挑戰者號航天飛機爆炸|"挑戰者"號航天飛機爆炸事件(視頻)
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挑戰者號航天飛機爆炸
挑戰者號航天飛機爆炸
挑戰者號航天飛機于美國東部時間1986年1月28日上午11時39分（格林尼治標準時間16時39分）發射在美國佛羅里達州的上空。挑戰者號航天飛機升空后，因其左側固體火箭助推器（SRB）的O型環密封圈失效，毗鄰的外部燃料艙在泄漏出的火焰的高溫燒灼下結構失效，使高速飛行中的航天飛機在空氣阻力的作用下于發射后的第73秒解體，機上7名宇航員全部罹難。挑戰者號的殘骸散落在大海中，后來被遠程搜救隊打撈了上來。
這次災難性事故導致美國的航天飛機飛行計劃被凍結了長達32個月之久。在此期間，美國總統羅納德·里根委派羅杰斯委員會對該事故進行調查。羅杰斯委員會發現，美國國家航空航天局（NASA）的組織文化與決策過程中的缺陷與錯誤是導致這次事件的關鍵因素。NASA的管理層事前已經知道承包商莫頓·塞奧科公司設計的固體火箭助推器存在潛在的缺陷，但未能提出改進意見。他們也忽視了工程師對于在低溫下進行發射的危險性發出的警告，并未能充分地將這些技術隱患報告給他們的上級。羅杰斯委員會向NASA提出了9項建議，并要求NASA在繼續航天飛機飛行計劃前貫徹這些建議。
在該事故中遇難的宇航員克麗斯塔·麥考利夫是太空教學計劃的第一名成員。她原本準備在太空中向學生授課，因此許多學生觀看了挑戰者號的發射直播。這次事故的媒體覆蓋面非常廣：一項研究的民意調查顯示，85%的美國人在事故發生后一個小時內已經聽聞這次事件的新聞；挑戰者號災難也成為此后工程安全教育中的一個常見案例。
發射前
挑戰者號最初計劃于美國東部時間1月22日下午2時43分在佛羅里達州的肯尼迪航天中心發射，但是，由于上一次任務STS-61-C的延遲導致發射日推后到23日，然后是24日。接著又因為塞內加爾達喀爾的越洋中輟降落（TAL）場地的惡劣天氣，發射又推遲到了25日。NASA決定使用達爾貝達作為TAL場地，但由于該場地的配備無法應對夜間降落，發射又不得不被改到佛羅里達時間的清晨。而又根據預報，肯尼迪航天中心（KSC）當時的天氣情況不宜發射，發射再次推后到美國東部時間27日上午9時37分。
由于外部艙門通道的問題，發射再推遲了一天。首先，一個用于校驗艙門密封安全性的微動開關指示器出現了故障。 然后，一個壞掉的門閂使工作人員無法從航天飛機的艙門上取下閉合裝置器。當工作人員最終把裝置器鋸下之后，航天飛機著陸跑道上的側風超過了進行返回著陸場地（RTLS）中斷的極限。直到發射時限用盡，并開始采用備用計劃時，側風才停了下來。
天氣預報稱28日的清晨將會非常寒冷，氣溫接近華氏31度（攝氏-0.5度），這是允許發射的最低溫度。過低的溫度讓莫頓·塞奧科公司的工程師感到擔心，該公司是制造與維護航天飛機SRB部件的承包商。在27日晚間的一次遠程會議上，塞奧科公司的工程師和管理層同來自肯尼迪航天中心和馬歇爾航天飛行中心的NASA管理層討論了天氣問題。部分工程師，如比較著名的羅杰·博伊斯喬利，再次表達了他們對密封SRB部件接縫處的O型環的擔心：即，低溫會導致O型環的橡膠材料失去彈性。他們認為，如果O型環的溫度低于華氏53度（約攝氏11.7度），將無法保證它能有效密封住接縫。他們也提出，發射前一天夜間的低溫，幾乎肯定把SRB的溫度降到華氏40度的警戒溫度以下。但是，莫頓·塞奧科公司的管理層否決了他們的異議，他們認為發射進程能按日程進行。
