有关系，主要是航天飞机这种天地运输系统想法非常好，火箭将航天飞机送入太空，两枚助推器回收利用，航天飞机重复使用，唯一丢弃的只有一个燃料箱，发射成本甚至降低到500美元一千克（使用常规状态发射成本超过一万美元/千克）。
航天飞机三大结构组成
中间那个最庞大的结构就是外燃料箱，在整个航天飞机计划中成本很低，旁边两枚是固体火箭助推器，而主发动机则位于航天飞机尾部，总共有三台，起飞时的点火顺序是航天飞机主发动机在发射前先点燃，然后在预定发射时间时固体火箭助推器点火，航天飞机离开发射台！
发射123秒后，此时高度约46千米，助推器脱离航天飞机继续爬升，到达抛物线轨道顶点时助推器打开降落伞降落坠入大西洋，由搜索船队打捞后回收利用！主发动机继续工作，航天飞机继续爬升，发射8分30秒后，航天飞机已经进入近地轨道，此时外燃料箱分离，沿着抛物轨道坠入大气层！
STS-29任务期间与航天飞机脱离的外储箱
航天飞机轨道运行
航天飞机的货舱长度18米，宽4.6米，能容纳最大直径为4.6米、重达36吨的圆柱形负载，庞大的货舱为卫星发射提供了非常宽松的环境，另外货舱还有部分气密功能，在跨越大气层时能避免设备高温损坏！
航天飞机还有一个巨大的机械臂，它的功能是辅助发射卫星，或者航天飞机变轨至卫星轨道，然后机械臂将卫星抓取放置于轨道即可，当然各位肯定发现了航天飞机的一个绝佳用途，它可以直接变轨至敌对国家卫星轨道，然后抓起来放入货舱带回地面。
航天飞机返回地面
为保证航天飞机安全穿过大气层，航天飞机表面贴有一层绝热瓦，根据激波产生的位置，航天飞机各点要求绝热等级是不一样的，比如轨道器前锥和两翼前缘的温度超过1300°C，底部温度也比较高，上半部分要求耐热650°C，货舱门和机翼则要求耐热370°C，总共四个等级。
开始返回时候航天飞机首先是底面朝上，尾部先脱离轨道，接下来会调整至头部朝前并以40度迎角再入，并且以此角度一直保持到46千米高度！
从120千米高度再入开始（速度25马赫，约为此处的地球环绕速度7.7千米/秒），到46千米高度为止，航天飞机会在计算机控制下通过S形机动减速，消耗多余动能，避免航天飞机绝热瓦过热（必须使内部铝蒙皮温度低于160°C）
到46千米以下时，轨道器副翼、升降舵和方向舵都将逐渐恢复控制，此时把迎角降低至36度，速度从1.3马赫上升至4.9马赫，对准机场，一路往机场高速前进，到下降至音速后宇航员开始手动控制，最后对准跑道，成功着陆！
完美的航天飞机，成本高到NASA叫爹喊娘
从上文来看，航天飞机几乎就是完美的，因为真正损失的只有一个燃料箱和每次发射的燃料，但事实上却有一个NASA想象不到的难题，首先是固体燃料助推器海水泡过后重复利用率很差，还有就是航天飞机每次飞行后维护费用极高，到最后甚至航天飞机发射成本比火箭还高，但当时已经花了200亿美元造了5架（1986年因固体助推器密封圈故障，凌空爆炸一架），后剩下四架，好在它庞大的货舱，让NASA还是找到了用武之地，比如哈勃望远镜，以及国际空间站的发射等，还有大量的维修服务，都非航天飞机莫属！
从左至右分别是：“哥伦比亚号”、“挑战者号”、“发现号”、“亚特兰提斯号”和“奋进号”
但一个巨大的隐忧正在酝酿，这是除挑战者发射后爆炸以来最为惨重的航天事故！而且它本可避免！
哥伦比亚航天飞机的悲剧，发射的那刻就被注定
哥伦比亚号航天飞机首飞是在1981年4月12日，是当时现役航天飞机中服役最久的，STS-107航次是它的28次飞行，这次飞行任务中还搭载了中国学生设计的“蚕在太空吐丝结茧”实验。
