Green 版 (精华区)

发信人: ersy (Green Mouse), 信区: Green
标  题: “哥伦比亚”号航天飞机缘何解体？(2)
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Feb 13 21:56:56 2003) , 转信

　　关于失事原因的争论

　　哥伦比亚号解体源于左翼受伤，这是目前流行的看法。

　　不过怎么受的伤，却有不同看法。

　　发射阶段录像显示，哥伦比亚号升空80秒左右有不明物体撞击左翼，这一不明物体可
能是冰，也可能是上文所提到的泡沫块。

　　2月5日，D ittemore在新闻发布会上说，假设这一泡沫块有20英寸长，16英寸宽，6英
寸厚，这是液态燃料罐外部绝热包裹材料崩解可能形成的最大泡沫块，其重量大约不到1.
3千克，撞击速度是250米每秒左右，而航天飞机的上升速度大约是每秒700余米。为了便于
分析，N ASA工程师们假设撞击速度为500米每秒，模拟试验表明，这样的泡沫块撞击不会
对左翼形成致命伤，至多损坏一两片防热瓦。

　　D ittemore的这一说法很快招来激烈的批评。首先，华盛顿邮报的记者获得了波音公
司工程师提交的两份报告并于2月8日在该报披露。

　　波音公司工程师受N ASA委托，对1月16日哥伦比亚号升空时不明物体撞击左翼进行评
估，提交了这两份报告。其中一份完成于1月21日，另一份完成于1月23日。根据这两份报
告，D ittemore的结论基于两项假设：第一，假设不明物体是泡沫块而不是冰；第二，假
设左翼翼端未受到撞击。而这两项假设很可能不成立。如果不明物体是冰，它的重量会大
得多，完全可能撞伤左翼，撞击部位的整体结构将被破坏，就是包裹翼端的所谓增强碳-碳
(Reinforced Carbon-Carbon，R.C.C.)复合材料也不能幸免。如果真是冰块撞击导致R.C.
C.材料破损，那么破损部位在哥伦比亚号重返地球大气层时就不能抵御摄氏1600度以上的
高温；第二，撞击部位现在无法确定，不能排除翼端被撞的可能。

　　即便假定撞击物体是泡沫块，那么只要撞击部位比现在假定的部位往前挪几英寸，也
可能造成灾难性的后果。

　　报告还指出，由于不明物体飞行轨迹计算的不确定性，要确认撞击部位是很困难的。
撞击后果与物体的撞击角度有关。以冰块为例，如果撞击角度小于15度，也不会造成损伤
。

　　不过奇怪的是这两份报告虽然提到了风险所在，却都得出了航天飞机能够安全返航的
结论。

　　这两份N ASA内部评估报告的公开披露也许没有得到N ASA领导层的首肯。N ASA与媒体
的关系开始紧张起来。

　　第三种可能是发射后80秒的不明物体撞击没有损伤左翼，真正撞伤哥伦比亚号航天飞
机的是太空垃圾或是陨石。

　　2月10日，NASA官员在例行的新闻发布时宣布，1月17日，就是哥伦比亚号进入太空轨
道一天以后，美国空军的雷达图像显示，有一个小物体以5米每秒的速度离开航天飞机。

　　这一发布使得已经很神秘的失事原因变得更加扑朔迷离。这个垒球大小的小物体是什
么？是哥伦比亚号抛弃的废水？是航天飞机机身脱落的碎片？还是太空中的垃圾碎片或是
小陨石？

　　是废水吗？N ASA发言人称按原计划当天哥伦比亚号没有释放废水，而且也没有航天飞
机抛弃任何其它物体的记录；是航天飞机机身脱落的碎片？不能确定；是太空垃圾或是陨
石？也不能确定。

　　不过，有一件事被认为是能够确认的，而且已经成为新的关注热点。那就是覆盖航天
飞机头锥部以及机翼翼端的增强碳-碳复合材料并不像原来认为的那么完美无缺。N ASA的
研究人员从1999年开始研究这种材料在航天飞机实际飞行以后出现的针孔或裂纹等缺陷，
约翰逊太空中心2000年3月发布报告，称如果太空中的垃圾碎片以每秒7000米左右的速度撞
击机翼，将产生致命的损伤。统计表明，机翼受垃圾碎片撞击的风险远高于航天飞机其它
部位。