由于低溫，航天飛機旁矗立的定點通信建筑被大量冰雪覆蓋�？夏岬媳┬〗M在紅外攝像機中發現，右側SRB部件尾部接縫處的溫度僅有華氏8度（攝氏-13度）：從液氧艙通風口吹來的極冷空氣降低了接縫處的溫度，讓該處的溫度遠低于氣溫，并遠低于O形環的設計承限溫度。但這個信息從未傳達給決策層。 冰雪小組用了一整夜的時間來移除冰雪；同時，航天飛機的最初承包商羅克韋爾國際公司的工程師，也在表達著他們的擔心。他們警告說，發射時被震落的冰雪可能會撞上航天飛機，或者會由于SRB的排氣噴射口引發吸入效應。羅克韋爾公司的管理層告訴航天飛機計劃的管理人員阿諾德·奧爾德里奇，他們不能完全保證航天飛機能安全地發射；但他們也沒能提出一個能強有力地反對發射的建議。討論的最終結果是，奧爾德里奇決定將發射時間再推遲一個小時，以讓冰雪小組進行另一項檢查。在最后一項檢查完成后，冰雪開始融化時，最終確定挑戰者號將在美國東部時間當日上午11時38分發射。
發射
起飛上升
以下關于事故的分析基于實時遙測數據、攝影分析，以及航天飛機與任務控制中心的語音通訊副本產生。發射后的所有時間信息都以秒給出，敘述的每項事件都與從最接近儀表事件取得的遙測時間碼一致。
在升空前6.6秒，三部航天飛機主引擎（SSME）點火。為了應對發射的臨時中斷，SSME可在火箭離開地面前安全地關閉。在起飛時間點時（T=0，為美國東部時間當日11：38：00.010），三部SSME達到了100%的效能率，并在計算機控制下提高到104%，在此時，兩部SRB點火，火箭掙脫了固定用的緊固螺栓，從發射臺開始上升。隨著火箭的第一次垂直動作，氫氣排放臂從外部艙收回，但沒有成功鎖上。但通過對發射臺攝像機記錄視頻的回放，發現排放臂此后沒有重新接觸到船體，因而將它作為對事故有影響因素的猜想可排除。發射后對發射臺的檢查也顯示出4顆緊固螺栓的反沖彈簧遺失了，但這也被排除了。
挑戰者號升空下一個發射時的視頻回放點顯示，在T+0.678時，一股黑灰色的煙霧從右側SRB尾部靠近連接該部件與外部艙的支架處噴出，大約在T+2.733時煙霧不再噴出。煙霧最后可見的時刻位于T+3.375。后來確定這些煙霧是由右側SRB部件尾部接縫的開合引發的。助推器的外殼在點火產生的壓力下有所膨脹，作為膨脹的結果，外殼的金屬部分崩離了其他的部分，打開了一個泄漏溫度高達華氏5，000度（攝氏2，760度）氣體的裂縫。主O型環是設計用于封閉該裂縫，但在過低的溫度下它沒能在第一時間內密封住，而副O型環又因為金屬部分的崩離而偏離了原有位置。這樣就沒有可阻礙氣體逸出的障礙了，兩個O型環在大約70度的范圍內都被氣化了。然而，固體燃料燃燒產生的氧化鋁封閉了損壞的接縫，在明火沖出裂縫前臨時替代了O型環的密封作用。
在火箭離開發射塔后，SSME以最大效能的104%運行，控制權從位于肯尼迪中心的發射控制中心（LCC）移交到了休斯敦的任務控制中心（MCC）。為了預防空氣動力拆散航天飛機，在T+28時SSME開始降低功率以減小航天飛機在密度較大的低空大氣中的速度。在T+35.379時，SSME已低于計劃的65%效能。5秒后，在5800米（19，000英尺）的位置時，挑戰者號突破了音障。在T+51.860時，SSME重新回到104%的效能，火箭也已接近最大Q值（Max Q）：飛行物能承受的最大氣動壓力。
強風切變
正當航天飛機達到最大Q值時，它遭遇了航天飛機程序記錄中最強烈的風切變。