STS-107任务
2003年1月16日哥伦比亚号航天飞机从肯尼迪航天中心LC-39-A发射架发射，大约在82秒后，一个谁都没注意的情况发生了，大约一个公文包大小的泡沫塑料从外燃料箱上脱落，撞击在哥伦比亚号左翼碳－碳复合材料板，泡沫材料是为防止氢氧储箱外部结冰而覆盖的保温材料，发射后会在振动和气流下自然脱落！
但这块泡沫材料却坚持了很久，脱落时航天飞机已经在距离地面20千米，并且以2.46千米/秒的速度急速向太空狂奔之时，这个840米/秒的泡沫狠狠的撞在碳-碳符合材料板上，留下了约25厘米的破损，正是这个破损位置成为了哥伦比亚航天飞机以及整个宇航员团队的“掘墓人”！
脱落撞击机翼的就是这块泡沫
2003年2月1日8:10航天飞机开始返回，一直到8:54时哥伦比亚号穿过加州，进入内华达空域。此时速度约22.5马赫，高度为69.3千米时，地面目击者观测到了一个非常奇特的现象，正常情况下航天飞机返回时燃烧的尾迹并不会大幅变化，但在接下来4分钟内却观测到了18次异常明亮的闪光现象。
8点57时的哥伦比亚号左翼及后方的尾流。图片由美国空军的光电望远镜拍摄。
8:59:32，任务控制中心收到最后一条遥测信号，此后在任何频道上再也找不到哥伦比亚号航天飞机上的任何信息，而德克萨斯达拉斯附近的地面目击者看到空中的燃烧尾迹突然变大，不断碎裂成更小的碎片，渐渐消失在空中！
搜救团队在东得克萨斯、西路易斯安那和阿肯色西南部分县找到了包括人类遗体在内的超过两千件残骸。大部分残骸散落在了纳科多奇斯到达拉斯西南的人烟稀少等这些地区，总距离超过800千米的狭长地带！
残骸分布区域
根据航天飞机实际位置找回来的残骸
事故过程
事故原因上文已经写了，就是泡沫超音速撞击导致左前机翼碳碳复合材料破损，导致高温气流进入机翼，导致航天飞机汽化，很多科普文中都是这样的写的，但事实上这个推论是想当然了，不可否认高温气流窜入机翼是主因，比如在08:59:15时，MMACS向飞行主管汇报左起落架两个轮胎压力读数丢失，此时高温气流已经让很多传感器失效了！
但汽化却不是，最关键的因素是航天飞机解体，因为左侧机翼碳碳复合材料破损，导致高温气流进入机翼，左右机翼气动不平衡，并且此时航天飞机无法通过襟翼和尾翼平衡（此时翼面操作被禁止），因此这架航天飞机在左右翼失去平衡、速度接近20马赫的情况下横滚，飞机数秒内即解体，甚至宇航员都没来得及痛苦就在大气层上千度的高温气流中飞散了！
航天飞机乘员与驾驶舱
NASA是否知道这个严重后果？
哥伦比亚航天飞机失事后NASA被推上了风口浪尖，因为NASA早期的航天飞机设计规范中是禁止外燃料箱散落泡沫材料的，但后来工程师发现泡沫散落和撞击无法避免，所以后来每次都被准许！在STS-102航次任务中，泡沫就撞击在左固体助推器底部与外储箱的连接环上，撞击产生了75毫米宽、75毫米深的凹痕！
并且哥伦比亚号在轨道上执行任务时，STS-107任务管理团队主席琳达·哈姆就下令重新评估！包括发射时的录像以及航天飞机在轨时国际空间站上的摄像头和人工观测可以仔细观测航天飞机破损情况，但所有的检测都没有评估出如此严重的后果！
最终哥伦比亚航天飞机却永远留在了重返地球的道路上，7名宇航员血洒长空，但他们的死去并没有换来航天飞机更安全的措施，NASA只是停飞两年，此后继续消耗航天飞机的剩余寿命，最终于2011年航天飞机彻底退出现役！