　　这份报告总结了由两名N ASA研究人员和波音公司两名工程师共同进行的试验。他们用
高速弹丸撞击增强碳-碳复合材料，得到的结果令人瞠目结舌：正面的穿孔很小，背后却炸
开了。如果航天飞机带着这样的创伤重返大气层，剧烈摩擦产生的热量会迅速沿着这一通
路扩散，最终摧毁航天飞机。

　　难道NASA2000年发表的研究报告真是哥伦比亚号悲剧的预报？

　　大修会留下隐患吗？

　　航天飞机中岁数最大的哥伦比亚号曾经在1999年动过一次“大手术”。这次大修是在
加州P almdale的波音公司工厂里进行的。大修持续了17个月，花了1.45亿美元，比预计的
超出一倍。

　　大修对哥伦比亚号的改动多达100余处，包括更换驾驶舱内过时的设备，撤掉重达100
磅的多余的导线，修复防热瓦，检测并修复长达300多千米的线缆。

　　虽然迄今为止N ASA的官员并没有在公开场合怀疑这次大修是否与哥伦比亚号解体有关
，但是他们已经开始与波音公司合作，重新审阅大修期间的所有检修记录。问题之一就是
哥伦比亚号腹部的防热瓦是否在大修中被更换。

　　大修以后，2002年3月，哥伦比亚号重返蓝天，升空后不久发现冷却系统故障，依靠备
用系统才完成飞行任务。后来N ASA公布了故障原因：大修中遗留的过滤器残渣堵塞了冷却
剂流动的线路。大修是否留下其它隐患？现在不得而知。

　　航天飞机都要定期大修。哥伦比亚号前几次大修分别是在1984年、1991年及1994年。
1999年的大修规模最大，耗资也最多。

　　失事原因在NASA

　　凡是人造的系统都存在可靠性问题。航天飞机是一个非常复杂的系统。它的可靠性究
竟是多少？或者说，航天飞机每次太空飞行的风险有多大？在当年挑战者号失事调查过程
中，已故著名物理学家、诺贝尔奖获得者费因曼就曾经提出这个问题。

　　笔者看到3个不同数字

　　2月2日，纽约时报载文引用麻省理工学院教授、物理学家、复杂航天系统专家T heod
ore Postol的话说，航天系统的失效率通常是每50次飞行失效一次，也就是成功率为98%。
一般而言，航天系统的成功率在95%左右。作为参照，民用客机的灾难性事故发生率是二百
万分之一。航天系统的高风险一目了然。

　　航天飞机迄今为止飞行113次，其中有两次灾难性事故，成功率98.2%。同一篇文章指
出，N ASA官员估计，航天飞机灾难性事故的发生率是每145次飞行中有一次，也就是成功
率99.3%。

　　不过华盛顿邮报2月10日在头版发表文章说，N ASA官员与N ASA工程师在这个问题上看
法截然不同。N ASA工程师认为，航天飞机的成功率应当是99%，而NASA官员认为航天飞机
灾难性事故发生率只有十万分之一。据说这是当年费因曼得到的不同回答。不过文章并没
有指出这一数字是谁说的。

　　美国的新闻报道就是这样，竞争激烈，就是在如此严谨的科学问题上也不断“创新”
。

　　华盛顿邮报这篇文章称，费因曼认为，N ASA官员要向国会、白宫以及公众宣传航天飞
行的重要性，这种角色往往使他们低估了航天计划的风险。文章引用了费因曼当年递交给
里根总统的报告中的一段话：“对于一项成功的技术，真实性必须比公共关系更重要，因
为大自然是不可能被愚弄的。”文章认为，N ASA工程师与管理人员之间的这种文化鸿沟，
或许是造成哥伦比亚号失事的重大原因。

　　工程师们往往根据零部件的特性来评估风险。技术人员必须判断，在航天飞机发射升
空或是重返大气层的恶劣环境中，这些零部件是否会出人意料地失效；而管理人员通常看
得更宏观，部分根据以往航天飞机发射成功次数来评估风险。

