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哥倫比亞號航天飛機
鎖定
- 中文名
- 哥倫比亞號航天飛機
- 外文名
- STS Columbia OV-102
- 編 號
- OV-102
- 國 家
- 美國
- 簽約日期
- 1972年7月26日
- 命名來源
- 帆船“哥倫比亞號”
- 失事日期
- 2003年2月1日
- 事故原因
- 隔熱層脱落擊中飛船左翼前緣
- 損失情況
- 機毀，7名宇航員全部遇難
- 執飛次數
- 28次
- 首航日期
- 1981年4月12日
哥倫比亞號航天飛機研製歷程
哥倫比亞號航天飛機歷史背景
美國國家航空航天局（NASA）研製的航天飛機是世界上第一種往返於地面和宇宙空間的可重複使用的航天運載器。
美國航天飛機的研究工作開始於20世紀60年代末期。
1969年9月“阿波羅”飛船首次登月成功後2個月，美國總統便指定美國空間工作組研究制定未來空間研究的方針和途徑。1969年末該工作組正式提出研製包括航天飛機在內的新的空間運輸系統。
哥倫比亞號航天飛機研製進程
美國航天飛機的研製工作共分A、B、C、D四個階段。A階段研究航天飛機外形，並提出進一步研究的要求和方向。B階段為技術經濟指標確定和力案設計階段。C階段進行技術設計，D階段為生產和飛行階段，二者合稱C/D階段。
1969年，航天飛機研製A階段開始實施，在該階段提出兩級全部重複使用的航天飛機方案。方案中推器和軌道飛行器的連接方式各有不同，有腹部相接、背馱和並聯等幾種佈局。大多為直機翼飛行器，設有18.3x4.6米貨艙，可載乘員10人，載貨11.3噸。助推器將軌道飛行器送至高空後飛回發射場。推進系統全部採用液氧/液氫作為推進劑。
1970年3月開始由北美洛克維爾（North America Rockwell）公司和麥克唐納-道格拉斯（Mc Donnell Douglas）公司承擔航天飛機B階段研究工作。到1971年6月決定選用滿足空軍要求的185千米軌道運載能力為29.5噸並具有高橫向機動能力的三角形機翼軌道飛行器方案。後來因蘇聯放棄登月競賽，美國航天預算緊縮，航宇局被迫改變方案，將推進劑箱全部移至軌道飛行器外，並取消重複使用的載人助推器方案。
1972年1月15日，美國總統正式宣佈研製全新的空間運輸系統。當年3月確定了接近於實際狀態的總體方案。載人回飛型助推器改為彈道回收的並聯助推器，軌道飛行器縮小，主發動機由2台大推力發動機改為3台小推力發動機，貯箱移到機體外，姿控和機動發動機改用可貯推進劑。1970~1980年期間航天飛機的研製方案不斷修改調整。
1972年7月，美國航天局（NASA）指派約翰遜航天中心（Johnson Space Flight Center）負責軌道飛行器研製管理；馬歇爾航天飛行中心（Marshall Space Flight Center）負責軌道飛行器主發動機、外貯箱和固體助推器研製管理；肯尼迪航天中心（Kenndy Space Center）負責航天飛機組件的組裝、測試及發射管理，此外由洛克維爾公司負責軌道飛行器的設計與研製、由馬丁•瑪麗埃塔•丹佛航空公司（Martin Marietta Denver Co.）負責外貯箱的研製與製造，由莫頓聚硫橡膠公司（Morton Thiokol Co.）負責固體助推器的研製與製造，由洛克達因公司（Rockctdyne Div）負責主發動機的研製。
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1976年9月17日，第一架航天飛機軌道飛行器“企業號”出廠。1977年2月，“企業號”軌道飛行器開始進行進場着陸試驗。
1977年至1981年3月，“企業號”航天飛機軌道飛行器進行各種測試、試驗。
美國總計研究製造了6架航天飛機的軌道飛行器，即：OV-101“企業號”（Enterprise）、OV-102“哥倫比亞號”（Columbia）、OV-099“挑戰者號”（Challenger）、OV-103“發現者號”（Discovery）、OV104“阿特蘭蒂斯號”（Atlantis）和OV-105“奮進號”（Endeavour）。其中第一架“企業號”為地面靜力試驗用機，其它5架為實際飛行用軌道飛行器。
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哥倫比亞號航天飛機系統組成
哥倫比亞號航天飛機總體設計
哥倫比亞號航天飛機由軌道飛行器、外貯箱和固體助推器組成。航天飛機可從美國的兩個發射場發射。從肯尼迪角發射執行包括地球同步軌道在內的低傾角軌道任務；從范登堡空軍基地發射執行包括極軌道在內的高傾角軌道任務。
航天飛機在發射場垂直起飛，上升過程中拋擲工作完畢的固體助推器殼體和外貯箱。助推器在海上回收、整修後供再次使用，外貯箱不可回收。
