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挑戰者號太空梭

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挑戰者號太空梭是美國正式使用的第二架太空梭,於1983年4月4日正式進行任務首航。挑戰者號在1986年1月28日進行代號STS-51-L的第10次太空任務時,因為右側固態火箭推進器上面的一個O形環失效,導致一連串的連鎖反應,並且在升空后73秒時,爆炸解體墜毀。機上的7名宇航員全部在該次意外中喪生。

1 挑戰者號太空梭 -簡介

挑戰者號太空梭「挑戰者」號太空梭
 「挑戰者」號(Challenger)是NASA第二架正式使用的太空梭,1983年4月4日正式進行了首次發射。「挑戰者」號與「企業」號一樣,建造初衷是作測試用,但完成測試任務之後,NASA突然改變主意,將「挑戰者」改裝成正式的軌道器。1986年1月28日,「挑戰者」號在執行第10次空間任務時,升空73秒后發生爆炸解體墜毀,機上7名航天員全部遇難。造成事故的直接原因是右側助推火箭密封裝置失靈,發射時溫度過低導致合成橡膠密封圈失去彈性,無法起到密封作用。在9次飛行行動期間,「挑戰者」號太空梭將太空實驗室以及數顆軍事和科學衛星送入軌道。

2 挑戰者號太空梭 -命名由來

「挑戰者」號太空梭名字來源於19世紀70年代航行於大西洋與太平洋上的美國海軍的研究船隻「挑戰者」號為名。「挑戰者」這個名字還被用來命名「阿波羅」17號飛船的登月艙。

3 挑戰者號太空梭 -研製歷程

在洛克威爾公司當初獲得的那紙26億美元合約中,該公司需負責製造一對靜態測試體(也就是主推進器測試體MPTA-098與結構測試體STA-099),以及兩架初期飛行測試載具(也就是OV-101與OV-102)。但在1978年達成的一項決議中,決定不將用來作為迫近與降落測試(Approach and Landing Test,ALT)用途的企業號太空艙改裝成可以實際使用的的軌道載具,使得真正可以執行任務的軌道載具剩下了哥倫比亞號而已。因此在1979年1月29日時,NASA與洛克威爾補簽了一張合約,將挑戰者號(當時編號STA-099)從測試載具的狀態改裝成真的可以執行太空任務的軌道載具OV-099。 

STA-099在1979年11月7日被送回原製造商洛克威爾,改裝工程也從那時開始,要將挑戰者號由測試用途改裝成任務用途的工程規模比較單純,但挑戰者號然然躲不掉整架被拆解開來再重新組裝的命運。這主要是因為,原本的挑戰者號上裝置的是一個模擬用的乘客艙,因此工程師得將整個太空艙的前半段機身拆開,才有辦法取出模擬艙,放入真正有功能的乘客艙模組。除此之外,挑戰者號的機翼部分也經過相當程度的改良與強化,這些參考數據全來自它先前所進行的那些實機測試。 最後,在駕駛艙中加裝上兩具抬頭顯示器(HUD)之後,挑戰者號的改裝工程遂告一段落,整架太空艙的空重為155,400磅(70,552公斤),加上主引擎后重175,111磅(79,500公斤),較哥倫比亞號約輕了2,889磅(1311公斤)。 抬頭顯示器進行第十次任務時,於升空過程中突然爆炸墜毀。

在實際過程中,挑戰者號與另一艘太空梭發現號曾經經過肯尼迪太空中心的改裝,以便能夠在籌載艙裡面載送半人馬上節火箭(Centaur Upper Stage)。配合這點太空艙的籌載艙里需裝設額外的管線、通風管與可以監控上節火箭運作的飛行平台,以配合半人馬火箭的低溫(L02/LH2)推進燃料(大部分的慣性上節火箭(IUS)都是使用固態推進燃料)。不過,NASA從沒有實際進行過用太空艙載運半人馬火箭的任務過,而自從挑戰者號爆炸墜毀后,有關當局就決定中止這種危險的嘗試,畢竟在籌載艙里放了一具裝滿高爆燃料的火箭,所冒的風險實在太大。