在T+58.788時，一臺追蹤攝像機捕捉到了右側SRB靠近尾部支架處出現的煙羽（plume）。當時挑戰者號與地面的休斯敦對此都還不知情，但可燃氣體已從右側SRB的一個接縫處開始泄漏出來。風切變的力量粉碎了替代損壞O型環的氧化物密封層，移除了阻礙明火從接縫處泄漏出來的最后一個屏障。在一秒內，煙羽變得明顯并劇烈。由于密封失效的接縫處迅速擴大的裂縫，右側SRB的內壓開始減小，在T+60.238時，已可在視覺上觀察到從接縫處逸出的火焰，同時開始灼燒外部艙。
在T+64.660時，煙羽突然改變了形狀，這表明尾部燃料艙的液氫艙開始出現泄漏。在電腦控制下，主引擎的噴嘴開始繞樞軸進行轉動，試圖補償助推器產生沖力導致的不平衡。在T+66.764時，航天飛機外部液氫艙的壓力開始下降，顯現出了泄漏所導致的影響。
對宇航員與飛行控制員來說，這個階段的情形看上去似乎還是正常的。在T+68時，太空艙通訊員（CAPCOM）通知宇航員們“執行加速”，機長迪克·斯科比確認了這個呼叫。他的響應是：“收到，執行加速”，這句話是挑戰者號空對地回路的最后一次通訊。
解體隕落
在T+72.284時，右側SRB部件似乎已從與外部艙連接的尾部支架上扯落。事后從遙測數據的分析顯示，在T+72.525時，航天飛機右側有突然的加速，宇航員們也可能感覺到：船員艙記錄器最后的狀態記錄是在加速后半秒鐘時，駕駛員邁克爾·史密斯發出了“嗯噢”的叫聲。史密斯可能也感覺到了主引擎異常表現的征兆，或是外部燃料艙壓力的下降。
在T+73.124時，艦尾拱頂的液氫燃料艙發生故障，產生的一股推力將液氫艙推擠入了上端的液氧艙；與此同時，右側的SRB繞著支架向上轉動，并且撞擊到了內部燃料艙結構。
在T+73.162時，航天飛機在14.6千米（48，000英尺）的高度上開始解體 。伴隨著外部燃料艙的瓦解，挑戰者號在氣流的沖擊下改變了正常的方向，并在異常的氣體動力產生20g——遠超過設計極限的——負載系數下立刻被撕裂開來。
兩架SRB則因能承受更大的空氣動力負載，在從外部艙分離后還繼續進行了37秒鐘的失控動力飛行。SRB的外殼由12.7毫米（半英寸）厚的鋼板構成，比航天飛機與外部燃料艙更為堅固；因此兩架SRB在航天飛機解體時得以幸免，即使導致挑戰者號毀滅的SRB接縫燒穿對右側SRB的影響依然存在。SRB在其于大氣層的燒蝕過程中損壞。
飛行日志
在事故發生后，任務控制中心持續了十幾秒的寧靜。電視屏幕上顯示著挑戰者號所在位置出現的煙霧，和向海洋墜落的大量碎片殘骸。在大約T+89時，飛行指揮杰伊·格林提醒飛行動力官員向他提供信息。得到的回復是“過濾雷達得到不連續的來源”，進一步表明挑戰者號已經破裂成了許多碎片。地面控制員報告說，挑戰者號的無線通訊器與遙測數據均“無法連接，下行鏈路失敗”。格林命令他的小組“仔細察看你的數據”并尋找軌道艙成功逃生的任何跡象。
在T+110.250時，卡納維拉爾角空軍基地的靶場安全官員（RSO）向航天飛機與SRB發出了無線電信號，激活了靶場安全系統的自毀程序。這是一個應對緊急情況的正常程序，以確保自由飛行的SRB不對陸地或海洋的目標造成威脅。另外一個相同的自毀信號也摧毀掉了外部艙未分解的部分。
“這里的飛行控制員在應對該情況時看來是非常謹慎的，”公共事務官員史蒂夫·內斯比特報告說，“一個明顯的主要故障是，我們沒有下行鏈路。”在一個停頓后，內斯比特說道：“我們從飛行動力官員得到的報告說飛行器已經爆炸。”
格林命令任務控制中心執行緊急情況程序；這些程序包括封鎖進出控制中心的通道、切斷與外部世界的電話聯系，并根據清單確保有關的數據都正確地被記錄與保護。
爆炸可能