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航天飛機集火箭、衞星和飛機的技術特點於一身，能像火箭那樣垂直髮射進入空間軌道，又能像衞星那樣在太空軌道飛行，還能像飛機那樣再入大氣層滑翔着陸，是一種多功能航天飛行器。在返航時，航天飛機軌道飛行器能借助於氣動升力的作用，滑行上萬千米的距離，然後在跑道上水平降落。與此同時，它還能在滑行中向兩側方向作2000千米的機動飛行，以選擇合適的着陸場地。
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哥倫比亞號航天飛機總長約56米，翼展約24米，起飛重量約2040噸，起飛總推力達2800噸，最大有效載荷29.5噸。哥倫比亞號航天飛機的核心部分軌道器長37.2米，大體上與一架DC-9客機的大小相仿。機身腹部附有一個巨大的推進劑外貯箱，裏面裝着幾百噸重的液氧、液氫燃料，供給航天飛機燃料進入太空軌道，外貯箱兩邊各有一枚固體燃料助推火箭，機尾裝有三個主發動機，整個組合裝置重約2000噸。
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航天飛機總體佈局示意圖
航天飛機總體佈局示意圖
哥倫比亞號航天飛機軌道飛行器
哥倫比亞號航天飛機的軌道飛行器是航天飛機唯一能全部重複使用的組件，由結構系統、推進系統、防熱系統、電子系統、環境控制與生命保障系統、電源與配電系統、輔助動力裝置、液壓系統、警告/報警系統、煙火檢測和防火系統、有效載荷持留、釋放和回收系統組成。
軌道飛行器按設計要求每架軌道飛行器可重複使用100次，每次最多可將29.5噸有效載荷送入185~1110千米近地軌道，將14.5噸有效載荷帶回地面。軌道飛行器每次任務可載3~7名宇航員，在軌道上逗留7~30天，進行會合、對接、停靠，執行人員和貨物運送，空間試驗，衞星發射、檢修和回收等任務。
軌道飛行器執行任務後返回機場，水平着陸。軌道飛行器具有2000千米橫向機動能力。原規定軌道飛行器的維護週期為160小時，即2周後便可執行下一次任務。
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航天飛機外形四視線圖（尺寸參數單位：米）
航天飛機外形四視線圖（尺寸參數單位：米）
哥倫比亞號航天飛機外貯箱
哥倫比亞號航天飛機軌道飛行器主發動機所用推進劑全部貯存於外貯箱中，主發動機關機後外貯箱被拋擲，再入大氣時解體並濺落於遠洋中。航天飛機的外貯箱是航天飛機加註後最重的一個組件，由前部液氧箱、裝有大部分電子組件的非增壓箱間段和後部液氫箱組成。外貯箱長47米、直徑8.38米、結構質量約33503千克、加註後的質量約743253千克。液氧加註質量604195千克；液氫加註質量101606千克。
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哥倫比亞號航天飛機固體助推器
哥倫比亞號航天飛機的固體助推器是當時最大的也是第一種可重複使用的固體發動機。2台助推器為航天飛機起飛到45.7千米的上升段提供主要推力。設計要求每台至少使用20次。助推器的主要組成部分有發動機、結構、分離系統、電子系統、飛行測量系統、配電系統、減速系統和靶場安全自毀系統等。
哥倫比亞號航天飛機設計參數
哥倫比亞號航天飛機參考數據：
基本參數 | |
|---|---|
全長 | 56.14米 |
總高 | 23.34米 |
起飛質量 | ~2041噸 |
起飛推力 | 30802.7千牛 |
性能參數 | |
過載 | <3G |
運行軌道高度 | 185.0~1110千米 |
軌道運行時間 | 7~30天 |
軌道機動速度增量 | 304~762.5米/秒 |
乘員 | 3~7人（特殊情況10人） |
有效載荷質量 | 入軌29.5噸；出軌14.5噸 |
額定地面週轉時間 | 14天 |
橫向機動能力 | |
基本參數 | |
|---|---|
長度 | 45.46米 |
直徑 | 3.70米 |
總質量 | 2x586.51噸 |
結構質量 | 2x82.88噸 |
推進劑質量 | 2x503.63噸 |
推進劑 | 氧化劑-過氯酸銨；燃料-鋁粉 |
海平面推力 | |
基本參數 | |
|---|---|
總長 | 37.24米 |
機高 | 17.27米 |
翼展 | 23.79米 |
貨艙直徑 | 4.5米 |
貨艙長度 | 18.3米 |
乘員艙容積 | 70.8~80.0立方米 |
結構質量 | 68.04噸 |
滿載質量 | |
性能參數 | |
工作壽命 | 飛行100次 |
主發動機 | 3台 |
推進劑 | 液氧/液氫 |
推力 | 真空-3x2090.7千牛；海平面-3x1668.1千牛 |
比衝 | 真空-4464.5牛·秒/千克；海平面-3552.5牛·秒/千克 |
軌道機動發動機推力 | 3x26.69千牛 |