4 挑戰者號太空梭 -建造過程

STA-099
1972年7月26日 - 簽約
1975年11月21日 - 開始乘客艙模組的結構組裝
1976年6月14日 - 開始後段機身的結構組裝
1977年3月16日 - 機翼自格魯曼(Grumman)公司送抵位於加州棕櫚谷(Palmdale, CA)的洛克威爾工廠
1977年9月30日 - 開始最後組裝
1978年2月10日 - 完成最後組裝
1978年2月14日 - 在棕櫚谷駛出棚廠,正式亮相
OV-099
1979年1月5日 - 簽約
1979年1月28日 - 開始乘客艙模組的結構組裝
1980年11月3日 - 開始最後組裝
1981年10月23日 - 完成最後組裝
1982年6月30日 - 在棕櫚谷駛出棚廠,正式亮相
1982年7月1日 - 以陸運方式將太空梭自棕櫚谷送至愛得華
1982年7月5日 - 空運至肯尼迪太空中心(Kennedy Space Center,KSC)
1982年12月19日 - 進行飛行準備點火
1983年4月4日 - 首次飛行(STS-6)

5 挑戰者號太空梭 -主要任務

挑戰者號太空梭挑戰者號太空梭

挑戰者號太空艙(STS Challenger,STS是太空運輸系統Space Transportation System的縮寫,是美國官方對於太空艙這種設備的正式稱呼)是美國航空太空總署(NASA)旗下正式使用的第二架太空艙。開發初期原本是被作為高擬真結構測試體(high-fidelity Structural Test Article,因此初期機身代號為STA-099),但在挑戰者號完成了初期的測試任務后,被改裝成正式的軌道載具(Orbiter Vehicle,因此代號改為OV-099),並於1983年4月4日正式進行任務首航。 

挑戰者號在1972年完工啟用時,主要的功能並非實際擔負往返地球與外太空之間的軌道運具功能,而是美國的建造計劃初期,用來測試機身結構安全性的高擬真結構測試體(編號STA-099)(Rockwell)公司製造,在1978年2月4日送抵洛克希德(Lockheed)42號工廠,開始進行實際的結構測試。  

STA-099在一個由256架油壓千斤頂所組成的43噸重測試儀中,進行了為期11個月的測試與分析,這些千斤頂能在836個不同的部位上施加荷重。在電腦的控制下,能夠逼真的模擬出太空倉在發射、爬升、繞行軌道、重返大氣層與降落時所受到的各種力量,其中,太空梭主引擎啟動時的龐大推力是由三具一百萬磅(約450公噸)推力的液壓汽缸來模擬。除此之外,挑戰者號的機翼部分也經過相當程度的改良與強化,這些參考數據全來自它先前所進行的那些實機測試。最後,在駕駛艙中加裝上兩具抬頭顯示器(HUD)之後,挑戰者號的改裝工程遂告一段落,整架太空梭的空重為70552公斤,加上主發動機后重79500公斤,比哥倫比亞號太空梭約輕了1311公斤。挑戰者號飛行次數:10次, 繞行地球:987圈,在太空中總共停留69天。  

6 挑戰者號太空梭 -主要成就

挑戰者號太空梭美國「挑戰者」號太空梭宇航員麥坎德列斯和斯圖爾特不系安全索離開太空梭實現在太空行走

1984年2月7日,美國「挑戰者」號太空梭宇航員麥坎德列斯和斯圖爾特不系安全索離開太空梭實現在太空行走,成為人類探索太空奧秘的第一批「人體地球衛星」。這是美國宇航員麥坎德利斯飛離「挑戰者」號太空梭約150英尺(約合46米),完成了人類首次無安全索太空行走。

7 挑戰者號太空梭 -遇難

挑戰者號太空梭
1986年1月28日,美國東部時間11:38,佛羅里達肯尼迪航天中心39B發射台,挑戰者號太空梭騰空而起。
在升空前6.6秒,三部太空梭主引擎(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,並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,從發射台開始上升。

在火箭離開發射塔后,SSME以最大效能的104%運行,控制權從位於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太空梭,在T+28時SSME開始降低功率以減小太空梭在密度較大的低空大氣中的速度。在T+35.379時,SSME已低於計劃的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。

正當太空梭達到最大Q值時,它遭遇了太空梭程序記錄中最強烈的風切變。
在T+58.788時,一台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後一個屏障。在一秒內,煙羽變得明顯並劇烈。由於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衝力導致的不平衡。在T+66.764時,太空梭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迴路的最後一次通訊。

