1986年1月28日：挑战者号航天飞机爆炸及其后续发展

· 60 · 现代物理知识 物物理理学学史史中中的的一一月月 1986 年 1 月 28 日：挑战者号航天飞机爆炸 及其后续发展 （译自 APS News，2001 年 1 月） 萧如珀 杨信男 译 1986 年 1 月 28 日，美国全国引颈期盼挑战者 号航天飞机（Space Shuttle Challenger）历史性飞航 的发射升空，这是美国国家航空航天局（NASA） 的骄傲与喜悦。挑战者号上的航天员包括有一位高 中老师麦考利芙（Christa McAuliffe），她是第一位 要被送进太空的非航天员。然而挑战者号才飞行了 73 秒，就写下不幸的历史。在数百万美国人的观看 下，它突然烧成火焰，7 名航天员全数丧生，是史 上最惨烈的太空灾难。 调查员观看爆炸前一刻挑战者号的慢速回放影 片，证实是其中一个固体火箭推进器的侧边冒出一 阵火焰，直接烧到主燃料槽的侧边，引发爆炸。在 罗杰斯委员会（Rogers Commission）被指定调查此 灾难前的国会听证会期间，挑战者号即被指出，其 右侧固体火箭推进器最后面段的橡胶 O 型密封圈有 技术上的问题。密封圈是用来阻止热废气外泄，但 因为上有瑕疵，这些密封圈对低温极度敏感。 升空的前一晚温度很低，有问题的 O 型圈上都结了 霜，使其温度更低，而变得易脆。升空时一阵热气 从 O 型圈的裂缝喷出，在几分之一秒的时间就穿入 主燃料槽，液态氢和氧混合后爆炸，瞬间即毁掉了 航天飞机。 罗杰斯委员会听证会最精彩的部分是诺贝尔奖 得主物理学家费曼（Richard Feynman）的作证，他 对于证人含糊的回答和官僚程序的缓慢深感灰心， 所以当场即兴做了一个实验，对整个调查极具关键 性。费曼将一片火箭推进器 O 型圈的放入一杯 冰水中，以此物质在低温时会如何丧失它全部 的弹性，令人难忘，解开了和爆炸有关技术因素的 疑点。在委员会最后的中，费曼指控美国国家 航空航天局简直拿航天员的生命“玩俄罗斯轮盘①”。 费曼刻薄的批判在委员会更惊人的发现后被炒 得沸沸扬扬，委员会发现 NASA 的安全报告系统太 弱，可用“安静无声”称之，以至于总署的管理阶 层压制了可以避免此次悲剧的发射前警告。设计 O 型圈的西尔克公司（Thiokol Corporation）最先于 1977 年发现它的瑕疵，并禀报给 NASA，但是负责 航天飞机的委员会忽视此报告，甚至于 1981 年 的航天飞机飞行发现 O 型圈严重腐蚀后仍置之不理。 在挑战者号的惨剧发生与其后的委员会报告之 后，NASA 在 1988 年 9 月 29 日第一次“后-挑战者 号”的太空飞行上投资了 2 亿美元，作为改进将近 400 个项目之用，以试着提高设备的质量，扩编安 全部门，对航天飞机管理加入新责任。其中最重要 的改变是，在固体火箭推进器加了一个内部金属锁 控，又多加了第三个 O 型圈，绝缘重新设计，每一 项都要设法阻止热废气从引擎侧边外泄。密封圈还 加上电热器，以避免 O 型圈在低温中易脆坏，丧失 其密封效力。 另外，航天飞机还配备有基本的逃生系统，当 面对急需在海上迫降时，可让航天员跳伞。燃料槽 新装设的几道锁控可以避免燃料在通往主引擎管路 中受到不当地干扰；制动与驾驶系统更进一步改良， 尾端还安装上减速拉伞，使其在高速降落时可增强 控制力；许多瓷砖都换上更大、更耐用的绝缘毯， 以确保航天飞机承受得了在返航经大气层与空气摩 擦时所产生的高热。最后，负责监督倒数作业、发 射与飞行操作的任务管理团队还包括 NASA 安全人 员以及和每次飞行主要合约商的代表。 NASA 在 1995 年夏天，有了机会证明它已记取 了教训。