哥伦比亚号航天飞机为什么会解体

为什么哥伦比亚号航天飞机会解体？让我们一起来看看。

20032月1日，哥伦比亚号航天飞机在返回地面时解体，7名航天员全部死亡，成为16年前挑战者号航天飞机坠毁以来最大的航天事故。

美国航空航天局立即成立了哥伦比亚事故调查委员会，包括诺贝尔奖得主、斯坦福大学道格拉斯·许多权威专家，如奥谢罗夫教授。经过几个月的工作，调查委员会对整个飞行数据进行了详细的分析，找出了事故的原因。

根据航天飞机的设计指标和多次飞行的测量数据，在整个再进入大气层的过程中，铝结构的平均温升约为每分钟1.2℃，然而，哥伦比亚显示的数据非常异常：第二秒，航天飞机达到102公里高，一般认为是气动加热的初始阶段，没有异常；第8秒，虽然没有进入高加热期，但温度传感器发现左翼起落架温度异常升高，左翼温度在第10秒上升15℃；第13秒，休斯顿任务控制中心根据机翼铝结构的最高设计温度，失去了温度传感器数据175℃推断所用传感器的量程不应在200℃上述现象表明结构温度已达到175℃在第15秒，哥伦比亚号在61公里高，里克机长·赫斯本德最后一次回应地面，他在噪音中失去了联系，然后目击者和雷达发现哥伦比亚被解体为无数的碎片。从上述数据不难看出，左翼防热瓦的故障导致了太空飞机的最终解体。

那么，为什么左翼上的防热瓦会失效呢？经调查发现，当航天飞机起飞时，左翼前缘受到从储物箱上脱落的泡沫的冲击。根据起飞时的相机记录（相机距离航天飞机40公里），公里），起飞后57秒，一块泡沫从储物箱上脱落，约为泡沫0.76长度不大于1米，厚度为6毫米20°以700米/秒的速度攻击左翼前缘。同时，根据记录，当时的噪声水平高于正常值。

当时被认为无关紧要的轻微冲击是否是破坏防热瓦的罪魁祸首？事故调查委员会利用地面试验复制了防热瓦被破坏、最终导致机器毁灭和死亡的全过程。

根据上述起飞时冲击过程的参数（如泡沫塑料尺寸、冲击速度和角度等），备用航天飞机机翼作为试验部件。果然，机翼的前缘被大约25平方厘米的孔击中。然后用等离子体加热高温气流，模拟再次进入大气层时的气动热。试验结果表明，防热瓦很快从受损部位烧毁。机翼前缘防热瓦是一种碳纤维增强复合材料。损坏过程是：材料基体碳先损坏，然后碳纤维松动，最后损坏整个部件。地面试验完全复制了防热瓦损坏和防热失效的整个过程。

事故调查委员会还进一步调查了泡沫脱落的原因。以下是泡沫的必要性及其隐患。

航天飞机发射时，中间最大的圆柱体部分是由液氧箱和液氢箱组成的储罐。储罐主要为航天飞机上的主发动机提供推进剂。在航天飞机进入轨道之前，储罐的推进剂耗尽，箱体和航天飞机解锁并自行着陆，然后在进入大气层时燃烧。

液氢和液氧存放在外储箱中。液氢和液氧的储存温度分别低于-253℃和-183℃。箱内温度升高会蒸发液氢和液氧，增加储罐内压，破坏储罐。因此，储罐外应覆盖一层绝缘性能优异的泡沫绝缘材料。一方面，这种绝缘材料保持了箱内的低温，另一方面，它也使箱外的表面温度不会太低，以防止大气中的水分在储罐表面结冰。绝缘泡沫材料脱落的原因是它与储罐的连接方式。这种绝缘材料与储罐的外表面用胶层粘合。在工程实施过程中，如此大面积的胶接面难以避免个别脱胶和胶层中的气泡。航天飞机发射后，在上升段逐渐加速的过程中，高速气流与表面的摩擦会增加绝缘材料的温度，胶层中残留的气体会因温度升高而膨胀，导致泡沫绝缘层局部脱落。事故分析还证实，当时脱落的泡沫绝缘材料位于储罐发射段表面温度较高的部位。

由于发射段储罐外表面温度升高，胶层中的气泡难以避免，因此很难消除泡沫绝缘层的脱落。事实上，2003年哥伦比亚失事后发布的一份报告称，一个美国研究小组跟踪了航天飞机防热瓦10年的损坏记录，结果表明，航天飞机每次飞行后都会损坏多个防热瓦，平均损坏部位为25个。

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