航天事業的成功是如何來之不易
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導言
提筆開始寫這篇文章之時,朋友嚴肅的對我說:「你這太不吉利了。」
吉利?雖然我國神舟系列載人航天不斷取得成功,但幾十年來,人類航天事業從來不是一帆風順,在我們為科研工作者和航天員驕傲的同時,也從來不應該忘記,今天的成功是如何來之不易。
作者:王錚
中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室
首次載人航天的坎坷
「1961年4月12日,世界上第一艘載人飛船成功從蘇聯境內升空。世界上第一位太空人是蘇聯公民尤里·阿列克謝耶維奇·加加林!」 ——蘇聯國家廣播電台播音員列維坦興奮的向全世界進行了播報,加加林從此成為蘇聯航天的標誌和英雄。
蘇聯媒體為此準備了一系列的關於載人航天成功的宣傳,但宣傳的背後,這次人類首次的太空之旅並不順利。
首位進入太空的宇航員加加林的紀念郵票
按照計劃,要進行8次成功試射才算是完全準備好,但實際上,在這次成功發射之前,只進行了7次試射,而且其中只有3次是標準意義上的成功。
在7次試射中,有2次以失敗收場。一次是飛船留在軌道上,怎麼也「不肯回家」;另一次是飛船在回地球的過程中被燒毀,當時艙中還有許多動物,它們均「英勇捐軀」。
1960年10月24日,一枚做試射準備的火箭竟在發射塔上爆炸,導致戰略火箭軍元帥米特羅凡·涅傑林喪生,一支科研專家隊伍也全軍覆沒。
但蘇聯高層顧不上這些了,因為他們得到消息,美國人也在準備載人航天,一切都不能再等了。
幸運的是,7次試射中最後2次成功了,它們都是在1961年3月進行的,距離最後的載人飛行已經不足一個月。
就這樣,4月3日,蘇共中央主席團會議決定,立即進行載人發射。
幸運的是,發射終於成功了,人類首次進入了太空。
美蘇載人登月遭遇的悲劇
我們現在知道,「阿波羅11號」任務是人類首次登上月球的航天飛行,而11號之前的阿波羅系列飛船則是最終這一步的鋪路石。在這當中,「阿波羅1號」飛行經歷了巨大而慘痛的航天事故。
阿波羅1號飛船原本計劃於1967年2月進行14天的繞地球試飛。這一年,距離人類航天器首次進入太空已經整整10年。
此前的一系列成功使美蘇兩國都信心十足,很多人開始以為征服太空難度不過如此,肯尼迪總統更是信心滿滿地提出60年代末要把人送上月球。
1967年1月27日,阿波羅1號飛船的3名宇航員照例穿上航天服,登上卡納維拉爾角航天中心34號發射台頂層,在運載火箭頂端的飛船指令艙內訓練。
3人機組中,指令長格斯·格里索姆參加過1961年7月的「水星-紅石4號」飛船和1965年3月的「雙子星3號」飛船任務,埃德·懷特1965年6月在「雙子星4號」上成為第一位在太空漫步的美國人,兩個人都有過飛行經驗,只有羅格·查菲是新手。
阿波羅1號的3位宇航員
由於不需要為火箭加註燃料,這次試驗被認為是「沒有危險」的,醫生和消防隊都原地待命。
模擬進行了5個半小時後,飛船瞬時功率突增,指令艙內的電線(長達32公里!)的某個地方可能出現了嚴重的短路。很快,航天員發現座椅底下開始起火併蔓延,趕緊發出求救。僅僅半分鐘的時間內,燃燒的管道產生的致命毒煙進入了環境系統,3人都大面積燒傷,迅速陷入昏迷,並在3、4分鐘後無可挽回地死去了。
在飛船外,電視畫面閃過一道強光,接著傳來金屬裂開的巨響,技術人員以為飛船要爆炸,急忙逃離。發現爆炸沒有發生,他們又提著滅火器沖回去,卻被火焰逼回。他們不停呼叫飛船,卻毫無反應。
事故發生5分鐘後,地面人員終於打開艙門,消防員和醫生相繼趕到。而由於航天服材料熔化,宇航員已經和艙體粘在一起。
阿波羅1號受挫的同一年,蘇聯人並沒有停下腳步。
他們進一步審視安全,反而對成就的需要更緊迫——這一年是十月革命50周年,發射人類第一顆衛星10周年。
於是,蘇聯進行了「聯盟1號」任務。
在美國阿波羅1號發射失敗事故之前,蘇聯的聯盟1號試飛(沒有載人),如加加林那次一樣,依舊非常不順利:
1966年11月28日,首次試飛,飛船剛一入軌就姿態失控,因為擔心落在中國境內,最後採取了自毀;
