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宇航員如何在太空飛行?宇航員如何在太空飛行中生存?| 科學新知識

為了掙脫地球引力,衝出大氣層,飛到太空中,人類目前需要藉助大量燃燒燃料的火箭,讓速度能夠達到每秒數公里。但由於效率問題,當前火箭的八九成重量都是燃料,有效載荷的佔比非常小。

正因為如此,載人航天飛行是一項極具風險的任務,宇航員猶如乘坐一枚巨型的炸彈在飛行。如果一旦出現意外,火箭發生爆炸,宇航員能夠生還的可能性很低。

過去數十年來,數百位宇航員曾接受過訓練,並飛上過太空。目前,全世界已經有19名宇航員在太空飛行中喪生,也有多位宇航員在地面訓練中喪生。根據現有的統計資料,宇航員的死亡率約為3。2%。

作為航天大國的美國,曾多次發生過最為嚴重的航天事故,1986年的挑戰者號太空梭災難非常具有代表性。當時,機上的7名宇航員遭遇了令人絕望的災難,他們經歷了200G的瞬時過載,摔到粉身碎骨,無一人倖免於難。

曾令NASA引以為傲的太空梭

載人航天任務不但充滿了風險,而且成本還非常高。因為火箭和飛船都是一次性的,每次發射都需要用新的。為了降低成本,NASA在20世紀60年代開始研製可重複使用的載人飛船,這就是太空梭計劃。

經過多年研製,在20世紀70年代,NASA成功建造了多架太空梭。這種可重複利用的航天器主要由三大部件組成:一個是最為高大的橘色部分,這是外儲箱,裡面儲存著液氫和液氧推進劑。在外儲箱兩側還有兩枚助推火箭,裡面裝著固體燃料。第三個部分是軌道器,外形與飛機類似,可以容納多名宇航員,其尾部裝有三臺液氫/液氧主發動機,燃料來自外儲箱。

當航天飛機發射升空之後,主發動機和固體助推火箭同時工作。固體助推火箭消耗完燃料之後,將會被分離,它們掉入海洋中,被打撈上來,經過維護之後又能重複使用。

接下來,主發動機會把太空梭送入太空。耗盡燃料的外儲箱也會被分離,它將會再入大氣層燒燬。最終,軌道器會進入地球軌道。完成任務後,軌道器會帶著宇航員返回地球,之後又能進行下一次的太空飛行任務。

按照設計,太空梭可以重複發射上百次,這能大幅降低發射成本。太空梭有著最為先進的科技,領先世界數十年,NASA認為非常安全。於是,在20世紀80年代,NASA斥巨資接連建造了4架太空梭用於載人飛行任務。

意想不到的重大航天事故

在太空梭的發射成為常態之後,為了繼續吸引人們對太空梭的關注目光,NASA對外招募一位平民教師參與太空飛行任務,讓老師在太空中進行授課。經過層層選拔,37歲的中學女教師克里斯塔·麥考利芙(Christa McAuliffe)脫穎而出。

1986年1月28日,麥考利芙和另外6位宇航員登上挑戰者號太空梭。在此之前,挑戰者號已經成功進行過9次載人飛行任務。但在第10次,挑戰者號升空僅73秒,就發生了猛烈的爆炸,7名宇航員無一生還。那麼,這次慘烈的航天事故究竟是怎麼發生的呢?

NASA隱瞞關鍵資訊

在發射當天,氣溫低至零下,挑戰者號上掛滿了冰柱。而在固體助推火箭的尾部,溫度更是低至-13 ℃,這遠低於O型密封圈所能承受的極限溫度。O型環由橡膠製成,它們在低溫下將會失去彈性,無法對固體助推火箭起到密封作用。

然而,在挑戰者號升空之前,已經遭遇了多次的任務延期。為了趕工期,NASA只是對太空梭進行了除冰作業,無視工程師的警告,冒著風險讓太空梭在低溫環境下起飛。果不其然,意外真的發生了。

在起飛不到1秒時,由於O型環失效,固體助推火箭的尾部出現裂縫,洩漏出黑灰色的煙霧,2700 ℃的高溫氣體竄了出來,燒燬了O型環。但好在固體助推火箭燃燒時產生了氧化鋁,它們剛好封住了裂縫,太空梭得以正常升空。

但在飛行將近1分鐘時,挑戰者號遭受到了強烈的橫向風,摧毀了固體助推火箭尾部的氧化鋁密封層,導致高溫氣體洩漏出來。在起飛68秒時,地面飛行控制中心向太空梭下達了加速指令。5秒後,大量高溫氣體從固體助推火箭的尾部衝出來,最終引爆了外儲箱內的液氫液氧燃料。

發生如此嚴重的爆炸之後,宇航員很難倖免於難。即便他們能夠在爆炸中生還,但也無力面對高空的低溫低氧環境。更為致命的是,宇航員最終會以每秒93米的極快速度(時速330公里)猛烈撞上海面,他們遭受了高達200G的衝擊力,沒有人可以承受得住。

事實上,早在9年前,NASA就已經知道了O型環存在設計缺陷。但一直以來,太空梭都是安全飛行,即便挑戰者號發射當天,工程師警告低溫危險,也沒有引起NASA的重視,最終釀成了這場慘烈的航天事故。

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