挑戰者號太空梭災難
挑戰者號太空梭STS-51-L工程倫理
挑戰者號太空梭災難發生於美國東岸時間1986年1月28日上午11時39分(世界標準時間16時39分):在美國佛羅里達州上空剛起飛73秒的挑戰者號太空梭發生解體,機上7名機組人員喪命。解體後的殘骸掉落在美國佛羅里達州中部的大西洋沿海處。
挑戰者號太空梭升空後,因右側固體火箭助推器的O型環密封圈失效,使得原本應該是密封的固體火箭助推器內的高壓高熱氣體泄漏。
這批氣體影響了毗鄰的外儲箱,在高溫的燒灼下結構失效,同時也讓右側固體火箭助推器尾部脫落分離。
最後,高速飛行中的太空梭在空氣阻力的作用下於發射後的第73秒解體,機上7名機組人員無一倖免。
挑戰者號的殘骸則散落在大海中,在之後被遠端搜救隊打撈了上來。
儘管無法確切知悉機組人員的罹難時間,現在已知在太空梭初步解體時仍有幾個倖存者。但無論如何,沒有完善逃生措施以及事發所處環境仍使得7名機組人員全數罹難。
這次災難性事故導致美國的太空梭飛行計劃被凍結了長達32個月之久。同時美國總統隆納·雷根下令組織一個特別委員會——羅傑斯委員會,負責此次事故的調查工作。
羅傑斯委員會發現由於美國國家航空暨太空總署的組織文化與決策過程中的缺陷與錯誤,成了導致這次事件的關鍵因素。
他們發覺自1977年開始,NASA的管理層事前已經知道承包商莫頓·塞奧科公司所設計的固體火箭助推器在O型環處存在著潛在的缺陷,但卻未曾提出過改進意見來妥善解決這一問題。
他們也忽視了在當天清晨時,
工程師對於低溫下進行發射的危險性發出的警告,
且未能充分地將這些技術隱患報告給他們的上級。
最後羅傑斯委員會向NASA提出了9項建議,並要求NASA在繼續太空梭飛行計劃前貫徹這些建議。
值得注意的是,在該事故中遇難的太空人克麗斯塔·麥考利夫是太空教學計劃的第一名成員。
她原本準備在太空中向學生授課,也因此有許多學生也觀看了挑戰者號的發射直播。
這次事故的媒體報導的覆蓋面也極為的廣,一項民意調查的研究報告顯示有85%的美國人在事故發生後一個小時內,就已經聽聞這次事件的新聞。
同時,挑戰者號災難也成為此後工程安全教育及工程倫理教育中的一個常見案例,
並在之後許多安全研究討論中被提起。
發射前的條件與延遲
挑戰者號最初計劃於美國東岸時間1月22日下午2時43分在佛羅里達州的甘迺迪航天中心發射,但是由於上一次任務STS-61-C的延遲導致發射日推後到23日,然後改延遲到24日。
接著,因為塞內加爾達喀爾的越洋中輟降落(TAL)場地的惡劣天氣,發射又推遲到了25日。
NASA最後決定改使用達爾貝達作為TAL場地,但由於該場地的配備無法應對夜間降落,使得發射又不得不被改到佛羅里達時間的清晨。
而根據氣象預報指出,甘迺迪航天中心(KSC)當時的天氣情況不宜發射,發射再次推後到美國東岸時間1月27日上午9時37分。
由於外部艙門通道出現了問題,發射再推遲了一天。
首先,一個用於校驗艙門密封安全性的微動開關指示器出現了故障。[1] 接著,一個壞掉的門閂使得工作人員無法從太空梭的艙門上取下閉合裝置器。[2]當工作人員終於把裝置器鋸下之後,載具專用跑道上的側風又超過了進行返回著陸場地(RTLS)中斷的極限。[3]直到發射時限用盡,並開始準備採用備用計劃時,側風才停了下來。
天氣預報稱佛羅里達州1月28日的清晨將會非常寒冷,氣溫接近華氏31度(攝氏-0.5度),這也是允許發射的最低溫度。
過低的溫度讓莫頓·塞奧科公司的工程師感到擔心,該公司是製造與維護太空梭固體火箭助推器(SRB)部件的承包商。在固體火箭助推器總共有三處「連接區域」,在原始設計中便是以6個橡膠材質的O型環保持密封。