橫向機動能力 | |
哥倫比亞號航天飛機飛行歷程
哥倫比亞號航天飛機首次升空
STS-1哥倫比亞號試飛
在下一架航天飛機“挑戰者”號建成之前，“哥倫比亞”號又進行了四次飛行。
2003年1月16號發射升空的“哥倫比亞”號原定2001年升空，但由於技術故障和航天飛機調配等原因，發射日期一直被推遲到了2003年1月16號。“哥倫比亞”號此次飛行總共搭載了6個國家的學生設計的實驗項目，其中包括中國學生設計的“蠶在太空吐絲結繭”實驗。
哥倫比亞號航天飛機歷次任務
哥倫比亞號航天飛機是美國的航天飛機機隊中第一架正式服役的首架航天飛機，該機自1981年4月12日首次執行太空飛行任務後，共進行了28次太空飛行任務，運送宇航員120人/次。下面是歷次飛行概況：
日期 | 任務代號 | 任務目的 | 宇航員 | 降落地點 | |
|---|---|---|---|---|---|
1981年4月12日 | STS-1 | 首次飛行測試 | 2 | 愛德華茲空軍基地 | |
1981年11月12日 | STS-2 | 再次系統測試；地球科學觀測 | 2 | Joseph H. Engle；Richard H. Truly | 愛德華茲空軍基地 |
1982年3月22日 | STS-3 | 進一步測試；科學實驗；地球科學觀測 | 2 | Jack R. Lousma；C. Gordon Fullerton | 白沙太空港 |
1982年6月27日 | STS-4 | 科學實驗；測試對美空軍有效載荷 | 2 | Thomas K. Mattingly；Henry W. Hartsfield | 愛德華茲空軍基地 |
1982年11月11日 | STS-5 | 部署商用的ANIK C-3和SBS-C通信衞星（由於宇航服故障，取消EVA） | 4 | Vance D. Brand；Robert F. Overmyer； Joseph P. Allen；William B. Lenoir | 愛德華茲空軍基地 |
1983年11月28日 | STS-9 | 首次天空實驗室計劃 首名西德宇航員（Ulf Merbold） | 6 | John W. Young；Brewster H. Shaw；Owen K. Garriott Robert A. Parker；Byron K. Lichtenberg；Ulf Merbold | 愛德華茲空軍基地 |
1986年1月12日 | STS-61-C | 部署通訊衞星；科學實驗 | 7 | Robert L.Gibson；Charles F.Bolden； Franklin R. Chang-Diaz；Steven A. Hawley George D. Nelson；Robert J. Cenker；Bill Nelson | 愛德華茲空軍基地 |
1989年8月8日 | STS-28 | 測試對軍事通訊和偵察衞星的有效載荷（美國防部任務） | 5 | Brewster H. Shaw, Jr.；Richard N. Richards James C. Adamson；David C. Leestma；Mark N. Brown | 愛德華茲空軍基地 |
1990年1月9日 | STS-32 | 部署國防通訊衞星 | 5 | Daniel Charles Brandenstein；Jim Wetherbee； Bonnie J.Dunbar（女）；David Low；Marsha Ivins（女） | 愛德華茲空軍基地 |
1990年12月2日 | STS-35 | 紫外線和X射線天文學 (ASTRO-1 天文台) | 7 | Vance Brand；Guy S.Gardner； Jeffrey A.Hoffman；John M.Lounge； Robert A.Parker；Ronald A.Parise；Samuel T.Durrance | 愛德華茲空軍基地 |
1991年6月5日 | STS-40 | 生命科學空間實驗室計劃 | 7 | Bryan D. O'Connor；Sidney M. Gutierrez； Millie Hughes-Fulford；F. Drew Gaffney； M. Rhea Seddon；Tamara E. Jernigan；James P. Bagian | 愛德華茲空軍基地 |
1992年6月25日 | STS-50 | 於美國微重力實驗室-I (USML-1)進行各種微重力實驗。 | 7 | Richard N.Richards；Kenneth D. Bowersox； Bonnie J.Dunbar（女）；Ellen S. Baker； Carl J. Meade；Lawrence J. DeLucas；Eugene H. Trinh | 肯尼迪航天中心 |
