美国航宇局报告防热瓦受损后的安全性

美国航宇局报告防热瓦受损后的安全性

riben事故发生的原因现在是全世界的中心。虽然目前调查工作还在紧张地进行中,要下任何定论都为时尚早,但是从美国航宇局提供的信息来看,失事的原因似乎只是一个技术问题,防热瓦的脱落可能是罪魁祸首。不过俗话说“冰冻三尺,非一日之寒”,航天飞机发生如此重大的事故,怎么可能只是一个技术原因造成的呢?从事故前的种种迹象表明,哥伦比亚号早已存在事故隐患,技术人员的判断失误和管理人员的侥幸心理也是一个原因,但最重要的还是航宇局在安全管理上存在严重问题。因此这次事故很有可能是几种因素的“集成”。119费歇贝等人的报告根据美国航宇局提供的信息,发生事故的原因主要是在起飞时,航天飞机左翼下的防热瓦因受撞击而发生脱落,当再入大气层时因高温而导致解体。目前调查工作的重点是查清撞击的原因。其实航天飞机防热瓦容易受损并不是新问题,早在1990年就已经有人提出过警告。防热瓦是航天飞机结构中最薄弱的一个环节。飞机上共有25000多块防热瓦,是航天飞机抵御再入时高温的主要手段。1990年美国工程学教授费歇贝克等人就曾经给航宇局写过一份报告,根据他们对防热瓦的风险分析发现,防热瓦非常容易损坏,如果受到太空碎片或是从外贮箱脱落下来的保温材料的撞击,即可碎裂和脱落。而防热瓦一旦碎裂和脱落,即可发生严重事故。费歇贝克等人根据航天飞机头33次飞行的情况研究发现,每次飞行都有不同数量的防热瓦受损,最少的有53块,最多的达707块,平均为179块。受损有轻有重,有几次受损较重,将近有200块防热瓦被严重破坏。当然,不同部位的防热瓦受损后产生的风险也不一样,有15%的防热瓦一旦受损可引起85%的事故风险。费歇贝克等人也指出,航天飞机外贮箱和两个固体火箭助推器的外面保温材料在发射时容易脱落,而且脱落后产生的碎块很容易撞击关键部位的防热瓦,从而引起严重事故。根据哥伦比亚号事故调查组掌握的材料,航天飞机在起飞后不久,地面工作人员就发现外贮箱的保温材料脱落,并直接撞击在防热瓦上;另外在航天飞机解体前,左侧机翼下方靠近起落架的地方温度骤然升高,说明这个地方的防热瓦已经损坏和脱落。这一切都与费歇贝克等人的报告基本吻合。美国航宇局接到报告后对报告进行了研究,并对防热系统进行了一些改进,但由于各方面的原因,所以没有从根本上解决问题。2哥伦比亚号第32次飞行因何获损哥伦比亚号是美国第1架航天飞机。1981年4月12日首次飞行,到2003年1月共进行过28次太空飞行任务。1991年8月10日,在完成第11次太空飞行以后曾进行过1次大修。在这次大修中改装了50多个结构件,提高了防热系统的性能,并于1992年2月9日重新使用。1994年10月8日,哥伦比亚号进行了第2次更正规的大修,历时6个月,更换或改装了90多个结构件。1999年9月,在美国空军的第42工厂又做了第3次大修,历时长达17个月,花费9000万美元。美国航天飞机的设计寿命是飞行100次,但哥伦比亚号仅飞了28次,为什么要接连进行多次大修呢?因为哥伦比亚号在近几年来发生了一系列事故,已成为航宇局的一块“心病”。1997年4月4日~8日,哥伦比亚号在完成编号为STS-83的飞行任务时,由于机上3台燃料电池中有1台发生严重故障,被迫取消原计划的微重力科学实验任务,轨道飞行时间也从原来的15天缩短为3天零23小时。1997年7月1日,哥伦比亚号进行编号为STS-94的飞行,重新完成STS-83没有完成的微重力科学实验任务,而且机组成员也是同一批航天员。但特别令人后怕的是1999年7月的1次飞行,哥伦比亚号发生了一连串的事故,差一点儿就回不来。先是起飞时1颗小的螺钉脱落,刺破了3根冷却管,使得主发动机提前关闭,导致航天飞机未能到达预定轨道。后来又发生发动机控制器故障,6个控制器中有2个不能正常工作,在这种情况下,如果出现电压波动,电子控制器就会自动关闭。