而原本僅只是專門焊接的莫頓·塞奧科公司,同時也承包了在甘迺迪航天中心組裝大樓的密封工程。
它們負責將一個主要、一個次要(備份)的O型環安裝在固體火箭助推器上,來保持其的密封性。
而在挑戰者號發生事故後,固體火箭助推器則已改在同一處使用三個O型環。
為了承受因固體推進劑經燃燒,形成高壓高熱的噴射氣體並於尾部噴口射出,每個O型環都有經過耐熱的特別設計,但是對於極為寒冷的環境卻沒有人特別留意。
在27日晚間的一次遠端會議上,塞奧科公司的工程師和管理層同來自甘迺迪航天中心和馬歇爾航天飛行中心的NASA管理層討論了天氣問題。
包括著名的羅傑·博伊斯喬利(英語:Roger Boisjoly)(Roger Boisjoly)等部分工程師,
再次表達了他們對負責密封SRB部件接縫處的O型環能否耐寒感到擔心,
他們指出低溫可能會導致O型環的橡膠材料失去彈性。
他們認為如果O型環的溫度低於華氏53度(約攝氏11.7度),
將沒有足夠的資料能保證它能夠有效密封住接縫。
這是一個相當重要的考慮因素,因為SRB所使用的O形環被指定為「臨界1」,
也就是說該組件如果失效時並沒有其它備份零件能彌補;
而如果主要和次要的O形環密封功能都失效的話,將會導致機體被破壞而讓機組人員喪命。
NASA管理層對此展開了討論,他們思考當橡膠材料的主要O型環失效時,次要的O型環是否還會讓固體火箭助推器持續保持密封狀態。
然而這項疑問從來沒有被證實,而依流程也不能以此想法處理。
正如太空人薩莉·萊德在羅傑斯委員會發布報告前,便指責NASA不應該依靠「臨界1」零件的組成備份部分;她指出備份是為避免不可預見的災難以防範未然,而不是主要零件失效時便只想仰賴備份零件。
塞奧科公司的工程師也提出發射前一天夜間的低溫,幾乎肯定把SRB的溫度降到華氏40度(約攝氏4度)的警戒溫度以下。而事實證明當天晚上發射前的溫度,僅有華氏18度(約攝氏-8度)左右,明顯低於警戒的標準。
但是,莫頓·塞奧科公司的管理層否決了他們的異議,他們認為發射行程能按日程進行。
[4]在這次災難事件後,導致公眾認為NASA一直持續堅持它的「安全故障」方針。
由於NASA對橡膠製的O型環的管理要求,影響了人們對NASA管理方針的態度;
它們表現出來的是在「不安全」的情況下仍持續計劃,而不是證明是在「安全」的情況下進行計劃。
而儘管飽受批評,NASA的管理人員在之後仍經常故意迴避安全規定,來讓計劃可以準時按照時程來進行。
由於低溫,太空梭旁矗立的定點通信建築被大量冰雪覆蓋。甘迺迪冰雪小組在紅外攝錄影機中發現,右側SRB部件尾部接縫處的溫度僅有華氏8度(約攝氏-13度)。
從液氧艙通風口吹來的極冷空氣更加降低了接縫處的溫度,
讓該處的溫度遠低於氣溫,更遠低於O形環的設計承限溫度。
但這個資訊從未傳達給決策層,直到事後調查時這項資訊才被提出。
[5]不過事後證明這華氏8度的低溫對災難發生沒什麼特別的影響,唯一的影響便是該溫度低於廠商所設定的低溫罷了。在災難發生後的試驗和資料確認,人們已經知道在一定低溫下環境的溫度已經對O型環沒有什麼實質區別,它早已經因低溫而失去效用。
冰雪小組用了一整夜的時間來移除冰雪,同時太空梭最初承包商羅克韋爾國際公司方面也再次表達著它們的擔心。
位在加利福尼亞州唐尼的羅克韋爾國際公司總部的工程師,在看到如此多的結冰情況時感到震驚。
他們警告說發射時被震落的冰雪可能會撞上太空梭,導致太空梭上的隔熱系統外表脫落;
或者會由於SRB的排氣噴射口所排放的噴射廢氣,引導冰雪因吸入效應進入SRB內。
羅克韋爾公司的管理層告訴太空梭計劃的管理人員阿諾德·奧爾德里奇,
他們不能完全保證太空梭能安全地發射,
但他們也沒能提出一個能強有力地反對發射的建議。