1992年10月22日 | STS-52 | 加拿大宇航員（Steven G. MacLean） | 6 | Jim Wetherbee；Michael A. Baker； William M. Shepherd；Charles L. Veach；T amara E. Jernigan（女）；Steven G. MacLean | 肯尼迪航天中心 |
1993年4月26日 | STS-55 | 德國宇航員 （Ulrich Walter；Hans Schlegel） | 7 | Steven R. Nagel；Terence T. Henricks； Jerry L. Ross；Charles J. Precourt； Bernard Harris；Ulrich Walter；Hans Schlegel | 愛德華茲空軍基地 |
1993年10月18日 | STS-58 | 載48只老鼠，研究動物從微重力條件回地球重力場後適應過程。另11項以航天員為對象，研究太空對人體影響。 | 7 | John E. Blaha；Richard A. Searfoss； M. Rhea Seddon（女）；William S. McArthur； David Wolf；Shannon W. Lucid（女）；Martin Fettman | 愛德華茲空軍基地 |
1994年3月4日 | STS-62 | 科學實驗。 | 5 | John Casper；Andrew M. Allen；Pierre J. Thuot； Charles D. Gemar；Marsha Ivins（女） | 肯尼迪航天中心 |
1994年7月8日 | STS-65 | 第二次國際實驗室(IML-2) 飛行任務 日本宇航員（向井千秋Chiaki Mukai） | 7 | Robert D. Cabana；；Carl E. Walz； Richard J. Hieb；James D. Halsell； Leroy Chiao；Donald A. Thomas；Chiaki Mukai（日） | 肯尼迪航天中心 |
1995年10月20日 | STS-73 | 微重力實驗。 | 7 | Kenneth D.Bowersox；Kent V. Rominger；Albert Sacco Kathryn C. Thornton（女）；Michael E. Lopez-Alegria； Catherine G. Coleman（女）；Frederick W. Leslie | 肯尼迪航天中心 |
1996年2月22日 | STS-75 | 意大利宇航員 （Maurizio Cheli，Umberto Guidoni） 瑞士宇航員（Claude Nicollier） | 7 | Andrew M. Allen；Jeffrey A. Hoffman； Scott J. Horowitz；Maurizio Cheli； Claude Nicollier；Franklin Chang-Diaz；Umberto Guidoni | 肯尼迪航天中心 |
1996年6月20日 | STS-78 | 法國宇航員（Jean-Jacques Favier） 加拿大宇航員（Robert Thirsk） | 7 | Terence T. Henricks；Kevin R. Kregel； Susan J. Helms（女）；Richard M. Linnehan； Charles E. Brady；Jean-Jacques Favier；Robert Thirsk | 肯尼迪航天中心 |
1997年11月19日 | STS-80 | 部署和回收尾屏蔽裝置、德國製造的軌道器、紫外線攝譜儀——沿岸海洋監測衞星II (ORFEUS-SPAS II)。 | 5 | Kenneth D. Cockrell；Kent V. Rominger； Tamara E. Jernigan（女）；Thomas D. Jones；Story Musgrave | 肯尼迪航天中心 |
1997年4月4日 | STS-83 | 微重力實驗。由於燃料問題，任務中斷。 | 7 | James D. Halsell；Susan L. Still（女）； Janice E. Voss（女）；Donald A. Thomas； Michael Gernhardt；Roger Crouch；Greg Linteri | 肯尼迪航天中心 |
1997年7月1日 | STS-94 | 微重力實驗。再次試飛以縮短STS-83任務。 | 7 | James D. Halsell；Susan L. Still（女）； Janice E. Voss（女）；Donald A. Thomas； Michael Gernhardt；Roger Crouch；Greg Linteri | 肯尼迪航天中心 |