好在这种控制器在机上有备份,哥伦比亚号才能平安返回。事后航宇局的主管部门放心不下,决定成立1个调查小组,要彻底查清事故原因。调查小组经过详细的调查后发现,因为1颗螺钉的小垫圈由于磨擦使附近的1根导线破损,导致断路继电器跳闸。这根导线所在位置通常有1个保护罩覆盖着,从4年前大修以来一直没有人动过。调查小组还发现,航天飞机20%的导线都是放置在一般人接触不到的地方,平常对这些导线很难检查。而且这些导线的总长度约320km,因此调查小组建议再做1次大修,以便对这些导线进行1次全面的检查。1999年9月24日,哥伦比亚号在美国空军的第42工厂进行了第3次大修。大修中除有空军第42厂的技术人员外,还请了350名波音公司的工程技术人员。他们对航天飞机上所有的铆钉和焊接处都做了全面的检查。此外,还更新了防热系统,对散热器进行了更好的防护,用最新的触摸屏式电子仪表取代所有的老式显示器和机械测量仪。2001年3月,哥伦比亚号离开第42厂回到肯尼迪航天中心。有意思的是航宇局当时就计划,2002年还要对哥伦比亚号进行1次大修。2002年3月1日是哥伦比亚号大修后的首次发射,完成编号为STS-109的第27次飞行任务。航天员在太空逗留10天零22小时,并完成5次太空行走,于3月12日安全返回。这次发生灾难性事故的飞行是哥伦比亚号在第3次大修后的第2次飞行。现在的问题是哥伦比亚号在第3次大修以后,为什么航宇局马上决定在2002年还要进行1次大修?而发生事故的哥伦比亚号第28次飞行是在2003年1月16日~2月1日。也就是说,哥伦比亚号原本应进行第4次大修,但不知是什么原因没有按计划进行,就急急忙忙将其送上天。第3次大修的重点是导线系统,但据航宇局的工程技术人员说,其实哥伦比亚号除导线系统以外,还有1个大隐患是金属腐蚀。因为根据事故调查组的调查和研究,从外贮箱上脱落的保温泡沫材料对防热瓦的撞击,是不可能使航天飞机解体的,必定还有其他原因。而最可能的1个原因是航天飞机左翼前缘金属梁发生腐蚀,大大减弱了其结构强度,再加上保温泡沫材料的撞击,在航天飞机再入大气层时的高温和高压下使其解体。哥伦比亚号的机翼是用蜂窝结构的2024铝合金制成的,而螺栓是用718铬镍铁合金和A286耐蚀钢制成的。肯尼迪航天中心离海边很近,下雨时雨水中盐份很大。航天飞机在发射台上遭雨淋后,这几种金属会像化学电池一样地起化学反应,因此左翼金属梁就会因腐蚀而减弱其结构强度。1983年在航天飞机飞行后的检修中就曾经在机翼下发现这种腐蚀现象。不过,因为发生金属腐蚀的地方,主要是在机翼下检修人员很难到达的部位,所以检修起来非常困难。2000年3月,由航宇局组成了1个“航天飞机独立评价组”。该评价组在其评价报告中也指出,由于受腐蚀的地方非常隐蔽,因此需要使用可靠的非破坏性技术进行检查。而且建议在2000年底之前,为了保证航天飞机的安全,应该对金属腐蚀情况进行1次全面的检查与维修。但是到了2001年这个问题仍没有解决,因此又被重新提出来,可惜当时航宇局的领导并不十分重视,认为金属腐蚀对航天飞机的安全还不至于马上构成威胁,因此决定等一等再说。当然,金属腐蚀情况到底有多严重?飞机左翼金属结构的强度到底减弱到什么程度?在这次灾难性事故中金属腐蚀到底起多大作用?这些问题只有等事故原因调查清楚以后才能得到回答。3重撞击造成的后果在哥伦比亚号发射升空以后,航宇局的工程技术人员观看了发射时的录像,看到3块有门前擦鞋垫那样大小的保温材料从外贮箱上脱落下来,在航天飞机腹部铺防热瓦的部位重重地撞击了3下。观看的技术人员嚇出一身冷汗。其中一人立即反应:“我的上帝,出问题了!我还从来没有看到过航天飞机受到如此沉重的撞击。”发射后的第2天,航宇局的高级官员也观看了这段录像。有些技术人员建议用望远镜拍摄航天飞机腹部的照片,因为在1998年发现号航天飞机发射升空,阻力伞舱门发生故障时,就是用这种方法拍摄了在轨航天飞机后部的照片。这是从地面获得在轨航天飞机高质量照片的惟一办法。