在與位在開普敦的羅克韋爾公司管理層討論的最終結果,人身在休斯頓總部的奧爾德里奇仍決定繼續進行計劃。奧爾德里奇並將發射時間再推遲一個小時,以讓冰雪小組進行另一項檢查。
在最後一項檢查完成後,冰雪也開始融化了,最終確定挑戰者號將在美國東岸時間當日上午11時38分發射。[4]
1月28日的發射與失敗
起飛與最初的上升
以下關於事故的分析基於實時遙測資料、攝影分析,以及太空梭與任務控制中心的語音通訊副本產生。[6]發射後的所有時間資訊都以秒給出,敘述的每項事件都與從最接近儀表事件取得的遙測時間碼一致。[7]
在升空前6.6秒,三部太空梭主發動機(SSME)點火。為了應對發射的臨時中斷,SSME可在火箭離開地面前安全地關閉。在起飛時間點時(T=0,為美國東岸時間當日11:38:00.010),三部SSME達到了100%的效能率,並在電腦控制下提高到104%,在此時,兩部SRB點火,火箭掙脫了固定用的緊固螺栓,從發射台開始上升。
隨著火箭的第一次垂直動作,氫氣排放臂從外儲箱收回,但沒有成功鎖上。但通過對發射台攝錄影機記錄影片的回放,發現排放臂此後沒有重新接觸到船體,因而將它作為對事故有影響因素的猜想可排除。
[7]發射後對發射台的檢查也顯示出4顆緊固螺栓的反衝彈簧遺失了,但這也被排除了。[8]
下一個發射時的影片回放點顯示,在T+0.678時,一股黑灰色的煙霧從右側SRB尾部靠近連線該部件與外儲箱的支架處噴出,大約在T+2.733時煙霧不再噴出。
煙霧最後可見的時刻位於T+3.375。
後來確定這些煙霧是由右側SRB部件尾部接縫的開合引發的。
助推器的外殼在點火產生的壓力下有所膨脹,作為膨脹的結果,外殼的金屬部分崩離了其他的部分,開啟了一個泄漏溫度高達華氏5,000度(攝氏2,760度)氣體的裂縫。
主O型環是設計用於封閉該裂縫,但在過低的溫度下它沒能在第一時間內密封住,而副O型環又因為金屬部分的崩離而偏離了原有位置。這樣就沒有可阻礙氣體逸出的障礙了,兩個O型環在大約70度的範圍內都被氣化了。
然而,固體燃料燃燒產生的氧化鋁封閉了損壞的接縫,在明火衝出裂縫前臨時替代了O型環的密封作用。
在火箭離開發射塔後,SSME以最大效能的104%執行,控制權從位於甘迺迪中心的發射控制中心(LCC)移交到了休斯敦的任務控制中心(MCC)。為了預防空氣動力拆散太空梭,在T+28時SSME開始降低功率以減小太空梭在密度較大的低空大氣中的速度。在T+35.379時,SSME已低於計劃的65%效能。5秒後,在5800米(19,000英尺)的位置時,挑戰者號突破了音障。在T+51.860時,SSME重新回到104%的效能,火箭也已接近最大Q值(英語:Max Q):飛行物能承受的最大氣動壓力。
煙羽
正當太空梭達到最大Q值時,它遭遇了太空梭程式記錄中最強烈的風切變。
在T+58.788時,一台追蹤攝錄影機捕捉到了右側SRB靠近尾部支架處出現的煙羽(英語:plume (hydrodynamics))。
當時挑戰者號與地面的休斯敦對此都還不知情,但可燃氣體已從右側SRB的一個接縫處開始泄漏出來。
風切變的力量粉碎了替代損壞O型環的氧化物密封層,移除了阻礙明火從接縫處泄漏出來的最後一個屏障。
在一秒內,煙羽變得明顯並劇烈。由於密封失效的接縫處迅速擴大的裂縫,右側SRB的內壓開始減小,在T+60.238時,已可在視覺上觀察到從接縫處逸出的火焰,同時開始灼燒外儲箱。[6]
在T+64.660時,煙羽突然改變了形狀,這表明尾部燃料艙的液氫艙開始出現泄漏。在電腦控制下,主發動機的噴嘴開始繞樞軸進行轉動,試圖補償助推器產生衝力導致的不平衡。在T+66.764時,太空梭外部液氫艙的壓力開始下降,顯現出了泄漏所導致的影響。[6]