1997年11月19日 | STS-87 | 日本宇航員（土井隆雄） 烏克蘭宇航員（Leonid Kadeniuk） | 6 | Kevin R. Kregel；Steven W. Lindsey；Winston E. Scott；Kalpana Chawla（女）；土井隆雄；Leonid Kadeniuk | 肯尼迪航天中心 |
1998年4月13日 | STS-90 | 加拿大宇航員（Dafydd Rhys Williams） | 7 | Richard A. Searfoss；Scott D. Altman； Richard M. Linnehan；Dafydd Rhys Williams； Kathryn P. Hire（女）；Jay C. Buckey；James A. Pawelczyk | 肯尼迪航天中心 |
1999年7月23日 | STS-93 | 法國宇航員（Michel Tognini） | 5 | Eileen Collins（女）；Catherine G. Coleman（女）； Jeffrey Ashby；Steven Hawley；Michel Tognini | 肯尼迪航天中心 |
2002年3月1日 | STS-109 | 服務哈勃空間望遠鏡 | 7 | Scott D. Altman；Duane G.Carey； John M.Grunsfeld；Nancy J.Currie（女）；James H.Newman；Richard M.Linnehan；Michael J. Massimino | 肯尼迪航天中心 |
2003年1月16日 | STS-107 | 執行純科學任務，返回時解體失事 以色列宇航員（伊蘭·拉蒙） | 7 | 裏克·赫斯本德；伊蘭·拉蒙；威廉·麥庫爾；邁克爾·安德森；戴維·布朗；卡爾帕娜·喬娜（女）；勞雷爾·克拉克（女） | |
哥倫比亞號航天飛機世界紀錄
哥倫比亞號航天飛機解體失事
2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機執行代號為STS-107航天任務，在完成了16天的任務後，哥倫比亞號和機組人員於2月1日在飛往肯尼迪航天中心着陸的途中，於美國東部時間上午9點左右，即預定在KSC着陸前16分鐘，在德克薩斯州東部上空再入大氣層時失蹤。
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哥倫比亞號航天飛機宇航員
“哥倫比亞”號上七名宇航員（任務編號：STS-107）
宇航員問候地球
威廉姆·麥庫（William McCool），男，41歲，昔日海軍司令員，三個孩子的父親。1996年成為宇航員，機組成員。
麥克爾·安德森（Michael P. Anderson），男，43歲，出生于軍事家庭，1994年成為少數黑人宇航員之一，有效載荷指令長。
卡爾帕納·楚拉（Kalpana Chawla），女，41歲，上世紀80年代從印度移民到美國，於1994年成為宇航員，任務專家。
大衞·布朗（David Brown），男，46歲，1996年成為宇航員，任務專家。
勞瑞爾·克拉克（Laurel Clark），女，41歲，昔日海軍軍醫，1996成為宇航員，任務專家。
哥倫比亞號航天飛機事故經過
失事前駕駛艙內攝影
北京時間20時49分，NASA向“哥倫比亞”號發出開始降落重新定位指令。當時，佛羅里達的卡納維拉爾角降落帶的上空有霧。
21時09分，天空上的霧散去。返回飛行指揮官勒魯瓦·卡恩向“哥倫比亞”號發出離開地球軌道指令。
21時15分，“哥倫比亞”號飛臨印度洋上空。這時，“哥倫比亞”號上的小型方向控制用火箭發動機打開，時間為3分鐘。航天飛機的尾部向着地球，開始降落。
21時23分，慣性制導電腦的自動導航系統指揮航天飛機調整為前端在前、尾翼向下的姿勢。
21時32分，輔助動力裝置被打開，以便向控制航天飛機副翼和起落架的水壓系統增加壓力。
21時42分，“哥倫比亞”號到達位於太平洋上空144公里的位置，這時的火箭發動機以每小時27,000公里(聲速的25倍)的速度工作着。
21時44分，“哥倫比亞”號開始“進入大氣層”，其前端向上抬升，保持一個40度的仰角，這樣，航天飛機外的陶瓷阻熱瓦能夠承受飛機進入濃厚大氣層時與大氣層摩擦產生的所有熱量。陶瓷阻熱瓦開始升温。
21時46分，“哥倫比亞”號距地面只有102公里了，並準備在30分鐘內着陸，逐漸地，它穿越加利福尼亞、內華達、新墨西哥、亞利桑那、得克薩斯、路易斯安那州的墨西哥灣沿岸，最後到達佛羅里達州上空。
21時49分，“哥倫比亞”號開始按原計劃逐漸減緩飛行速度，它的前端朝着右側飛行。
21時52分，“哥倫比亞”號越過加利福尼亞海岸。休斯頓地面任務控制中心的控制記錄顯示，航天飛機的左側起落架温度發生輕微異常變化。三個水壓熱傳感器顯示的左側起落架温度在華氏40到60度(攝氏8至15度)之間。
21時53分，航天飛機左翼第4個傳感器顯示温度仍在上升。
21時54分，整個機身的温度因左翼温度而上升了15攝氏度。
