摧毁“哥伦比亚”号航天飞机的塑料泡沫 空难改变航空史

“哥伦比亚”（ Colombia）对于美国人而言，意义非凡。它最初可以追溯到18世纪，罗伯特·格雷指挥的一艘帆船，这也是绕行世界的第一艘美国籍帆船。所以，美国很多事物都喜欢用哥伦比亚来命名，例如著名的“哥伦比亚大学”。美国第一艘航天飞机也以“哥伦比亚号”命名。                          

承载着美国航天光荣与梦想的哥伦比亚号却没有善终。2003年2月1日，执行STS-107任务的哥伦比亚号再入大气层时发生事故，在德州上空解体，搭载的7名航天员罹难。这距离挑战者号发生爆炸仅过去17年。

什么原因造成哥伦比亚号的悲剧呢？

2003年1月16日，美国国家航空航天局（NASA）将要执行STS-107，也即将发射第113次航天飞机任务，哥伦比亚号也将要迎来第28次飞行任务。七名组员分别是布朗、赫斯本德、克拉克、乔拉、安德森、麦库尔，还有第一个进入太空的以色列人拉蒙。

由于种种原因，STS-107任务被NASA延迟了18次。从安全程序上看，航天飞机和飞机一样，最危险的阶段是起飞和降落的时候。尤其是发射阶段，稍有不慎满盘皆输。例如17年前挑战者号就是发射途中发生爆炸事故。哥伦比亚号组员严阵以待，谨慎的对待升空程序。

图1、航天飞机起降示意图

10点39分，哥伦比亚号在万众瞩目下顺利点火，庞大的发动机每半分钟就要消耗一座标准泳池容量的燃料。它很快便进入了MAX-Q阶段，此时大家都捏了一把汗。幸运的是，哥伦比亚号平稳的度过了最危险的时间。

哥伦比亚号还在加速向外太空飞去，在4.3万米高空，它和助推器脱离。发射八分钟后，哥伦比亚号关闭了主发动机，他们平安进入既定轨道。

发射次日，NASA工程师在录像中发现了不同寻常的一幕，发射82秒后，一个公文包大小的隔热泡沫从燃料箱上掉落，击中了哥伦比亚号左翼的复合材料板上。此时大家关注的焦点都在航天飞机本身上，根本没有注意这个细节。

这，也成为了阿克琉斯之踵，为灾难性的结局埋下了伏笔。

几乎每次航天器发射都会有类似的泡沫塑料掉落，通常情况下都不会造成严重后果。NASA的主管开始评估掉落泡沫的影响，他认为哥伦比亚号在返回后经过修复即可，所以并未采取进一步措施。

图2、哥伦比亚号发射瞬间

2月1日，经过十七天的飞行，航天员圆满完成既定任务，他们要回家了。他们换上特制的宇航服，用以抵抗返回时巨大的压力。

8点15分，哥伦比亚号在指挥长一系列的操作下，进入了返回位置。哥伦比亚号在时速2.8万千米穿过大气层时，机翼的温度能升至1400摄氏度，外层的隔热瓦是它唯一的“保护神”。摩擦产生的热量和气体映出橘红色的光，当组员都在为即将重返地球而兴奋时，危险悄然而至。

地面控制人员发现哥伦比亚号左侧的四个温度传感器突然失效，舱内其他情况看似都很正常，控制中心并未将这一情况告知，此时航天飞机已经开始损坏。

哥伦比亚号的侦测器开始接二连三失效，控制中心的气氛陡然紧张起来，突然他们和控制中心失去了联系。航天飞机开始逐渐失效并解体，撕裂成数个碎片滑落天际。

控制中心仍不知道哥伦比亚号的具体情况，德州已经有目击者报警，称有空难事件发生。数分钟后，NASA的工程师从电视上看到航天飞机失事的画面，控制中心也开启善后程序。然而数百吨航天飞机残骸正从天空中不断坠落，这也带来极大的安全隐患。

图3、哥伦比亚号，能隐约看到左翼碎片

午后，NASA正式公布了哥伦比亚号空难的事实。接连两次航天飞机失事，给NASA声誉和航天计划造成重大打击。事故发生三小时后，官方成了独立的哥伦比亚号事故调查委员会（CAIB），委员会由退休的美国海军上将哈罗德·盖曼领衔。

CAIB的当务之急是要消除舆论的猜忌，众所周知2001年“9·11”事件，让大众对航空安全风声鹤唳，哥伦比亚号也会是恐怖分子的目标吗？调查员事无巨细的查阅完安保记录后，将恐怖分子的选项划除了。

盖曼要求调查组开始仔细研究哥伦比亚号返回时的每一个细节，他们发现航天飞机失事前几分钟，回传的数据出现异常，尤其是几个故障前的传感器探测到了极高的温度，这些传感器的均分布在左侧机翼的起落架附近。