對太空人與飛行控制員來說,這個階段的情形看上去似乎還是正常的。
在T+68時,太空艙通訊員(CAPCOM)通知太空人們「執行加速」,機長迪克·斯科比確認了這個呼叫。
他的響應是:「收到,執行加速」,這句話是挑戰者號空對地迴路的最後一次通訊。
太空飛行器解體
在T+72.284時,右側SRB部件似乎已從與外儲箱連線的尾部支架上扯落。事後從遙測資料的分析顯示,在T+72.525時,太空梭右側有突然的加速,太空人們也可能感覺到:船員艙記錄器最後的狀態記錄是在加速後半秒鐘時,駕駛員麥克·史密斯發出了「嗯噢」的叫聲。
史密斯可能也感覺到了主發動機異常表現的徵兆,或是外部燃料艙壓力的下降。
在T+73.124時,艦尾拱頂的液氫燃料艙發生故障,產生的一股推力將液氫艙推擠入了上端的液氧艙;與此同時,右側的SRB繞著支架向上轉動,並且撞擊到了內部燃料艙結構。
在T+73.162時,太空梭在14.6千米(48,000英呎)的高度上開始解體。[9]伴隨著外部燃料艙的瓦解,挑戰者號在氣流的衝擊下改變了正常的方向,並在異常的氣體動力產生20g——遠超過設計極限的——負載係數下立刻被撕裂開來。
兩架SRB則因能承受更大的空氣動力負載,在從外儲箱分離後還繼續進行了37秒鐘的失控動力飛行。SRB的外殼由12.7毫米(半吋)厚的鋼板構成,比太空梭與外部燃料艙更為堅固;因此兩架SRB在太空梭解體時得以倖免,即使導致挑戰者號毀滅的SRB接縫燒穿對右側SRB的影響依然存在。SRB隨後被遠端遙控命令自毀。[10]
解體後的飛行控制日誌
在事故發生後,任務控制中心持續了十幾秒的寧靜。
電視螢幕上顯示著挑戰者號所在位置出現的煙霧,和向海洋墜落的大量碎片殘骸。在大約T+89時,飛行指揮傑伊·格林提醒飛行動力官員向他提供資訊。得到的回覆是「過濾雷達得到不連續的來源」,進一步表明挑戰者號已經破裂成了許多碎片。地面控制員報告說,挑戰者號的無線通訊器與遙測資料均「無法連線,下行鏈路失敗」。格林命令他的小組「仔細察看你的資料」並尋找軌道艙成功逃生的任何跡象。
在T+110.250時,卡納維爾角空軍基地的靶場安全官員(英語:Range Safety Officer)向太空梭與SRB發出了無線電訊號,啟動了靶場安全系統的自毀程式。這是一個應對緊急情況的正常程式,以確保自由飛行的SRB不對陸地或海洋的目標造成威脅。另外一個相同的自毀訊號也摧毀掉了外儲箱未分解的部分。[11]
「這裡的飛行控制員在應對該情況時看來是非常謹慎的,」公共事務官員史蒂夫·內斯位元報告說,「一個明顯的主要故障是,我們沒有下行鏈路。」在一個停頓後,內斯位元說道:「我們從飛行動力官員得到的報告說飛行器已經爆炸。」
格林命令任務控制中心執行緊急情況程式;這些程式包括封鎖進出控制中心的通道、切斷與外部世界的電話聯繫,並根據清單確保有關的資料都正確地被記錄與保護。
沒有「爆炸」
與飛行動力官員最初的結論相反的是,太空梭與外儲箱實質上並沒有「爆炸」。
它們是在太空梭接近最大氣動壓力(即「最大Q值」)後,被巨大的空氣動力迅速撕裂的。
外儲箱解體後,其中儲存的燃料與氧化劑逸出,並造成爆炸產生巨大火球的假象。不過,按照NASA團隊在事故後的影像分析結果來看,推進燃料只有「部分燃燒」[8]。 同樣的,太空梭泄漏的液氧和液氫產生了最初組成可見煙雲的成分:水蒸氣與氣體。傳統上,儲存在低溫下的液氫不可能迅速地燃燒並觸發一場「爆炸」。
如果發生爆炸,爆炸會迅速摧毀整個太空梭,同時連帶殺當機上的所有太空人。