21時55分，“哥倫比亞”號飛臨內華達沙漠上空。
21時56分，“哥倫比亞”號飛臨亞利桑那州南部上空。
21時57分，在飛臨新墨西哥州上空時，仍受自動導航系統控制的航天飛機開始向左偏轉，速度再次下降。休斯頓地面任務控制中心失去與航天飛機左翼温度傳感器數據傳輸之間的聯繫。
21時58分，航天飛機左側一種無法解釋清楚的力量推動“哥倫比亞”號向左滾動，配平滾動穩定器自動打開，試圖修正航天飛機的降落位置。
21時59分，航天飛機上的機載電腦試圖通過啓動2部偏航噴氣推進器進一步修正自己的位置。在距離地面61公里的高度、“哥倫比亞”號以時速21,000公里的速度進入得克薩斯上空。休斯頓地面任務控制中心記錄下了最後的無線電聯絡信號：“哥倫比亞，這裏是休斯頓。我們看到你們的輪胎壓力信息，但沒有抄下你們最後的數據。”
過了片刻，“哥倫比亞”號機長裏克·赫斯本德回答：“收到，但……”聽到一陣噪音短波之後，地面與“哥倫比亞”號便失去了聯繫。
22時0分，在失去所有無線電聯繫的情況下，休斯頓地面任務控制中心繼續在雷達上跟蹤着“哥倫比亞”號。地面目擊人員報告稱，他們看到“哥倫比亞”號碎裂成無數小塊，在天空拖過一條長長的白煙。
哥倫比亞號航天飛機初步分析
哥倫比亞號殘骸(3張)
“哥倫比亞”號航天飛機1月16日發射升空，1月24日航天飛機項目承包商美國波音公司技術人員撰寫了這份報告，並於1月27日提交給宇航局飛行控制部門。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航天飛機的支架區域脱落，每個碎塊長約20英寸（相當於50釐米），它們擊中航天飛機後“似乎出現了瓦解”，化為大量更小碎片。
美宇航局在公佈這份報告時強調説，根據報告得出的結論，泡沫碎塊撞擊不會影響航天飛機飛行安全性，宇航局飛行控制部門也“同意這一結論”。
儘管如此，新報告公佈之後，泡沫材料撞擊在“哥倫比亞”號失事中所起的作用，再次引起人們關注。“哥倫比亞”號解體墜毀後不久，泡沫碎塊問題就浮出水面。雖然美宇航局一直堅持認為，泡沫碎塊撞擊不會有嚴重後果，但負責對“哥倫比亞”號事故進行調查的獨立委員會，仍在對泡沫碎塊的影響進行深入分析。這一獨立調查委員會得出的最主要結論是“哥倫比亞”號機殼上可能出現孔洞，導致超高温氣體進入航天飛機，最終釀成事故。而根據美宇航局21日公佈的文件，宇航局一位工程師就曾在電子郵件中警告説，航天飛機外部隔熱瓦受損，有可能導致輪艙或起落架艙門出現裂孔。
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哥倫比亞號航天飛機後續調查
美國宇航局2004年8月13日進一步確認，美國“哥倫比亞”號航天飛機外部燃料箱表面泡沫材料安裝過程中存在的缺陷，是造成整起事故的禍首。“哥倫比亞”號航天飛機事故調查委員會公佈的調查報告稱，外部燃料箱表面脱落的一塊泡沫材料擊中航天飛機左翼前緣的名為“增強碳碳”（即增強碳-碳隔熱板）的材料。當航天飛機返回時，經過大氣層，產生劇烈摩擦使温度高達攝氏1400度的空氣在衝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。
事故發生後，由於無法迅速找回事發時的泡沫材料和燃料箱進行檢驗，宇航局和事故調查委員會一直沒對事故原因作出最終定論。“哥倫比亞”號外部燃料箱約50萬塊碎片已被找到並重新拼在一起。宇航局負責“哥倫比亞”號外部燃料箱工程的首席工程師尼爾·奧特説，宇航局經多次試驗確定，泡沫材料安裝過程有缺陷是造成事故的主要原因。
奧特説，泡沫材料本身的化學成分沒有問題，問題在於用噴槍在燃料箱外敷設泡沫材料的過程。試驗表明，敷設工藝會在各塊泡沫材料之間留下縫隙，液態氫能夠滲入其間。航天飛機起飛後，氫氣受熱膨脹，最終導致大塊泡沫材料脱落。撞擊“哥倫比亞”號的泡沫材料有公文包大小，重約0.75千克。它幾乎是被整塊“撕下”後，高速撞擊到航天飛機左翼前緣的名為“增強碳碳”（即增強碳-碳隔熱板）的材料，並形成裂隙。航天飛機重返大氣層時，超高温氣體得以從裂隙處進入“哥倫比亞”號機體，造成航天飛機解體。
奧特説，根據新標準對燃料箱進行檢測是擺在美國宇航局面前的最大障礙。新標準要求，不允許有0.5盎司（14.17克）以上的燃料箱外泡沫材料脱落。事故委員會專家提出，起飛時遭遇強風、發射前臨時更換火箭助推器、以及“年齡太大”，都可能是造成這艘“功勳宇航器”解體的根本原因。在“哥倫比亞”號起飛62秒鐘後，突然遭遇到異常猛烈的大風吹襲，這有可能導致其左側機身發生“內傷”，為日後墜毀埋下了禍，此後僅僅20秒鐘，從機身下部主燃料箱上脱落的泡沫絕緣材料就擊中了左側機翼前端，造成直接“外傷”。專家認為，這些損傷對一個使用10年的航天飛機來説可能不算什麼，但是對“哥倫比亞”號這樣21歲高齡的“老機”則是致命的。