可惜航宇局负责这次航天飞机飞行的官员不同意,他说:“因为我们没有解决问题的任何办法,所以即使拍摄到高质量的照片也没有用处。”在哥伦比亚号飞行期间,航宇局曾召开过2次电话会议。会上有一些弹道分析专家对撞击航天飞机的材料碎片进行了分析。他们主要分析了碎片的质量、数量和撞击部位。然后,由防热瓦方面的专家估计了这些碎片对航天飞机的损坏情况。电话会议后这些专家得出的结论是,防热瓦受损的面积可能比较大,但深度不会太深,因此对航天飞机的安全不会构成危害。后来经过进一步的分析发现,撞击发生在航天飞机起飞后80s,有多块防热瓦碎裂和损坏,部位在航天飞机的左翼下部,面积约76cm×17cm。一位曾经参加过会议的人后来回忆说,虽然大家感到这个结论有问题,但是当时只能下这样的结论,因为我们没有其他办法,我们不能告诉航天员你们的航天飞机出问题了。另一位参加会议的技术人员道出真情。他说,从发现防热瓦被撞坏以来,整个航宇局是按照一种错误的逻辑来行事:如果发生意外,我们没有任何办法来营救这7名航天员,只能听天由命。航宇局管理人员的所作所为给人一种印象,他们自始至终存在一种侥幸心理。由于这种侥幸心理,他们虽然早就发现哥伦比亚号在起飞时,因受撞击使得航天飞机左翼下的防热瓦碎裂和脱落,但他们在2周的飞行中没有采取任何措施去查、去修、去救,最终酿成大祸。因此,人们不禁提出下列问题:第一,为什么航宇局在航天飞机2周的飞行中不采取任何措施,对防热瓦损坏和脱落的情况进行进一步的检查?虽然航天飞机是在轨道上,但根据以往的经验仍可以采取多种手段检查,如使用大功率的望远镜或侦察卫星等。另外,在2周的飞行中,航天飞机几次飞过国际空间站,为什么不让国际空间站上的航天员用带有望远镜的摄像机将防热瓦脱落的情况拍摄下来?而且在没有进一步查清事实的情况下就仓促下结论,认为航天飞机的安全没有问题。第二,为什么航宇局不让航天员通过太空行走到舱外去维修航天飞机脱落的防热瓦?众所周知,太空维修是航天员的“拿手好戏”,在载人航天史上美国航天员曾创造了一个又一个奇迹。如果没有太空维修,美国的“天空实验室”只能成为太空中的一堆废物,25亿美元的计划就可能以失败告终。1984年4月,航天飞机航天员成功修好了“太阳峰年任务”卫星。1990年4月,“哈勃”空间望远镜由发现号航天飞机送上轨道,但工程技术人员很快发现望远镜的光学系统存在严重问题,3年以后航天飞机又带着航天员上去维修。航天员更换了好几个部件,最后使望远镜的功能全部恢复正常。而在哥伦比亚号这次为时2周的轨道飞行中,航宇局让航天员自始至终忙于科学实验,完全不考虑通过太空行走到舱外去进行太空维修。航宇局的官员解释说,哥伦比亚号上确实有2名航天员接受过出舱活动的训练,而且也有2套出舱活动航天服,但是他们只能完成简单的太空维修任务,对于维修脱落的防热瓦,既没有这方面的训练,也没有维修工具和备用的防热瓦,因此不能完成这种任务。由此可见,航宇局明明知道防热瓦是航天飞机上非常容易损坏的零件,为什么机上既不带维修工具和备用防热瓦?也不对航天员进行这方面的维修训练?这只能说明航宇局的领导决策失误、考虑不周、安全意识淡薄。第三,既然已经确定航天飞机脱落的防热瓦不能维修,又知道如果脱落的防热瓦不能维修好将会产生怎样的严重后果,航宇局为什么不设法营救哥伦比亚号的航天员?其实在哥伦比亚号返回前有很多的营救机会。例如,可以立即发射另一架航天飞机上去营救。虽然按照常规,航天飞机每次飞行前准备工作的时间需要4个月,但是在紧急情况下,也可以在1周内发射。哥伦比亚号上的燃料和生活必需品比较充足,可以在轨道上维持到2月5日,如果航天员能节约用水和食品,在轨道上的停留时间还可以进一步延长。而阿特兰蒂斯号航天飞机已经在发射台上,可以完成紧急发射任务。如果阿特兰蒂斯号上只乘2名航天员,哥伦比亚号上的7名航天员即可乘阿特兰蒂斯号返回。