但在飛行器解體的過程中,更堅固的船員艙與SRB倖存了下來;SRB隨後被遠端遙控命令自毀;分離的船員艙則以拋射軌道下墜,並在T+75.237離開煙雲時清晰可見[8]。
飛行器於14.6千米(48,000英尺)處解體,25秒後,船員艙抵達19.8千米(65,000英尺)的拋射軌道頂點[9]。
原因與死亡之時
在飛行器解體的過程中,更堅固的船員艙保留了整體,並處於慢速翻轉狀態。
NASA粗略估計如果要撕裂船員艙的話,作用力要達到重力G的12到20倍;但是,在兩秒內,作用在艙體上的力已經減少到4 G以下,而在10秒後船員艙已進入自由落體狀態。
這些力看來不足以對艙體造成主要的損害。至少在解體後,有跡象表明部分太空人依然還活著並暫時具有意識:事後發現飛行甲板上的4個個人外出空氣袋(英語:Personal Egress Air Packs)中的3個已啟動。
調查員發現空氣餘量與解體後2分45秒的拋射時間大約一致。在解體較長一段時間後,太空人是否還具有意識是不可而知的,這在很大程度上依賴於分離的船員艙內是否維持了安全的壓力。如果沒有,在當時的高度上能維持意識的時間只有幾秒鐘;PEAP只供給非加壓的空氣,因此無助於幫助太空人們維持意識。
船員艙以大約334千米/時的速度濺落海面,導致了超過200 G的瞬間減速,遠遠超過了船員艙的結構承受極限與人員存活極限。[9]
1986年7月28日,NASA太空飛行副主管及前太空人理察·特魯利海軍少將,發表了一份由休斯敦詹森航天中心的生物醫學專家約瑟夫·克爾溫提交的報告,提到了事故中太空人的死亡。克爾溫博士曾參與天空實驗室2號任務,在事故發生不久後便被委派負責調查事故的原因。克爾溫的報告中提到:
- 不能確定導致挑戰者號太空人死亡的原因;
- 軌道艙解體時的作用力對太空人也許不能造成致命或嚴重的傷害;
- 太空人很有可能在軌道艙解體後的幾秒內由於飛行中的船員模組失去壓力而失去意識。[9]
逃生可能
調查表明,在太空梭解體爆炸前,至少有3名航天員並沒有馬上死亡。這3名航天員開啟了太空梭上的應急供氧裝置。
這3人最終死於低溫、缺氧(太空梭解體到墜入海洋歷時至少3分鐘)和掉入海洋時500多G的超重。
在太空梭設計期間,曾有幾次提及發射逃生系統,但NASA的最終結論是:太空梭可期待的高可靠性可以排除對這一系統的需要。
前4次測試飛行的太空梭軌道任務中,用到了修改後的SR-71黑鳥式偵察機彈射座椅與全套的增壓服;但在後來正式的任務中,卻移除了這些裝置。發射逃生系統被認為有以下這些局限而未安裝:「有限的作用、技術的複雜與過多金錢的花費、重量與日程表的拖延」。[11]:180
在失去挑戰者號後,這個問題被再次提出,同時NASA也考慮了幾種方案:包括彈射座椅、牽引救生裝置與從軌道艙底部跳傘逃生的方案。但是,NASA再次得出了所有的發射逃生系統都是不切實際的結論,理由是這些都將導致必然對現有飛行器進行大規模的修改,並因此縮減太空人的活動空間。
跳傘逃生系統的設計允許太空人在太空梭滑行過程中跳傘逃生;但是,該系統已經無法在挑戰者號的方案中實作了。[12]
災難發生後
事故發生後,NASA被批評為在新聞上缺乏開放性。《紐約時報》提到了在當天的事故後,「無論是上升階段的飛行指揮傑伊·格林,還是控制室的其他人,都沒有通過航天機構向新聞機構提供有關資訊」。
[13]由於缺乏可靠來源,新聞機構只能進行推測;《紐約時報》與合眾國際社都推測出了外儲箱的故障是事故主因的結論,儘管當時NASA的內部調查人員已經將調查的焦點放在了固體火箭助推器上。
[14][15]「航天機構,」航天新聞報導員威廉·霍伍德寫道,「堅守著那套關於調查詳情的嚴格保密政策,這是一個不斷標榜自己公開性的機構的非典型姿態。」[14]
追悼