調查委員會指出，有關方面正在研究美國航空航天局(NASA)是否在“機體老化”問題上重視不夠，以致最終釀成本次悲劇。有關“哥倫比亞”號失事的直接原因基本確定：超高温空氣從機體表面縫隙入侵隔熱瓦下部四處亂竄，最終造成航天飛機在返航途中解體墜毀，七名宇航員喪生。據介紹，飛機起飛一分鐘後，遭遇的風力強度已經接近NASA允許的極限。專家因此認為，原本已開始出現老化的機翼因遭受如此強風吹襲，才在外界異物的撞擊下顯得弱不禁風”，從而出現破損，為返航途中的超高温空氣入侵形成了“方便的後患”。
此外，原本和“哥倫比亞”號主燃料箱正常配套的火箭助推火箭被拆卸下來，並安裝到另外一艘即將起飛的航天飛機上使用。直到當年11月，NASA才重新為“哥倫比亞”號安裝了新的助推火箭，可能就在這“不必要”的一拆一裝過程中，有關人員的操作對燃料箱的表面材料形成傷害，結果造成絕緣材料脱落擊中航天飛機左翼。此外，由於“年事已高”，哥倫比亞號的左翼前端的超強碳纖維隔熱板下面可能發生“缺損現象”。過去10年中，其他航天飛機的類似部位也能遭受不同損傷，其中包括外力(小隕石)撞擊、刮傷、密封不嚴等險情。
調查委員會指出，必須搞清楚的是：NASA是否對包括“哥倫比亞”號在內得美國航天飛機上述容易受損的部位及時進行了檢查和更換。據介紹，“哥倫比亞”號首次升空是在1981年，為美國使用時間最長的航天飛機。在事故發生後進行的地面風洞試驗發現，“哥倫比亞”號在最後時刻發生的翻滾飛行現象，就是左翼前端保護層丟失造成的。專家估計，當時至少有5塊U形隔熱板脱落才會產生如此強大拉力。搜索人員已經發現了超過2.8萬塊“哥倫比亞”號殘骸，並將其送到肯尼迪航天中心接受分析調查。據悉，這些東西不過是“哥倫比亞”號龐大機身的19%罷了。
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哥倫比亞號航天飛機最終報告
STS 107任務標誌
和調查相比，這份長400頁的最終報告還原了更多“哥倫比亞”號解體前艙內宇航員的活動細節。報告説，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。航天飛機翻滾着失去控制，宇航員威廉·麥庫爾按下數個按鍵，試圖控制航天飛機。其他大多數宇航員也按NASA既定程序操作。此時，他們並不知道，噩運就要降臨，沒有花時間給自己做準備。3名宇航員沒有戴防護手套，1人沒在自己坐椅上，1人沒戴頭盔。數秒鐘後，“哥倫比亞”號乘員艙失壓。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。報告認為，宇航員即便有時間穿上防護衣物，在飛機失壓後給自己增壓，也只能多活一段時間，依舊不可能生還。
隱瞞致命故障
據美聯社等西方媒體2013年2月2日報道，同年2月1日，在美國“哥倫比亞號”航天飛機宇航員罹難慘劇發生10週年紀念日到來之際，美國宇航局（NASA）前飛行主管韋恩·哈爾驚爆秘聞，稱當年“哥倫比亞號”航天飛機機翼受損後，儘管NASA的高級工程師們早就發現這一致命故障，並相信這架飛機在返航途中將機毀人亡，然而NASA的主管和官僚們卻一致同意向宇航員們隱瞞他們可能死亡的事實，與其痛苦絕望，不如讓他們在不知情的情況下突然死去。
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哈爾披露，當NASA的高層官員在獲悉“哥倫比亞號”左翼受損後，當時的飛行任務總指揮喬恩·哈珀爾德立即召開緊急會議，討論“哥倫比亞號”航天飛機可能出現故障的情況，而他顯然已預計會出現最壞情況。哈爾回憶道：“當時哈珀爾德在會上説：‘你們都知道，對於隔熱保護層受損，我們都無能為力。所以如果真的發生事故，我認為宇航員也情願矇在鼓裏。你不認為宇航員在回程時，在毫無預兆的情況下死亡，比知道無法解決問題、要留在軌道上，並等待空氣用盡後死亡好嗎？’”
當哈珀爾德説出這段話之後，現場所有人都沉默不語。最終，大家默許了這個艱難的決定。而事後調查證明，NASA本來可以有多達8次機會利用軍事衞星近距離查看損害程度，但NASA卻錯誤地忽視了這些機會。哈爾痛苦地説，如果當年NASA將真相告訴了“哥倫比亞號”上的宇航員，那麼他們至少還可以在遇難之前與死神進行最後抗爭，或者是向親人留下最後遺言。儘管哈爾當年也默許了NASA隱瞞故障讓宇航員“送死”的決定，然而，10年之後，哈爾堅信這一決定是錯誤的。多年來哈爾一直為此深深自責。
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哥倫比亞號航天飛機失事評析
哥倫比亞號航天飛機失事影響
哥倫比亞號的失事使得航天飛機為國際空間站運送宇航員和物資這一主要作用也暫時被擱置，太空和軍事政策智囊團公司的主任約翰-佩克表示航天飛機本來預計的使命並非僅僅是為國際空間站運送物資，而這卻成了主要任務，而且用航天飛機給國際空間站運貨成本太高，合計下來每磅貨物的運輸成本高達2萬美元。航天飛機本來的主要任務有三，分別是NASA進行太空科學實驗、發射間諜衞星併為軍方測試設備以及為私營企業提供衞星發射服務。當初NASA計劃每年進行24次航天飛機發射。但是，NASA實際上發射航天飛機的頻率並沒達到預計的目標，而且發射成本較之預想高得多。在這次事故之後，調查人員得出結論認為，每78次發射就有可能出現一次空難。