调查员认为，这是由于航天飞机产生的高温气体窜入了起落架舱，他们继而得出结论，哥伦比亚号的外部蒙皮遭到破坏，尤其是蒙皮外的隔热层失效。如果要证实调查员的猜测，他们还需要找到航天飞机的飞行数据记录仪，不同于“黑匣子”的地方在于，它并没有坚固的保护壳。

图4、航天飞机外部水箱的泡沫

哥伦比亚号事故发生后的数月内，NASA组织起了最大规模的地面搜索行动，他们希望从残骸中找到破解空难的线索。数万名搜救队员在德州和路易斯安那州展开了密集的搜索工作。在搜索残骸时，一架直升机不幸坠机，搜索飞行员小朱尔斯·F·米尔和碎片搜索航空专家查尔斯·克热内克遇难，另外三人也因此受伤。

搜救队员经过艰苦的工作，终于发现了飞行数据记录仪，幸运的是它仅受轻伤。解析的数据显示，航天飞机的蒙皮出现破洞，位置不在起落架舱，而是在左侧机翼前缘，而且这个洞口在重返大气层前就已经存在。

大家此时才发觉到发射时，一块脱落的泡沫塑料酿成了大祸。NASA调取发射时的录像，并未清晰展现出哥伦比亚号受损的样子。他们经过图像增强技术处理发现，重约0.8千克的泡沫塑料以500千米的时速撞上了航天飞机的左翼。

哥伦比亚号的机翼上覆盖着隔热片，这些由碳纤维制成的隔热片能耐受零下160度的低温和1650度的高温，但其缺点则是不能增加结构的强度，遭受冲击便一溃千里。为了验证泡沫塑料的破坏力，他们特意采用同样的隔热片做冲击实验，由于每片隔热片价值高达80万美元，他们先测试了猜测的第六片。

调查员将塑料泡沫加速并撞击到隔热片上，但这只造成了轻微的裂缝。随后，调查员从飞行数据中发现，遭到破坏的是第八块隔热片，他们又开始了同样的实验。结果证实，一块0.8千克重的塑料泡沫，在隔热片上留下了直径25厘米的大洞！

实验结果震惊了在场的所有人，也让事故调查取得了突破性进展。

图5、塑料泡沫留下了直径约25厘米的大洞

2003年1月16日，哥伦比亚号升空时，燃料箱上脱落的一块塑料泡沫击穿了航天飞机的隔热片。31日，哥伦比亚号在返回地球时，1400摄氏度的高温气体窜入洞口中。航天飞机的左翼涌入4400摄氏度的气流，并陆续摧毁了温度感测器。

地面的目击者开始看到有碎片脱落，失去防护的航天飞机在高温面前异常脆弱，左翼的内部结构亦遭破坏，进而导致系统性损坏。航天飞机左翼受损失去平衡，强烈的摇摆机体逐渐散开，最终在德州上空解体。

调查员还有最后一个疑问，NASA知道哥伦比亚号上的破洞吗？

事实上，NASA的工程师在发射次日便发现了异常，他们还向管理层申请，通过卫星拍摄哥伦比亚号在轨道上飞行时的照片，用以评估航天飞机的受损情况，但是这一建议遭到了拒绝。

调查员发现，NASA的管理层拒绝调查的另一隐情是，担心调查事件会延误飞往国际空间站的重要任务。按照美国国会的要求，如果NASA不能按时完工国际空间站，他们就会削减预算并终止该计划，这是他们最不愿意看到的结果。NASA的管理层在施工进度和预算的双重压力下，选择忽视这个问题。

调查员还有最后一个问题，如果NASA通过卫星图片，得知哥伦比亚号机翼上破洞的消息，他们能挽救航天员的生命吗？

理论上讲，需要NASA加速发射另一架航天飞机，航天员经过一系列的太空漫步进行移舱。虽然整个过程充满了挑战，但是这是挽救航天员的唯一办法。可惜，这一切的希望都浪费在NASA管理层的漠视当中。

2003年8月26日，CAIB发布了最终的调查结果。事故报告充满了严厉批评的措辞，其中包括了继续安全进行航天飞机的计划。

管理系统能否得到彻底贯彻执行，也是发射安全的重要保障。NASA的主管也深刻认识到了问题的严重性，并承诺予以检讨和修正。随后NASA进行了大刀阔斧的改革工程，并鼓励各级员工对安全建言献策。他们也增加了发射的录像机位，并通过卫星拍摄航天飞机的详细照片。

图6、STS-107行动的成员，从左至右分别是：Brown, Husband, Clark,Chawla, Anderson, McCool, Ramon

由于巨大的风险性，NASA在20011年7月21日终结了航天飞机计划。美国阿特兰蒂斯号航天飞机在肯尼迪中心着陆，完成了美国航天飞机项目第135次，也是最后一次飞行。