在災難發生的那一晚,隆納·雷根總統原已預定對國會發表年度國情咨文。起初,他宣布咨文將按時發表,但後來在各方壓力下他將發表國情咨文的時間推遲了一周,並在白宮的橢圓辦公室中向全美發表了一份關於挑戰者號災難的演說。這份演講由佩姬·諾娜撰寫,並以參照小約翰·吉列斯比·麥基的一首詩《高高飛翔》(High Flight)作為結尾:
三天後,雷根偕同夫人南希一同來到了詹森航空中心,出席悼念太空人的紀念儀式。參加的還有六千名NASA雇員和罹難太空人的家人。[18]
挑戰者號太空人的家人們成立了非營利組織挑戰者號太空科學教育中心(英語:Challenger Center for Space Science Education),並建立了五十個學習中心,作為對罹難者永久的紀念。2004年7月23日,身亡的七位太空人被追授國會太空榮譽勳章。
小行星3350、小行星3351、小行星3352、小行星3353、小行星3354、小行星3355、小行星3356以七人的名字命名。
葬禮儀式
可辨識的太空人遺體於1986年4月29日交還給了他們的家人。其中的兩名成員:迪克·斯科比與麥克·史密斯被他們的家屬安葬在阿林頓國家公墓的私人墓地。其他的遺體則於1986年5月20日安葬在阿林頓的太空梭挑戰者號紀念墓碑下。[19]
收回殘骸
在事故發生後一分鐘,NASA的發射救援官員就調動了為回收SRB而在預定水域待命的船隻展開搜救,同時還派遣了搜救飛機。但是在此時,碎片還在不停地掉落;因此靶場安全官員命令飛機與船隻在安全水域待命,直到確定被影響區域安全無虞後,才允許其全力進行的搜救工作;而這已是事發後一小時了。[20]
在挑戰者號事故發生的第一星期,美國國防部代表NASA協助美國海岸防衛隊進行主要的海面搜救工作。根據海岸防衛隊的說法,「這次行動是有史以來最大規模的海面搜救活動。」[20]搜救行動一直持續到2月7日。此後,由搜尋、修復和重建小組進行修復工作;他們的目標是在搶救出有助於找出事故原因的碎片殘骸。聲吶、潛水員、遙控潛艇、和載人潛艇都用在了搜尋的工作上,搜尋的廣度達到480平方海里(1,600平方公里)的海域,而深度則達到海面下370米(1,200英呎)。
到了5月1日,將蒐集到的右側SRB碎片修復還原後,已能足夠判斷出事故的真正原因,於是結束了主要的搜救工作。其他的一些淺水區域搜尋還持續了一段時間,但這與事故的調查無關:目的只是蒐集並修復殘餘碎片以供NASA進行對太空飛行器與發射器的材料研究。[20]
在挑戰者號上有一面美國國旗,發現時依然原封不動地密封在貨物袋中,現稱作挑戰者號之旗,這是科羅拉多州紀念碑鎮童子軍514團建議的名稱。
多年來,剩餘的挑戰者號殘骸還在不斷地被海水衝上佛羅里達州的海岸。1996年12月17日,在事故後差不多11年時,可可比奇的海灘上還發現了兩大塊殘骸。[21]
羅傑斯委員會的調查
太空梭挑戰者號事故總統調查委員會,常稱作羅傑斯委員會(以其主席的名字),是為調查此事件組成的。由前國務卿威廉·羅傑斯擔任主席。其他的成員還有:太空人尼爾·阿姆斯壯(副主席)、莎莉·萊德、律師大衛·艾奇遜、航空學專家尤金·科弗特和羅伯特·霍茨、物理學家理察·費曼、阿爾伯特·惠爾倫、小亞瑟·沃克、前空軍將領唐納德·秋提那、羅伯特·拉梅爾、約瑟夫·薩特和前飛行員查克·葉格。委員會工作了幾個月後,發表了他們的研究報告。
他們發現挑戰者號的意外是由右側固體火箭推進器尾部一個密封接縫的O型環失效,導致加壓的熱氣和火焰從緊鄰的外加燃料艙的封緘處噴出,造成結構損壞。
O型環的失效則歸因於設計上的缺陷,因而太容易損壞,以及發射那幾天的低溫都是潛在的因素。