與飛行動力官員最初的結論相反的是，航天飛機與外部艙實質上并沒有“爆炸”。它們是在航天飛機接近最大氣動壓力（即“最大Q值”）后，被巨大的空氣動力迅速撕裂的。外部艙解體后，其中儲存的燃料與氧化劑逸出，并造成爆炸產生巨大火球的假象。不過，按照NASA團隊在事故后的影像分析結果來看，推進燃料只有“部分燃燒”。 同樣的，航天飛機泄漏的液氧和液氫產生了最初組成可見煙云的成分：水蒸氣與氣體。傳統上，保存在低溫下的液氫不可能迅速地燃燒并觸發一場“爆炸”。如果發生爆炸，爆炸會迅速摧毀整個航天飛機，同時連帶殺死機上的所有宇航員。但在飛行器解體的過程中，更堅固的船員艙與SRB幸存了下來；SRB隨后被遠程遙控命令自毀；分離的船員艙則以拋射軌道下墜，并在T+75.237離開煙云時清晰可見。飛行器解體25秒后，船員艙抵達19.8千米（65，000英尺）的拋射軌道頂點，并于14.6千米（48，000英尺）處解體。
死因之謎
在飛行器解體的過程中，更堅固的船員艙保留了整體，并處于慢速翻轉狀態。NASA粗略估計如果要撕裂船員艙的話，作用力要達到重力g的12到20倍；但是，在兩秒內，作用在艙體上的力已經減少到4 g以下，而在10秒后船員艙已進入自由落體狀態。這些力看來不足以對艙體造成主要的損害。至少在解體后，有跡象表明部分宇航員依然還活著并暫時具有意識：事后發現飛行甲板上的4個個人外出空氣袋（PEAP）中的3個已激活。調查員發現空氣余量與解體后2分45秒的拋射時間大約一致。在解體較長一段時間后，宇航員是否還具有意識是不可而知的，這在很大程度上依賴于分離的船員艙內是否維持了安全的壓力。如果沒有，在當時的高度上能維持意識的時間只有幾秒鐘；PEAP只供給非加壓的空氣，因此無助于幫助宇航員們維持意識。船員艙以大約334千米/時的速度濺落海面，導致了超過200 g的瞬間減速，遠遠超過了船員艙的結構承受極限與人員存活極限。
1986年7月28日，NASA太空飛行副主管及前宇航員理查德·特魯利海軍少將，發表了一份由休斯敦約翰遜航天中心的生物醫學專家約瑟夫·克爾溫提交的報告，提到了事故中宇航員的死亡�？藸枩夭┦吭鴧⑴c天空實驗室2號任務，在事故發生不久后便被委派負責調查事故的原因。克爾溫的報告中提到：
“結果是不確定的。船員艙與海洋表面的碰撞非常猛烈，導致了在爆炸后幾秒內造成的破壞跡象被抹除。我們的最終結論是：
★不能確定導致挑戰者號宇航員死亡的原因；
★軌道艙解體時的作用力對宇航員也許不能造成致命或嚴重的傷害；
★而宇航員很有可能，不過不一定，在軌道艙解體后的幾秒內由于飛行中的船員模塊失去壓力而失去意識。”
新，根據死亡解剖證據，死因已經被判明為墜落時艙體與海面的重擊而造成死亡。
逃生備案
調查表明，在航天飛機解體爆炸前，至少有3名航天員并沒有馬上死亡。這3名航天員打開了航天飛機上的應急供氧設備。這3人最終死于低溫、缺氧（航天飛機解體到墜入海洋歷時至少3分鐘）和掉入海洋時500多G的超重。在航天飛機設計期間，曾有幾次提及發射逃生系統，但NASA的最終結論是：航天飛機可期待的高可靠性可以排除對這一系統的需要。前4次測試飛行的航天飛機軌道任務中，用到了修改后的SR-71黑鳥式偵察機彈射座椅與全套的增壓服；但在后來正式的任務中，卻移除了這些裝置。發射逃生系統被認為有以下這些局限而未安裝：“有限的作用、技術的復雜與過多金錢的花費、重量與日程表的拖延”。
在失去挑戰者號后，這個問題被再次提出，同時NASA也考慮了幾種方案：包括彈射座椅、牽引救生裝置與從軌道艙底部跳傘逃生的方案。但是，NASA再次得出了所有的發射逃生系統都是不切實際的結論，理由是這些都將導致必然對現有飛行器進行大規模的修改，并因此縮減宇航員的活動空間。跳傘逃生系統的設計允許宇航員在航天飛機滑行過程中跳傘逃生；但是，該系統已經無法在挑戰者號的方案中實現了。
