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挑战者号航天飞机

挑战者号航天飞机,是美国正式使用的继哥伦比亚号之后的第二架航天飞机,于1983年4月4日进行首次发射。挑战者号开发初期原本是被作为高拟真结构测试体,但在挑战者号完成初期测试任务后,被改装成正式的轨道载具。

1986年1月28日11时38分(美国东部时间),挑战者号在执行第10次太空发射时,因右侧固态火箭推进器上一个O形环失效,导致一连串连锁反应,在升空后73秒爆炸解体坠毁,机上7名宇航员全部罹难。

中文名称挑战者号航天飞机英文名称STS Challenger
研制国家美国发射场肯尼迪航天中心
首次发射1983年4月4日末次发射1986年1月28日11时38分
发射次数10次失事时间1986年1月28日11时

航天飞机简介

挑战者号航天飞机(STS Challenger,STS是太空运输系统Space Transportation System的缩写,是美国官方对于航天飞机这种设备的正式称呼)是美国航空航天局正式使用的第二架航天飞机。开发初期原本是被作为高拟真结构测试体(high-fidelity Structural Test Article,因此初期机身代号为STA-099),但在挑战者号完成初期测试任务后,被改装成正式的轨道载具(Orbiter Vehicle,因此代号改为OV-099),并于1983年4月4日正式进行任务首航。然而很不幸,挑战者号在1986年1月28日11时38分(美国东部时间)进行代号STS-51-L的第10次太空任务时,因为右侧固态火箭推进器(Solid Rocket Booster, SRB)上一个O形环失效,导致一连串连锁反应,在升空后73秒爆炸解体坠毁,机上7名宇航员全部遇难。

命名

美国的航天飞机都是以早期的研究船名作为命名,因此挑战者号的命名由来也不例外,是承袭自1870年代航行于大西洋与太平洋上的英国海军研究船挑战者号(HMS Challenger),除此之外,“挑战者”这名字,也曾经被拿来命名阿波罗17号飞船的登月模组。

建造历程

挑战者号在1972年签约建造时,主要的功能并非实际担负往返地球与外太空之间的轨道运具功能,而是美国的航天飞机建造计划初期,用来测试机身结构安全性的高拟真结构测试体(编号STA-099),由洛克威尔(Rockwell)公司承造,在1978年2月4日送抵洛克希德(Lockheed)42号工厂,开始进行实际的结构测试。之所以需要这种测试,是因为航天飞机本身虽然是一种需要承受极大外力的飞行工具,但它同时也需要尽可能的减轻本身重量,因此几乎整架机身的每一部分,都负担了非常大的结构应力。但考量到当年的电脑技术有限,工程师们并没有把握仅靠软件模拟就能将航天飞机在受到机械负荷与热负荷情况下的表现计算到非常精准的程度。为了安全,唯一的解决方法就是用真的航天飞机进行测试分析,这也是挑战者号被制造出来的初衷。

STA-099在一个由256架油压千斤顶所组成的43吨重测试仪中,进行了为期11个月的测试与分析,这些千斤顶能在836个不同的部位上施加荷重。在电脑的控制下,能够逼真的模拟出航天飞机在发射、爬升、绕行轨道、重返大气层与降落时所受到的各种力量,其中,航天飞机主引擎启动时的庞大推力是由三具一百万磅(约450吨)推力的液压汽缸来模拟。

在洛克威尔公司当初获得的26亿美元合约中,该公司需负责制造一对静态测试体(也就是主推进器测试体MPTA-098与结构测试体STA-099),以及两架初期飞行测试载具(也就是OV-101与OV-102)。但在1978年达成的一项决议中,决定不以主要是用来作为迫近与降落测试(Approach and Landing Test,ALT)用途的企业号航天飞机改装成可以实际使用的的轨道载具,使得真正可以执行任务的轨道载具剩下了哥伦比亚号而已。因此在1979年1月29日时,NASA与洛克威尔补签了一张合约,将挑战者号(当时编号STA-099)从测试载具的状态改装成真的可以执行太空任务的轨道载具OV-099。

STA-099在1979年11月7日被送回洛克威尔,改装工程也从那时开始。虽然比较起企业号,要将挑战者号由测试用途改装成任务用途的工程规模比较单纯,但挑战者号依然躲不掉整架被拆解开来再重新组装的命运。这主要是因为,原本的挑战者号上装置的是一个模拟用的乘客舱,因此工程师得将整个航天飞机的前半段机身拆开,才有办法取出模拟舱,放入真正有功能的乘客舱模组。除此之外,挑战者号的机翼部分也经过相当程度的改良与强化,这些参考数据全来自它先前所进行的那些实机测试。最后,在驾驶舱中加装上两具抬头显示器(HUD)之后,挑战者号的改装工程遂告一段落,整架航天飞机的空重为70,552千克,加上主引擎后重79,500千克,较哥伦比亚号约轻了1311千克。

挑战者号在太空中

图:挑战者号在太空中

在实际服役过程中,挑战者号与另一架航天飞机发现号曾经在肯尼迪航天中心改装,以便能够在筹载舱里面载送半人马上节火箭(Centaur Upper Stage)。配合这点航天飞机的筹载舱里需装设额外管线、通风管与可以监控上节火箭运作的飞行平台,以配合半人马火箭的低温(L02/LH2)推进燃料(大部分的惯性上节火箭(IUS)都是使用固态推进燃料)。不过NASA不曾实际进行用航天飞机载运半人马火箭的任务。而自从挑战者号爆炸坠毁后,NASA决定中止这种危险尝试;毕竟,在筹载舱里放了一具装满高爆燃料的火箭,风险实在太大。