12月14日,第二次試飛,離主發動機點火只剩幾秒時自動控制系統竟中止了倒計時,之後火箭發動機意外啟動了,接著飛船和火箭相繼爆炸,所幸沒有任何傷亡;
1967年2月7日,第三次試飛,返回艙前部防熱罩的一個維護口蓋基本被燒穿,飛船內部嚴重受損,飛船堅持了過去,卻又碰巧砸在了海面一塊浮冰上。
三次失敗說明飛船的準備依舊存在問題,但像加加林時候一樣,蘇聯高層又一次決定冒這個險,敲定1967年4月23日進行聯盟1號飛行任務。
聯盟一號的宇航員科馬羅夫
4月23日,「聯盟1號」如期發射。
24日4點50分發布的消息稱:飛船和宇航員一切正常。隨後9小時沒有官方消息。
12點27分,塔斯社和莫斯科廣播電台聯合宣布:「宇航員科馬羅夫在結束『聯盟1號』飛船試飛時不幸犧牲。」隨後的報道說:當降落傘的主傘在7公里的高度展開時,傘繩發生纏繞,致使飛船高速下降,導致科馬羅夫身亡。
這是世界上首次有人死於航天飛行途中。
聯盟一號殘骸
蘇共中央書記處書記烏斯季諾夫領導的調查發現:降落傘出傘受阻竟是傘箱內外的壓差和摩擦阻力所致,該系統的4次投放試驗均未發現這一隱患。另外,由於下降速度太快,飛船前部防熱罩也未按要求在3000米高度被拋掉,制動發動機也未正常工作。
火箭起飛事故
除了上面提到的,航天史上也曾有許多次火箭發射發生了爆炸事故,這裡列舉一些:
-- 1957年12月6日發射現場,美國的先鋒TV3火箭在發射兩秒後,僅僅飛離地面四英尺(1.2米)就因失去推力而回落到發射台,發生強烈的爆炸,發射台也嚴重受損。
-- 1986年4月18日,美國航空航天局(NASA)正計劃用泰坦34D-9 KH9-20火箭將價值數十億美金的攝影偵察衛星送進太空,但發射後僅八秒,一場爆炸將一切化為烏有。
-- 1996年2月14日,我國長征三號火箭運載著國際通信衛星708發射,火箭升空2秒後就開始出現傾斜,22秒後完全失控,最終在距離發射塔1.85千米的山坡上發生劇烈爆炸,造成6人喪生,57人受傷,但當時曾被謠傳造成500人死亡。
長征三號失事造成6人喪生,57人受傷,但當時被謠傳造成500人死亡
-- 1996年6月4日,歐洲航天局(ESA)於法國的庫魯發射阿里安-5火箭,升空40秒後發生了爆炸。
-- 1997年1月,美國三角洲二號7925火箭在其升空17秒後發生劇烈爆炸,一起爆炸的是它運載的一套全新設計的GPS衛星。
-- 1998年8月12日,美國泰坦四號A-20火箭發生爆炸,運載的偵察衛星也未能倖免。
-- 2011年3月4日,美國NASA運載「榮耀」衛星的金牛座-XL火箭發射,但因整流罩系統未能完全打開而失事。
-- 2013年7月2日,俄羅斯的質子-M火箭在哈薩克的拜科努爾航天發射場發射後不久就發生了墜毀,其攜帶的三顆導航衛星也因此報銷。
-- 2016年9月1日,這是距離我們很近的一次,美國SpaceX公司的獵鷹9號火箭在進行靜力點火實驗過程中發生爆炸。同日,我國高分十號衛星在太原衛星發射中心由長征四號乙運載火箭發射,但火箭升空之後遇到技術故障而墜落,發射失敗。
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獵鷹9號火箭爆炸的動態圖片
兩次太空梭事故,最大載人航天災難
下面要講到的這兩起事故,可以用「災難」來形容,它們沉重地打擊了人類的載人航天活動。
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),挑戰者號太空梭在美國佛羅里達州發射,載有7名宇航員,其實一名是新罕布希爾州的一名教師克麗斯塔·麥考利夫,她將在宇宙空間中給美國孩子們進行視頻授課。
挑戰者號太空梭7名宇航員
然而事後調查指出,挑戰者號太空梭升空後,因其右側固體火箭助推器的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。這一情況的結果是,高速飛行中的太空梭在空氣阻力的作用下於發射後的第73秒解體,機上7名宇航員全部罹難。
這一突如其來的事故使毫無準備的美國人民震驚。挑戰者號的殘骸散落在大海中,後來被遠程搜救隊打撈了上來。