而且“挑戰者”號航天飛機的爆炸使航天飛機的用途受到壓縮。在“挑戰者”號空難之後，美國軍方重新恢復使用一次性火箭發射衞星。在商業領域，當時的美國總統里根下令NASA放棄商業衞星發射業務。這意味着航天飛機可以執行的任務大大減少。雖然NASA後來選擇用航天飛機發射自己的科研衞星，而且還為“哈勃望遠鏡”提供太空服務，但是航天飛機在太空中進行各種科研實驗的成本卻格外高昂。NASA如果使用一次性火箭向國際空間站運送物資可以大大節約成本而且更加安全，利用一次性火箭不僅成本低得多而且也可以實現相同的目標。此外，航天飛機系統非常複雜，這注定了航天飛機的發射要冒風險。但是一向以創新為榮的NASA卻並不願意再使用一次性火箭將人送往太空。
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哥倫比亞號航天飛機失事災難發生後，美國進行了大規模有組織的地面搜索，宇航員遺體和航天飛機殘骸碎片在德克薩斯、路易斯安那州和阿肯色州等地找到，大部分殘骸散落在納科多奇斯到達拉斯西南的人煙稀少地區，最終搜索人員發現了超過2.8萬塊哥倫比亞號航天飛機殘骸，但僅佔該航天飛機龐大機身的19%。整個碎片搜索過程不僅耗費了巨大的人力物力，也出現了在一次航空搜索中發生直升機墜毀的悲劇，造成了2死3傷的嚴重後果。同時根據相關數據統計，航天飛機成本很高，每架航天飛機造價約為120億美元，單次發射費用約為4億5千萬美元。
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哥倫比亞號航天飛機預防措施
自此之後，為了防止類似因航天飛機隔熱瓦部缺損而引致事故的發生，當航天飛機飛離地球進入太空時，會打開負載艙進行360度旋轉，讓NASA的衞星能完整地觀察航天飛機的外部狀況。
事故發生後，為增加相應的安全措施，美國航天飛機停飛2年，嚴重影響了國際空間站建設、生命科學研究試驗等。航天飛機復飛後，只能承擔前往國際空間站並在必要時成為其避難所的任務，載人飛船成為載人航天運輸的主力設備。
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美國航天飛機
美國航天飛機
哥倫比亞號航天飛機紀念活動
哥倫比亞號航天飛機山峯命名
哥倫比亞號航天飛機紀念展館
2015年美國航空航天局在佛羅里達州肯尼迪航天中心舉辦了展覽。有史以來第一次向公眾展出了挑戰者號和哥倫比亞號航天飛機殘骸。名為“永遠銘記”的新紀念館面積2000平方尺，作為阿特蘭蒂斯號航天飛機展覽的一個永久性補充部分，“永遠銘記”紀念館展示了1986年在任務STS-51L當中失事的挑戰者號殘骸，和於2003年在任務STS-107當中失事的哥倫比亞號航天飛機殘骸。
新的紀念館展示了一塊挑戰者號航天飛機的機身殘片，以及哥倫比亞航天飛機乘員艙的窗口框架。挑戰者號航天飛機殘骸的其餘部分被存儲在兩個密封的導彈發射井複合物當中，哥倫比亞航天飛機其餘碎片被保存在肯尼迪航天中心一間辦公室當中。紀念館6月27日開幕，除了展示殘骸之外，紀念館還展示了每個任務當中七名機組人員的日常用品，照片和一些個人物品。
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哥倫比亞號航天飛機總體評價
航天飛機具有能夠往返使用，降低成本並且贏得時間等特點，使得能多次使用的空天往返運輸系統成為航天領域的一個重要發展方向。美國作為航天技術非常先進的國家，在航天飛機的研製、使用過程當中投入了大量的人力物力，第一架航天飛機“哥倫比亞”號花費了100億美元。美國航天飛機的可靠性還是很高的，五架航天飛機飛行了113次，才發生了兩起事故，不能因為它出了兩次事故就否認它可靠性高的事實。哥倫比亞號航天飛機的失事絕不會動搖人類探索太空的決心，人類探索太空的計劃也不應因悲劇的發生而停滯不前。世界航天業包括美國航天界，都是從積極的角度、以積極的態度來對待，美國政府也已增加了航天預算。
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（時任中國國家航天局局長欒恩傑 評）
哥倫比亞號航天飛機升空
哥倫比亞號航天飛機升空
- 參考資料
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- 25. 航天發展簡史⑦航天飛機如何實現天地往返？ ．光明網．2024-02-07
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