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哥倫比亞號穿梭機災難

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哥倫比亞號穿梭機災難
STS-107任務標誌
日期2003年2月1日 (2003-02-01)
時間08:59 EST（13:59 UTC）
地點德克薩斯州和路易斯安納州上空
結果為增加安全措施，穿梭機停飛2年、改進乘員限制、開始研究處理災難性座艙失壓和自動降落傘系統的有效方法。
傷亡人數
里克·赫斯本德
威廉·麥庫爾
大衛·布朗
卡爾帕娜·喬拉
米高·安德森
勞雷爾·克拉克
伊蘭·拉蒙
調查哥倫比亞號事故調查委員會（英語：Columbia Accident Investigation Board）

哥倫比亞號穿梭機災難（Space Shuttle Columbia disaster）發生於2003年2月1日，哥倫比亞號當時執行STS-107任務在德克薩斯與路易斯安納上空重返大氣層。該事故造成機上所有7名太空人遇難。哥倫比亞號的殘骸從達拉斯郊外一直散落到泰勒，部分殘骸落入路易斯安納。

穿梭機外儲箱上的絕熱材料碎片在發射時因空氣動力脫落並擊中哥倫比亞號左翼前緣，損壞了重返時提供保護的穿梭機隔熱系統，哥倫比亞號因此失事。哥倫比亞號在軌道上時，一些NASA工程師懷疑左翼已經受損，但是管理人員限制了進一步調查。[1]

NASA原先的穿梭機設計規範指出，外儲箱不應散落泡沫塑料或其它碎片；因此穿梭機遭到碎片撞擊是需要於准許發射前解決的安全問題。工程師發現泡沫塑料散落和碎片撞擊不可避免且無法解決，根據此類情況不是安全威脅或可接受風險的假定，發射通常獲得批准。大多數穿梭機發射都有泡沫碎片撞擊和防熱瓦傷痕的記錄。[2]STS-107前的STS-112任務中，外儲箱腳架斜坡上的泡沫塑料脫落並撞擊到了左固體推進器底部與外儲箱的連接環上，撞擊產生了3英寸寬、3英寸深的凹痕。[3]此次任務後，NASA分析了撞擊情況並假定外儲箱可安全飛行，泡沫塑料不會產生威脅到飛行安全的新問題[4]。哥倫比亞號仍在軌道上時，該理由在任務管理團隊主席琳達·哈姆（英語：Linda Ham）的要求下重新評估。哈姆和穿梭機計劃經理羅恩·迪特莫爾（英語：Ron Dittemore）都出席了2002年10月31日決定繼續穿梭機發射的會議[5]。

在STS-107重返階段，高溫氣體穿透損傷部位並摧毀了內部機翼結構[6]，迅速導致穿梭機在空中解體。乘員遺體和若干穿梭機碎片在一次涉及德克薩斯、路易斯安納、阿肯色的地面搜索中找到。

STS-107任務是第113次穿梭機發射，曾被推遲18次[7] ，其原定發射日期為2001年1月11日，實際發射日期為2003年1月16日（此為STS-113的原定發射日期）。在2002年7月19日前的一個月前，穿梭機因推進劑管線裂推遲發射。但事故發生6個月後，哥倫比亞號事故調查委員會（英語：Columbia Accident Investigation Board）認為該推遲與此次災難無關。[7]

事故調查委員會的建議書指出了若干技術和管理問題。同挑戰者號事故一樣，穿梭機此後停飛兩年。國際太空站建造暫停，在STS-114前29個月內完全依靠俄羅斯聯邦太空局補給，在STS-121前41個月內替換人員也完全依靠俄太空局。在穿梭機重飛後，主要操作變化包括徹底的入軌檢查，確認穿梭機隔熱系統承受上升的能力，並準備好指定的救援任務，以防發現無法彌補的損壞。此後，除了2009年NASA透過STS-125升空任務修復位於高海拔低傾角軌道的哈勃太空望遠鏡之外，穿梭機只前往國際太空站，以便在太空人必要時就近作為避難所。