任务记录

挑战者号航天飞机共进行10次太空飞行任务,在太空度过69日,绕行地球987圈。

任务日期 任务代号 任务简介
1983年4月4日 STS-6 部署数据追踪中继卫星(Tracking Data Relay Satellite)TDRS-1号
进行第一个在航天飞机上执行的太空漫步
1983年6月18日 STS-7 部署两具通讯卫星,萨莉·莱德(Sally K. Ride)成为美国第一位女性的太空人
1983年8月30日 STS-8 部署通讯卫星Insat-1B
第一次进行航天飞机夜间发射与夜间着陆任务
吉昂·布鲁佛(Guion S. Bluford)成为第一位进入太空的非裔美国人
1984年2月3日 STS-41-B 部署两颗通讯卫星,但是任务失败
第一次进行了不系绳的太空漫步
1984年4月6日 STS-41-C 拯救并修复太阳活动观测卫星太阳极限任务号
(Solar Maximum Mission,简写为SMM或SolarMax)
1984年10月5日 STS-41-G 部署地球辐射分析卫星(Earth Radiation Budget Satellite,ERBS)
第一次有两位女性参与的太空任务
凯瑟琳·苏利文(Kathryn D. Sullivan)成为第一位进行太空漫步的美国女性
1985年4月29日 STS-51-B 承载太空实验室(Spacelab)3号进行任务
王赣骏(Taylor Wang)参与此次太空任务,是第一位登上太空的华人。
1985年7月29日 STS-51-F 承载太空实验室2号进行任务
1985年10月30日 STS-61-A 承载隶属德国的太空实验室D-1号进行任务
1986年1月28日 STS-51-L 原本的任务是以部署TDRS-2号卫星与哈雷彗星观测装置为主
在升空后73秒时爆炸坠毁,7名乘员全数罹难

爆炸解体

1986年1月28日11时38分,挑战者号航天飞机在肯尼迪航天中心发射,在升空73秒时,挑战者号爆炸解体,机上7名宇航员全部遇难。解体后的残骸掉落在美国佛罗里达州中部的大西洋沿海处。

挑战者号航天飞机在发射73少时爆炸解体

图:挑战者号航天飞机在发射73少时爆炸解体

挑战者号航天飞机升空后,因右侧固体火箭助推器的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。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。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。

这次灾难性事故导致美国的航天飞机飞行计划被冻结了长达32个月之久。同时美国总统罗纳德·里根下令组织一个特别委员会——罗杰斯委员会,负责此次事故的调查工作。罗杰斯委员会发现由于美国国家航空航天局的组织文化与决策过程中的缺陷与错误,成了导致这次事件的关键因素。他们发觉自1977年开始,NASA的管理层事前已经知道承包商莫顿·塞奥科公司所设计的固体火箭助推器在O型环处存在着潜在的缺陷,但却未曾提出过改进意见来妥善解决这一问题。他们也忽视了在当天清晨时,工程师对于低温下进行发射的危险性发出的警告,且未能充分地将这些技术隐患报告给他们的上级。最后罗杰斯委员会向NASA提出了9项建议,并要求NASA在继续航天飞机飞行计划前贯彻这些建议。

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。这次事故的媒体报导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及工程伦理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。

遇难宇航员

挑战者号航天飞机遇难的7名宇航员

图:挑战者号航天飞机遇难的7名宇航员

机长弗朗西斯·斯科比(Francis Scobee),曾是美国空军战斗机飞行员,后来成为一名高级飞行器的试验飞行员,一生与危险打交道。他幽默、开朗,成为全机组的核心与灵魂。

驾驶员迈克尔·史密斯(Michael Smith),曾在美国海军服役,担任过战斗机飞行员,多次获得奖章,其中包括海军特级飞行十字勋章和国家敢于战斗银星十字勋章。

宇航员朱蒂丝·雷斯尼克(Judith Resnik),在余暇时喜欢弹钢琴,喜欢在音乐中寻找美的享受。朱迪丝喜欢微笑总是迫不及待地想对人民有所贡献。她的微笑中充满对事业和生活的信心。

宇航员罗纳德·麦克奈尔(Ronald McNair),来自加利福尼亚州的南部,在棉田的劳动中锤炼了他坚毅的性格他梦想着到外层空间站去生活,在失重的太空中做试验:吹奏萨克斯管。

格里高利·杰维斯(Gregory Jarvis)满怀希望参加这次宇航旅行,他随身带着一面小旗子,这是他的母校巴法洛纽约州大学送给他的纪念品,他愿带着这面旗帜去开拓空间的探险。

埃里森·奥尼佐卡(鬼冢承二;Ellison Onizuka),生于夏威夷,其祖籍是日本人。他在孩提时代总爱光着脚板在咖啡地和麦卡达美亚墓地跑来跑去。他早就梦想着有一天去月球旅行。成为飞行员后,他雄心勃勃地准备大展宏图。

科里斯塔·麦考利芙(Christa McAuliffe),出生于美国波士顿,在新罕布什尔州康科德中学任教。她是一位有名的社会学女教师,已婚,并育有一儿一女。按计划她将在太空通过电视向美国和加拿大250多万中小学生讲授两节太空课,还将在航天飞机上参加几项科学表演,录像后也要向学生播放,成为世界上第一位“太空教师”。

挑战者号航天飞机
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最新更新:2015-08-07 14:32
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