在事故發生後,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。飛行指揮傑伊·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」,這表明挑戰者號已經破裂成了許多碎片。飛行動力官員報告說飛行器已經爆炸。
不過,太空梭與外部艙實質上並沒有「爆炸」。它們是在太空梭接近最大氣動壓力後,被巨大的空氣動力迅速撕裂的。外部艙解體後,其中儲存的燃料與氧化劑逸出並造成爆炸,產生巨大火球的假象。這些泄漏的液氧和液氫產生了最初組成可見煙雲的成分:水蒸氣與氣體。
挑戰者號太空梭事故的氣體
由於上天的教師要講課,有許多媒體在發射現場進行了實況直播, 美國有線電視新聞網CNN還提供了全國性的直播。最終,在眾目睽睽之下,挑戰者號太空梭發生了災難。
在事故發生後的一項研究中,17%的答覆者表示他們觀看了太空梭的發射,剩下的人也均表示他們在一小時內就得知了事故發生的消息。由於之前的宣傳,據《紐約時報》報道,有48%的九至十三歲的學生在學校觀看了電視直播。
從事故當天起,媒體保持了高度的關注。在災難發生的那一晚,羅納德·里根總統原已預定對國會發表年度國情咨文,最終他將之推遲了一周,並在白宮向全美髮表了一份關於挑戰者號災難的演說,這份演講非常的著名。
培養一名航天員本就要付出巨大的努力,太空梭也凝聚了無數科學家的心血,發生如此重大的事故,無疑是一次災難。
數年之後,2003年年2月1日美國東部時間上午9時,美國「哥倫比亞」號太空梭在返回途中,在得克薩斯州北部上空解體墜毀,同樣有7名宇航員全部遇難。
哥倫比亞號太空梭7名宇航員
在當時,距離著陸只剩下15分鐘,距離地面僅有61公里的高度,但地面與太空梭間的對話突然中斷,地面人員只看到哥倫比亞號碎裂成無數小塊,在天空拖過一條長長的白煙。
事故是不可避免的嗎?
事實上,哥倫比亞號太空梭於2003年1月16日發射升空,1月24日技術人員撰寫報告稱,在「哥倫比亞」號發射82秒後,有三個泡沫材料碎塊從連接外部燃料箱和太空梭的支架區域脫落,每個碎塊長約20英寸(相當於50厘米),它們擊中太空梭後「似乎出現了瓦解」,化為大量更小碎片。
不過,美國航空航天局(NASA)認為,這不會影響太空梭飛行安全性,宇航局飛行控制部門也「同意這一結論」。
哥倫比亞號太空梭失事
然而,事件後的一系列調查報告指出,哥倫比亞號太空梭外部燃料箱表面泡沫材料安裝過程中存在的缺陷,恰恰是造成整起事故的禍首。
外部燃料箱表面脫落的一塊泡沫材料擊中太空梭左翼前緣的名為「增強碳碳」(即增強碳-碳隔熱板)的材料。當太空梭返回時,經過大氣層產生劇烈摩擦使溫度高達1400℃度的空氣在沖入左機翼後融化了內部結構,致使機翼和機體融化,導致了悲劇的發生。
2009年12月30日,NASA公布了最終報告,從「哥倫比亞」號艙內警報響起,到宇航員生命結束只有約1分鐘時間。
太空梭翻滾著失去控制,宇航員試圖控制太空梭,但噩運降臨的非常快。數秒鐘後,乘員艙失壓。
報告認為,壓力下降造成的缺氧讓宇航員死亡或昏迷,昏迷者隨後在飛機劇烈翻滾搖晃中受到致命撞擊致死。
不要忘記,這一長串的悲劇列表
這個表格非常非常的長,是由維基百科整理列舉的,包括了各種原因航天空難事故的具體信息,是英文的。
限於讀者朋友的閱讀時間和流量,這裡只給出截圖,不需要大家都打開。只是希望人們不要忘記,在我們大踏步前進的航天事業中,許多人在其中失去了健康,甚至失去了生命。
正因為航天路上有這些血淚,我們現在的進展才更加彌足珍貴,希望大家看了本文沉重的話題之後,能對人類的載人航天越發增加尊重。
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作者:王錚 中國科學院國家空間科學中心空間天氣學國家重點實驗室
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※我不是CIA,我是空間情報局!生於國家空間科學中心,隸屬天宮二號
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※在太空「清涼解熱」
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