乘員

STS-107乘員，左起：布朗、赫斯本德、克拉克、喬拉、安德森、麥庫爾、拉蒙

發射時的碎片撞擊

哥倫比亞號在其最後任務中起飛。軌道器鼻部支撐物底部的淺色三角形是左腳架泡沫斜坡 Video
脫落並損壞穿梭機機翼的左腳架泡沫斜坡細節。

自甘迺迪太空中心LC-39-A發射架發射後約82秒，一個公事包大小的絕熱泡沫塑料從外儲箱脫落，擊中哥倫比亞號左翼碳－碳複合材料（英語：reinforced carbon-carbon）板。哥倫比亞號事故調查委員會進行的實驗顯示是次撞擊產生了一個6英寸（15厘米）到10英寸（25厘米）直徑的洞，使高溫氣體在哥倫比亞號再入大氣層時進入機翼。撞擊發生時，軌道器在約海拔66,000英尺（20公里；12.5英里）處以2.46倍音速（1,870英里每小時（840米每秒））飛行。

左腳架泡沫斜坡是一個約3英尺（0.91米）長的，完全由泡沫塑料製成的空氣動力學組件。此組件並非結構材料，但仍須承受一些空氣動力學載荷。這些特殊要求使其澆築和固化過程必須由高級技師進行。[8]外儲箱被泡沫塑料包裹，避免在充滿液氫和液氧時表面結冰損壞穿梭機。腳架斜坡原被用於減少腳架於外儲箱連接點上的氣動應力，但本次事故中顯示該斜坡並不必要。該斜坡在STS-107之後的任務的外儲箱設計中被取消。（液氧管線上的一處泡沫塑料斜坡在分析與測試後也被取消）。

在STS-7（1983）， STS-32（1990）， STS-50（1992）， STS-112（與STS-107僅間隔一個任務）中都觀測到了腳架泡沫斜坡整體或部分脫落。諷刺的是，STS-112攜帶了外儲箱相機以了解泡沫塑料脫落問題。本次事故之後的分析顯示，STS-52與STS-62中腳架泡沫斜坡也已脫落。突起物空氣載荷斜坡也產生脫落碎片。至少一個撞擊沒有造成嚴重損害。NASA管理部門開始將這種現象稱為泡沫塑料脫落。雖然O形環破損最終毀滅了挑戰者號，NASA管理部門開始習慣了這些沒有造成嚴重損害的現象。社會學家黛安·沃恩在其關於挑戰者號穿梭機發射決定的著作上將這種對故障的習慣稱為偏差的正常化。[9]

STS-107起飛時的錄像在發射兩個小時後被反覆回顧，並沒有發現異常。翌日，經過通宵處理的高解像度影像顯示泡沫塑料碎片擊中了左翼，可能損壞了穿梭機的熱防護系統[10]。截至此時，由於穿梭機的跟蹤錄像解像度過低，還無法確定機翼的確切受損部位。