[22]:72更明確地說,報告也考慮到了意外的成因。最明顯的就是NASA與承包商的疏忽,莫頓·塞奧科公司承認了他們在設計上存在的缺陷。
這使得羅傑斯委員總結挑戰者號災難是「一場肇由歷史的事故」。[23]
報告中也強烈地批評了挑戰者號發射的決策過程,認為它存在嚴重的瑕疵。
報告明確地指出,NASA的管理層並不知道塞奧科公司最初對O型環在低溫下的功能的憂慮,
也不了解羅克韋爾國際公司提出的大量冰雪堆積在發射台上會威脅到發射的意見。
[4]報告最終總結出:
「 | 我手裡拿著的這個玩意,是我從你們用作密封的東西中找出來的。我將它放進冰水中,然後我發現當你往上施加一會兒壓力再鬆開後,它就不會還原了,而保留著原來的形狀。換句話說,在32度(這裡指華氏溫標,編者注)時,至少在幾秒或者更多的時間內,這個材料沒有一點彈性。 | 」 |
——理查·費曼,[24] |
理查·費曼的角色
委員會中最著名的一位成員是理論物理學家理查·費曼,他以自己的風格直接進行調查,而不是依據日程表進行。這讓他與羅傑斯產生了意見上的分歧,後者曾經抱怨到:「費曼才是真正讓我頭痛的事。」
在一場電視廣播的聽證會上,費曼將材料浸泡在一杯冰水之後,
展示了O型環如何在低溫下失去韌性而喪失密封的功能。[24]
費曼也很重視NASA在「安全文化」上的缺失,並威脅要從報告中撤簽(退出委員會),除非將他個人對太空梭可靠性的觀點列入——後來出現在附錄F中。[25]在這份附錄中,他認為NASA管理層對安全與可靠性的評估,不同於數以千計參與實際工作的工程師的評估,是粗糙且不切實際的。
他總結說:「想要在技術上成功,實情要凌駕於公關之上,因為大自然是不可欺騙的。」[26]
美國眾議院聽證會
美國眾議院科學與技術委員會(英語:United States House Committee on Science and Technology)也召開一場聽證會,並在1986年10月29日發表了他們關於挑戰者號事故的報告。[27]。他們在調查的過程中,重新審視羅傑斯委員會的發現,並同意羅傑斯委員會所指出的技術肇因,不過在所佔比例上有所不同。
美國國家航空暨太空總署的回應
在挑戰者號的事故之後,太空梭的航次全部暫停,以等待羅傑斯委員會的調查結果。同時NASA也參考1967年阿波羅1號失火的模式進行了內部調查,這個調查更像是在挑戰者號出事後,因為外部評論的壓力而被迫進行的。羅傑斯委員會提出了九項改進太空梭專案安全性的建議,而雷根總統更直接指示NASA要在三十天內提出落實這些建議案的實施計畫。[28]
作為對委員會的回應,NASA開始重新設計太空梭的整個SRB部件,並由委員會推薦的一個獨立觀察小組進行監督。[28] NASA與承包商莫頓·塞奧科公司的合約中,有一條對SRB部件的責任歸屬,闡明了在「任務失敗或人員喪生」的情況下,承商將被罰沒一千萬美元的獎勵金,並承擔形式上的法律責任。
在挑戰者號事故發生之後,塞奧科公司「自願接受」金錢上的懲罰以交換不追究法律上的責任。[29]
NASA也遵從委員會對行政官員的建議,由副行政官員直接重新建立了安全性、可靠性與品質保證辦公室,副行政官員將直接地向NASA的行政官員報告。曾就職於馬丁·瑪麗埃塔公司的喬治·馬丁,被指定擔任這項職位。[30]挑戰者號前飛行指揮官員傑伊·格林則成為安全部門理事會的負責人。[31]
NASA不切實際與過度樂觀的發射時程表也被羅傑斯委員會批評是導致事故的原因之一。
事故之後,NASA努力嘗試制訂出更實際的太空梭航班:它亦將另一架太空梭奮進號加入太空梭的艦隊,以取代挑戰者號;並與國防部合作,儘量使用一次性發射系統而非太空梭來發射衛星。[32]1986年8月,雷根總統也宣布太空梭將不再執行發射商業衛星的酬載任務。1988年9月29日,在太空梭計劃32個月的停滯之後,開始執行新的一次太空梭任務STS-26。