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。

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,並且撞擊到了內部燃料艙結構。

在T+73.162時,太空梭在14.6千米(48,000英尺)的高度上開始解體。
失事現場
挑戰者號太空梭
卡納維拉爾角太空梭發射現場。麥考利芙兒子的同班同學們到場觀看,當太空梭騰空而起時孩子們歡呼雀躍。
1986年1月28日,在卡納維拉爾角離發射現場6.4公里的看台上,聚集了1000多名觀眾,其中有19名中學生代表,他們既是來觀看太空梭發射的,又是來歡送他們的老師麥考利夫。1984年,航天局宣布將邀請一位教師參加航天飛行,計劃在太空為全國中小學生講授兩節有關太空和飛行的科普課,學生還可以通過專線向麥考利夫提問。麥考利夫就是從11000多名教師中挑選出來的。
挑戰者號太空梭爆炸后化成火焰的「挑戰者」號

挑戰者號太空梭在順利上升:7秒鐘時,飛機翻轉;16秒鐘時,機身背向地面,機腹朝天完成轉變角度;24秒時,主發動機推力降至預定功率的94%;42秒時,主發動機按計劃再減低到預定功率的65%,以避免太空梭穿過高空湍流區時由於外殼過熱而使飛機解體。這時,一切正常,航速已達每秒677米,高度8000米。50秒鐘時,地面曾有人發現太空梭右側固體助推器側部冒出一絲絲白煙,這個現象沒有引起人們的注意。52秒時,地面指揮中心通知指令長斯克比將發動機恢復全速。59秒時,高度10000米,主發動機已全速工作,助推器已燃燒了近450噸固體燃料。此時,地面控制中心和太空梭上的計算機上顯示的各種數據都未見任何異常。65秒時,斯克比向地面發出最後一句報告詞。第72秒時,高度16600,太空梭突然閃出一團亮光,外掛燃料箱凌空爆炸,太空梭被炸得粉碎,與地面的通訊猝然中斷,監控中心屏幕上的數據陡然全部消失。挑戰者號變成了一團大火,兩枚失去控制的固體助推火箭脫離火球,成V字形噴著火焰向前飛去,即將掉入人口稠密的陸地,航天中心負責安全的軍官比林格,在第100秒時,通過遙控裝置將它們引爆了。 

爆炸后的碎片在發射東南方30公里處散落了1小時之久,價值12億美元的太空梭被炸成碎片墜入大西洋,七名機組人員全部遇難。

事故原因最終查明:起因是助推器兩個部件之間的接頭破損,噴出的燃氣燒穿了助推器的外殼,繼而引燃外掛燃料箱。燃料箱裂開后,液氫在空氣中劇烈燃燒爆炸。

事故遇難者
挑戰者號太空梭
佛羅里達肯尼迪航天中心,宇航員們走向發射台從前面往後,分別是指令長:弗朗西斯·斯科比,任務專家朱迪斯·瑞斯尼克,任務專家羅納德·麥克納爾,載荷專家格里格·賈維斯,任務專家埃里森·奧尼祖卡,教師克里斯塔·麥考利芙,以及駕駛員米歇爾·史密斯。

挑戰者號太空梭51-L7名宇航員分別是:機長:弗朗西斯·斯科比,四十六歲;駕駛員:邁克爾·史密斯,四十歲,宇航員:朱迪恩·雷斯尼克(女),三十六歲;羅納德·麥克奈爾,三十五歲;埃利森·鬼冢,三十九歲;格里高利·傑維斯,四十一歲;教師克里斯塔·麥考利夫(女),三十七歲。

機長弗朗西斯·斯科比(Francis Scobee)曾是美國空軍戰鬥機飛行員。

 駕駛員邁克爾·史密斯(Michael Smith),曾在美國海軍服役,擔任過戰鬥機飛行員,多次獲得獎章,其中包括海軍特級飛行十字勳章和國家敢於戰鬥銀星十字勳章。

挑戰者號太空梭

克里斯塔·麥考利夫(Christa McAuliffe)出生於美國波士頓,在新罕布希爾州康科德中學任教。

1986年1月31日,1.5萬名航天工作者冒著寒風在休斯敦約翰遜航天中心為失事的7名機組人員舉行了追悼儀式。里根總統出席追悼儀式並慰問了遇難者的家屬。2月3日,里根總統下令成立一個由13人組成的總統調查委員會,調查太空梭失事的原因。由前國務卿羅傑斯為首的調查委員會在4個月的調查中,訪問了160人,舉行了35次調查會議,搜集了6萬3千份文件和數百幅照片。6月9日調查委員會正式向里根總統提出長達256頁的調查報告。報告認為,「挑戰者」號爆炸的原因是右側助推火箭存在問題。由於太空梭發射時氣溫過低,寒冷的天氣對火箭墊圈產生影響,最終導致爆炸。

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