总之,航宇局在技术上判断失误,错误认为防热瓦受损对航天飞机的安全不会构成危害;同时思想上又存在侥幸心理,认为任何措施和办法都无济于事,只求上帝保佑不出问题。一旦出了问题,航天员只有等死,别无选择。4减少了20世纪80年代,新能源让经济成为新的增长点挑战者号航天飞机失事以后,事故调查委员会经过调查后认为,发生这起重大事故有两方面原因:其一是技术方面的原因;其二是安全管理方面的原因。同样,哥伦比亚号失事也存在着这两方面的原因,不过目前美国航宇局和3个事故调查委员会只注意技术方面的原因,尽量回避安全管理方面的原因。其实航宇局的安全管理工作近几年来一直存在着严重问题。美国很多安全管理方面的专家,无论是在职的或是退休的,都对航宇局提出过警告。该局前安全咨询委员会主席在2002年4月就曾经警告航宇局,航天飞机的安全工作有问题。他说:“由于经费不足,老化的航天飞机不能得到适当的维修和更新,特别是1981年就开始使用的哥伦比亚号,不断出现事故。因此我从来没有像今天这样对航天飞机的安全感到担忧。”由于经费削减,航宇局近几年来大量裁员,有10000多名有长期工作经验的专家、工程技术人员和安全管理人员被解雇,大大削弱了航宇局的安全生产水平。由于经费紧张和大量裁员,航宇局的安全生产计划被束之高阁,风险评估形同虚设,甚至好几百项必不可少的安全检查工作也被取消。但更为严重的是航宇局的领导听不进下面的意见,反而大讲假话,说什么他们将航天飞机的经费削减了40%,但各种事故和故障减少了70%。在挑战者号航天飞机失事之前,重大事故的发生概率是1/78,而现在是1/483,到2005年将降低到1/1000次。在挑战者号事故以后,人们已经认识到航天飞机还是一种试验性的载人航天器,它在很多方面都没有达到原定的设计要求,在运行中要非常小心谨慎,要定期维修和更新。因此挑战者号事故以后国会拨款10多亿美元,用于航天飞机的更新换代,对原来的设计和结构进行了200多处的重大修改,维修保养人员增加了好几千人。航宇局设立了专门的安全监管机构,他们认真负责,不放过任何一点安全隐患,对机上的设备即使是做最简单的调节,工程技术人员也要进行2~3次的测试。可惜好景不长,克林顿上台以后推行了一项所谓航天飞机私有化的政策。因此,航宇局将航天飞机的日常工作委托给了3家美国航天公司,要求它们设法降低航天飞机的费用,同时提高其安全性能。此后,航天公司立即解雇549名工作人员,这些人中包括很多对航天飞机重要系统进行检查和维修保养非常有经验的技术人员。在20世纪90年代,航天飞机的经费预算减少了40%。而在航天飞机的经费预算中,用于安全生产方面的经费从1988年的49%减少到1999年的19%。布什执政以后情况更为严重。2002年4月,政府决定在6年内将航宇局用于航天飞机安全和更新的经费减少5.3亿美元,从而取消了3个至关重要的航天飞机更新项目。同时航宇局还宣布,推迟新一代航天飞机的研制计划,目前的4架老朽的航天飞机还要坚持飞到2020年。在美国载人航天计划中,航宇局的高层领导和基层工程技术人员考虑和关心的问题完全不同:基层工程技术人员每天考虑和关心的是航天飞机的安全和可靠性,他们认为每一次发射和再入都存在着巨大的风险,很多事情难以预料,而任何一个零部件的故障和失灵都可能导致灾难性的重大事故,因此一切都应老老实实地按科学规律办事;而航宇局的高层领导则是要对美国国会和白宫负责,要按照国会和白宫的意图办事,有时甚至要违反科学规律和安全要求。当年发生挑战者号事故的一个原因,就是航宇局的领导要让国会和白宫相信,航天飞机在10年内能完成100次飞行。因此他们要求下面的工程技术人员赶时间,不能一次又一次的推迟发射,最后尽管工程技术人员再三劝阻,说明条件不成熟就发射将冒巨大风险,但航宇局的领导仍然坚持按时发射,结果造成挑战者号升空爆炸的悲剧。挑战者号事故后航宇局又安全飞行了17年,真是幸运。其实这期间曾发生过多起可能导致大灾难的小事故。例如,1997年4月哥伦比亚号的STS