在奋进号航天飞机（shuttle Endeavor）预 定执行任务的 8 月 5 日之前，西尔克公司通知 24 卷第 1 期 (总 139 期) · 61 · 欧洲科学家将重新进行 “中微子超光速”实验 去年有关中微子比光跑得还快的发现震惊科学 界，但这一实验结果如今却饱受争议。参与这项中 微子实验的欧洲科研人员 23 日发表声明说，将在 2012 年 5 月重新进行相关实验，以便检测这一结果 的真实性。 在 2011 年 9 月进行的一项实验中，意大利格兰 萨索国家实验室下属的一个名为“OPERA”的实验 装置接收了来自欧洲核子研究中心的中微子，两地 相距 730 千米。结果显示，中微子跑过这段距离的 时间比光速还快了 60 纳秒（１纳秒等于 10 亿分之 一秒）。 然而，实验结果出来后，许多科学家当时就对 整个实验的严谨性提出质疑。美国《科学》杂志网 站在 2012 年 2 月 22 日发表的一篇文章中援引匿名 消息人士的话说，实验中使用的设备存在问题，这 可能影响最终的结果。 事件曝光后，这一科研项目的协调人安东尼 奥·伊拉蒂塔托在接受安莎社采访时也承认，连接 测量物质飞行时间的电脑和卫星定位数据接收器的 光缆可能出现“错误”，这或许会影响实验结果。 据《科学》杂志网站此前的报道，实验测得的 “60 纳秒”实际上是由于一根与 GPS 接收器相连的 光缆没有接好所致，GPS 接收器的作用是对中微子 的飞行时间和电脑电子卡的时间进行校正。 伊拉蒂塔托说，科研人员本着全面、客观和诚 实的态度公开这些新发现的疑点，这表明 2011 年 9 月公布的数据是在实验过程中存在异常因素的情况 下所测得。但他也说，人们有必要保持冷静，因为 到目前为止还不能确定这些疑点是否都成立。 据欧洲核子研究中心发表的公报，除光缆方面 可能出现问题外，为测量工作提供 GPS 同步服务的 振荡器也可能存在问题。这两个因素可能会导致中 微子测量值出现偏差。 欧洲核子研究中心主任罗尔夫·霍伊尔对媒体 表示，2011 年 9 月，意大利格兰萨索国家实验室的 研究人员其实也曾明确表示这些数据仅是初步实验 结果，仍需进一步求证。他说，经过不断查证，研 究人员发现实验结果存在疑点，而这也是对待科学 实验应有的严谨态度。 （文章摘自 2012 年 2 月 24 日 新华网） JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ NASA 说，它的检查员从连续前两次航天飞机发射 回收的喷嘴 O 型圈上发现了铅笔尖大小的焦痕，证 明热废气在推进器的喷嘴内四处流窜，相当危险。 这一次，NASA 将发射计划延期，直到西尔克公司 的科学家将问题解决。奋进号于 9 月 7 日安全发射 升空。 美国总统里根在挑战者号悲剧后的晚间向全国 发表演说，称已丧生的航天员是我们在持续探测、 征服太空努力中的“先驱”，还特别针对美国中小学 生说：“我知道很难了解有时会发生像这样的痛苦事 件，这全都是探测与发现过程的一部分，这全都是 冒险与扩展人类视野的一部分。未来不属于懦弱的 人，它是属于勇敢的人。” （本文转载自 2012 年 2 月《物理双月刊》，网 址 ： http://psroc.phys.ntu.edu.tw/bimonth/index.php; 萧如珀，自由业；杨信男，台湾大学物理系，Email: snyang@phys.ntu.edu.tw） ①俄罗斯轮盘（Russian roulette）是一种自杀式的玩命游 戏。玩家将左轮手枪 6 发的子弹夹装上 1 或多发子弹，转动后 关上，然后对着自己的头部开枪，拿性命作为赌注。