再入時的損壞

下面是哥倫比亞號再入時的時間軸，原定着陸時間是美國東部時間09:16。

飛行管制團隊並沒有對任何有關哥倫比亞號脫離軌道和再入的問題進行努力。該團隊表示對升空過程中左翼收到撞擊並不擔心，再入應當和以往一樣。管制團隊完成了脫離軌道點火檢查清單和再入檢查清單手續。天氣預報員在穿梭機教練機（英語：Shuttle Training Aircraft）機師的幫助下評估了甘迺迪太空中心着陸場的狀況。
所有氣象觀察和預告都符合飛行條例的要求，所有系統正常。
  • 08:10－座艙通訊員通知機組進行脫離軌道點火。
  • 08:15:30 （EI-1719）－赫斯本德和麥庫爾通過哥倫比亞號的兩個軌道機動系統引擎進行脫離軌道點火。
點火指令執行時，軌道器以腹面朝上，尾部向前的姿勢位於印度洋上空175英里（282公里）處。脫離軌道機動在第255軌道進行，2分38秒的點火令軌道器自17,500英里每小時（7.8公里每秒）減速並開始再入。在點火期間，機組感受到了10％的重力。赫斯本德將軌道器機動到右側朝上，面部朝前，機鼻上指，此後的點火過程中沒有問題。
  • 08:44:09 （EI+000）－入口界面（Entry Interface，EI），人為定義的軌道器進入稠密大氣層點，位於太平洋上空400,000英尺（120公里；76英里）處。
哥倫比亞號自太空進入大氣層後與空氣分子撞擊通常使機翼前緣溫度平穩上升，在接下來的6分鐘內升至2,500 °F（1,370 °C）。（前穿梭機計劃經理韋恩·黑爾在一次記者會上指出，90％的升溫是因軌道器超音速飛行壓縮空氣造成的，而不是摩擦的結果。）
大約08:57時的哥倫比亞號，可見來自左翼及後方的尾流異常。圖片由美國空軍的望遠鏡拍攝。
  • 08:48:39（EI+270）－左翼翼尖前緣的一個傳感器感受到了高於哥倫比亞號以往再入的扭曲。
此數據僅被模組化輔助資料系統紀錄，並沒有傳送給地面控制或機組。此系統與飛行數據記錄器類似。
  • 08:49:32（EI+323）－哥倫比亞號進行了計劃的向右翻滾，速度：24.5馬赫。
哥倫比亞號開始橫向翻滾產生升力以減少下降率和加熱速率。
  • 08:50:53（EI+404）－哥倫比亞號進入了長達10分鐘的氣動加熱，此時熱應力最大。速度：24.1馬赫，高度243,000英尺（74公里；46.0英里）。
  • 08:52:00（EI+471）－哥倫比亞號大約在加利福尼亞海岸線西300英里（480公里）處。
軌道器機翼前緣溫度此時通常達到2,650 °F（1,450 °C）。
  • 08:53:26（EI+557）－哥倫比亞號自薩克拉門托西的加州海岸線通過，速度：23馬赫，高度231,600英尺（70.6公里；43.86英里）。
軌道器機翼前緣溫度此時通常達到2,800 °F（1,540 °C）。
美國國家氣象局雷達探測到的散佈於德克薩斯和路易斯安納的哥倫比亞號殘骸，以紅色、橙色和黃色顯示
位於德克薩斯州休斯頓的林頓·約翰遜太空中心主入口的臨時紀念碑
  • 08:53:46（EI+577）－外出觀察的人群看到了碎片脫落的跡象。速度：22.8馬赫，高度230,200英尺（70.2公里；43.60英里）。
軌道器周圍的過熱空氣突然變亮，導致軌道器發光軌跡突變。該變化在西海岸黎明前的天空中十分明顯。觀察者在接下來23秒內目擊了四次類似事件，業餘影片片段中的對話顯示這些觀察者已經意識到他們正在拍攝某種異常情況。
  • 08:54:24（EI+615）－維護、機械與乘員系統（MMACS）官員向飛行主管匯報左翼的四個壓力傳感器「讀數偏低」。飛行控制中再入仍然照常進行。
「讀數偏低」指讀數低於傳感器最低量程。通常意味着傳感器因內部或外部因素失效，而不是實測數值低於最低量程。