　　在哥伦比亚号失事调查中，N ASA的官员们就倾向于低估不明物体撞击机翼的风险，因
为这种事情在以往航天飞行中几乎司空见惯，从来没有因此出事。

　　在1986年发生的挑战者号失事之前，航天飞机的承包商们曾经受到来自N ASA官员们的
巨大压力，要求他们按照既定日程发射航天飞机，因为N ASA官员曾经对支持他们的国会议
员们承诺，在10年中每一架航天飞机要完成100次飞行，所以尽管有工程师指出系统存在的
问题，N ASA官员仍然置若罔闻，下令发射。

　　哥伦比亚号失事原因调查也包括对N ASA内部的调查。2月6日，迫于部分国会议员的压
力，N ASA宣布交出领导失事调查的权力，由独立的第三方人士领导，组成独立的调查班子
开展调查。哥伦比亚号出事以后，N ASA还曾开通一套内部匿名反映情况的系统，不过据华
盛顿邮报报道，这套系统在一周以后就没有人用了。

　　据有关报道，N ASA对于媒体的介入非常反感。N ASA高层已经不愿意让工程师以及有
关官员接受媒体采访。N ASA公关官员也开始监控媒体与宇航员的接触。更有意思的是，一
块机翼翼端残骸找到已经几天了，N ASA直到2月10日才公布这是左翼的残骸。实际上确认
是否是左翼残骸并不是难事，因为机身的所有防热瓦都是编码的，只要查残骸上的防热瓦
编码就知道这是左翼还是右翼。

　　航天飞机有替代方案吗？

　　航天飞机是美国在上一世纪70年代设计的载人航天飞行方案。原来的目标是航天飞机
能以更高的效率、更低的成本成为新一代载人航天系统，然而事实是航天飞机每次飞行耗
资高达5亿美元，比原来设想的高很多。

　　到上世纪90年代中期，NASA启动X33计划，目标是建造更为经济有效的航天器，这一航
天器能够完全回收，只用一级火箭就能把航天器送入轨道。

　　然而在X33计划实施5年后，N ASA宣布放弃X33计划，这时N ASA已经花了9.12亿美元，
承包商洛克希德?马丁公司也投了3.57亿美元。因为如果只用一级推进器，推进器携带燃料
的重量是自重的10倍，要达到这一目标必须采用新技术，包括采用非常轻的复合材料制造
燃料罐。

　　2001年，NASA又开始了新一轮的“太空发射计划”(SLI)。这一计划的目标是到2006年
拿出一个替代航天飞机的载人航天方案，总经费48亿美元。迄今为止，N ASA已经与22家公
司或是大学签订合同，耗资9亿美元。目前的工作主要集中在新型火箭发动机以及机身的设
计上。洛克希德公司、波音公司以及由N orthrop Grumman、Orbital Sciences两家公司联
合组成的设计班子都提交了各自的初步设计方案。N ASA正在审阅之中。有了X33的经验，
N ASA打算到2006年决定设计方案，以后用六年时间建造原型机。不过在2002年4月的一次
国会听证会上，N ASA的官员承认这一计划有点脱离现实，实际情况是到2020年之前，NAS
A将继续使用航天飞机。

　　几点结论

　　1.哥伦比亚号解体原因迄今仍是难解之谜。左翼受伤很可能是解体的起因，然而左翼
因何受伤目前尚不能做结论。

　　2.虽然在公众舆论压力下，美国军方、N ASA不得不公开了一些监测数据，恐怕还有更
多的数据处于保密状态。

　　3.对于美国航天业，哥伦比亚号失事是载人航天器在重返大气层阶段失事的第一例。
对于重返大气层阶段航天器失事，收集失事信息、重建信息链的难度比发射阶段失事要大
，调查时间可能更长。

　　4.哥伦比亚号失事为我国载人航天业提供了一个难得的失效案例。N ASA在管理、文化
方面存在的问题、失事以后采取的紧急措施等值得我们进一步研究。(胡永生) 

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