再入團隊繼續討論失效跡象。
  • 08:54:25（EI+616）哥倫比亞號穿過加州，進入內華達空域。速度：22.5馬赫，高度227,400英尺（69.3公里；43.07英里）。
目擊者此時觀察到了一次明亮的閃光，並在接下來4分鐘內觀測到了18次類似事件。
  • 08:55:00（EI+651）再入近11分鐘後，機翼前緣溫度通常達到近3,000 °F（1,650 °C）。
  • 08:55:32（EI+683）－哥倫比亞號穿過內華達到達猶他。速度：21.8馬赫，高度223,400英尺（68.1公里；42.31英里）。
  • 08:55:52（EI+703）－哥倫比亞號穿過猶他進入亞利桑那。
  • 08:56:30（EI+741）－哥倫比亞號在亞利桑那進行了從左向右的反向反轉。
  • 08:56:45（EI+756）－哥倫比亞號穿過亞利桑那進入新墨西哥。速度：20.9馬赫，高度219,000英尺（67公里；41.5英里）。
  • 08:57:24（EI+795）－哥倫比亞號通過阿爾伯克基北部。
  • 08:58:00（EI+831）－此時機翼前緣溫度通常減少至2,880 °F（1,580 °C）。
  • 08:58:20（EI+851）－哥倫比亞號穿過新墨西哥進入德克薩斯。速度：19.5馬赫，高度209,800英尺（63.9公里；39.73英里）。
此時軌道器一塊防熱瓦脫落，是所有已發現碎片中最靠西的。搜索隊在拉伯克北部利特菲爾德（英語：Littlefield, Texas）農田中發現了這片防熱瓦。
  • 08:59:15（EI+906）－MMACS向飛行主管匯報左起落架兩個輪胎壓力讀數失效。飛行主管命令座艙通信員告知機組任務控制中心已經收到了訊息而且正在評估讀數。飛行主管還補充說飛行管制團隊無法理解機組的上一條通信。
  • 08:59:32（EI+923）－任務指令長的一條不完整通信被紀錄：「收到，嗯。但－［被中間打斷］...」（"Roger, uh, bu – [cut off in mid-word] ..."）。這是任務控制中心收到的最後一組機組通信和最後一組遙測信號。
  • 08:59:37（EI+928）－操縱飛行控制面所必需的液壓約於GMT 13:59:37失效。此時主警報將會響起，穿梭機失控，開始不受控制的滾轉和偏航，機組此時了解到所遇到的嚴重的問題。[11]
  • 09:00:18（EI+969）－達拉斯附近的地面觀察者作出的錄像與目擊者報告顯示軌道器在其上空解體、不斷破裂成更小的碎片並留下若干向東的凝結尾。任務控制室中除了丟失信號，並沒有其他嚴重問題的跡象。在軌道器解體前的GMT 14:00:18，哥倫比亞號座艙壓力正常，機組仍能夠自覺活動。[11] 機組模組在解體過程中幾乎保持完好，但是已無法保持座艙壓力，於9:00:53徹底失壓。
  • 09:00:57（EI+1008）－仍然完整的機組模組斷裂成了若干子組件，並在9:01:10從視野中消失。任何倖存的機組成員在此刻已經死亡。
  • 09:05－德克薩斯中北部居民，特別是泰勒附近的居民報告了來自達拉斯東部空中的巨大隆聲、小幅震盪波、煙和碎片。
  • 09:12:39（EI+1710）－在接到穿梭機解體的目擊報告後，NASA飛行主管宣佈進入緊急狀況，通知搜救隊進入碎片區域。他還通知地面控制員：「地面控制；飛行［主管］，地面控制；飛行［主管］。鎖門。」（「GC; flight, GC; flight. Lock the doors.」）兩分鐘後任務控制中心開始執行緊急狀況預案。任何人不得進入或離開控制室，飛行管制員開始為未來分析保留所有任務資料。[12]

回收殘骸

在東德克薩斯（英語：East Texas）、西路易斯安那和阿肯色西南部分縣找到了包括人類遺體在內的超過兩千件殘骸。大部分殘骸散落在了納科多奇斯到達拉斯西南的人煙稀少的地區。每日電訊報報道說搜救隊發現了包括手臂、足、軀幹、心臟在內的人類遺體。[13]在事故發生後的數月內，人們組織起了最大的地面搜索。[14] NASA發出警告說任何殘骸都可能含有有害化學品，人們不應接觸任何殘骸並應向當地災難應對部門或政府當局匯報其位置；任何人擅自佔有殘骸還將被起訴。由於殘骸散佈面積之廣，業餘無線電操作員們自發向搜索隊提供通訊支持。[15]

一些裝有秀麗隱杆線蟲成蟲（約1毫米長）培養皿的鋁製容器在事故後幾周內被發現，這些線蟲在再入與墜落時倖存[16][17]；2003年4月28日，這些培養物被確認仍然存活。[18]這些線蟲是研究失重對生理影響的生物實驗的一部分，由卡西·康利（英語：Cassie Conley）主持進行。

在搜索殘骸時發生了一起直升機墜機事故，殘骸搜索機師小朱爾斯·F·米爾和碎片搜索航空專家查爾斯·克熱內克遇難，另外三人也因此受傷。[19]

一些德克薩斯州居民找到了部分殘骸，並無視警告、企圖在網上拍賣網站eBay上以10000美元起價拍賣這些殘骸。此拍賣被迅速移除，有關哥倫比亞號的節目、照片、貼布繡等商品在事故後迅速升值；與哥倫比亞號有關的商品數量也同時激增。[20]為回收被非法佔有殘骸開出的三天特赦期間，數百件穿梭機殘骸被上繳。[21]超過四萬件找到的殘骸無法辨識。最大的碎片包括前起落架輪胎[22]和窗框。[23]

2008年5月9日，據報道哥倫比亞號上的一個硬盤上的數據被在事故中倖存。[24]該硬盤用於存儲關於剪切稀化性質的實驗數據。[25]儘管這個340MB的硬盤部分受損，但是存儲實驗數據的部分安然無恙並得以恢復。

2011年7月29日，納科多奇斯當局通知NASA說在一湖中發現了直徑4英尺（1.2米）的殘骸。NASA鑑定此殘骸為電力反應劑儲存和分配系統的一部分。[26]

哥倫比亞號的所有殘骸存儲於航天器裝配大樓閒置的辦公用地中。所有機組成員遺體被另外存儲於大樓專門隔間中。[27]

紀念

2003年2月4日，喬治·W·布什總統同夫人勞拉在林頓·約翰遜太空中心為太空人家屬主持了追悼會。兩天後，副總統迪克·切尼同夫人琳恩在華盛頓國家座堂的類似追悼活動中與華盛頓官員和全國一起致敬。是次追悼會上，歌手帕蒂·拉貝里演唱了Way Up There。[28]

阿靈頓國家公墓中的哥倫比亞號紀念碑
火星探測漫遊者勇氣號上的哥倫比亞號紀念標記

3月26日美國眾議院科學委員會批准在阿靈頓國家公墓為STS-107機組建立紀念碑的撥款。阿靈頓國家公墓已為挑戰者號的最後機組建立類似的紀念碑。2003年10月28日，太空人們的姓名被加在了位於甘迺迪太空中心參觀園區（英語：Kennedy Space Center Visitor Complex）的空間鏡紀念碑（英語：Space Mirror Memorial）上。

為紀念機組，休士頓太空人隊在2003年4月1日賽季開始時讓機組成員的親友同時進行七次開球儀式（英語：Ceremonial first pitch）。在奏唱國歌時，包括哥倫比亞號最終任務中的飛行控制等在內的107名NASA人員將美國國旗帶上球場。另外在整個賽季中，太空人隊隊員手套上都貼上了STS-107任務的貼布繡，他們也將陽棚廣告替換為STS-107任務標誌。[29]

2004年，布什向在挑戰者號事故與哥倫比亞號事故中遇難的全部14名太空人追授國會太空榮譽勳章。[30]

為紀念哥倫比亞號和其機組，NASA將若干地點以他們命名：七顆帕洛瑪山天文台於2001年7月發現的小行星以七名太空人的名字正式命名：51823 里克赫斯本德、51824 米高安德森、51825 大衛布朗、51826 卡爾帕娜喬娜、51827 勞雷爾克拉克、51828 伊蘭拉蒙、51829 威廉麥庫爾。[31]火星上，火星探測漫遊者勇氣號的着陸點被命名為哥倫比亞號紀念站，勇氣號的高增益天線後方也貼着寫有機組成員姓名的牌子。勇氣號着陸點東部的七座丘陵命名為哥倫比亞丘陵，七座丘陵都分別按照機組成員姓名命名。勇氣號專門探測了赫斯本德山並登上其頂峰。NASA還同樣將美國國家科學氣球設施更名為哥倫比亞科學氣球設施（英語：Columbia Scientific Balloon Facility）。

媒體

此事件也收錄在2005年國家地理頻道節目《重返危機現場》第二季。

相關條目

參考文獻

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