雖然在挑戰者號事故後,NASA已做出了重大的改革,但許多評論者仍然認為它在組織文化與管理結構上的改變未能(不會)深入與持久。
在2003年哥倫比亞號災難之後,
NASA管理層對安全問題的態度再次成為關注的焦點。
哥倫比亞號事故調查委員會(英語:Columbia Accident Investigation Board)認為,NASA未能從挑戰者的事故中學到足夠多的教訓,特別是未能真正的設立獨立作業的安全監督小組;CAIB覺得在這個領域內,「NASA對羅傑斯委員會的回應並沒有達到委員會的初衷」。
[33]「造成對挑戰者號(事故)負有責任的制度失效原因並未消除」,
意即導致挑戰者號事故「有瑕疵的決策過程」,
文化影響
媒體反應
由於新罕布希爾州的一名教師克麗斯塔·麥考利夫是挑戰者號的乘員,這引起了一些媒體的興趣,在發射的現場進行實況直播,不過只有CNN提供了全國直播。
不過,在事故發生後的一項研究中,有17%的答覆者表示他們觀看了太空梭的發射,剩下的85%則表示他們在一小時內得知了事故的發生。據報告的作者寫到:「只有兩項事故的新聞傳播得更快。」(其中一項是約翰·甘迺迪總統在德克薩斯州達拉斯被刺殺的新聞;另一項是在肯特州立大學的學生間傳播的富蘭克林·羅斯福總統的死訊。)[35] 另一項研究提到,「即使在事故發生時沒有看電視的人,也幾乎肯定能在事後幾天的電視台幾無中斷的報導中看到事故重放時的圖像」。
[36]根據《紐約時報》的民意測驗顯示,看見現場直播事故的孩童比成人要多,因為有48%的九至十三歲的學生在學校觀看了電視直播。[36]從事故當天起,媒體保持高度的關注。在發射現場僅有535位記者進行報導,但三天後甘迺迪航天中心卻有了1467位記者,在詹森航天中心還有另外的1040位記者。全球的報章雜誌也都以該事故做為頭條新聞。[14]
此外,中國中央電視台在1986年1月29日的《新聞聯播》中將挑戰者號災難作為頭條播出,打破了「先國內,後國際」的慣例。[37]
研究案例
挑戰者號的事故常是專題研究的案例,例如工程安全、揭弊者的道德規範、溝通與集體決策等。
在加拿大和其他一些國家,更是工程師在取得專業執照前必知內容的一部分。
[38] 對O型環在低溫下將會失效提出警告的工程師羅傑·博伊斯喬利,辭去了他在莫頓·塞奧科公司的工作,並且成為了工作場所道德規範的一位發言人。
[39]他認為,由莫頓·塞奧科公司管理層召開的核心會議,及其最後產生關於發射的建議,「是起因於強烈的顧客威逼,而造成了不道德的決策制定。」
[40]麻省理工學院、德州農工大學、德克薩斯大學奧斯汀分校、卓克索大學和馬里蘭大學的派克學院,都將此一事故作為工程倫理的一個教案。[41][42]
資訊設計師艾德華·塔夫特曾經以挑戰者號事故為例,說明當資訊表達不明確時會發生的問題。
他認為,如果莫頓·塞奧科公司的工程師能更明確地表達出SRB部件的接縫在低溫與燒穿間的資料關係,他們也許能成功地說服NASA取消太空梭的發射。
[43] 塔夫特也認為,資訊表達的不完備也可能影響了NASA在哥倫比亞號最後一次飛行中的決定。[44]
相關的流行文化
在1990年,一部稱為《挑戰者號》的電視電影重現了太空梭挑戰者號發射時的事故。2006年5月,另一部關於這場事故的電影也宣布開拍,它也叫做《挑戰者號》。該部電影由菲利普·考夫曼執導——他在1983年拍攝的電影《太空先鋒》記錄了早期太空計劃的歷史——並且將會把角色的重心放在理查·費曼對事故的後續調查上。[45]
也有許多其他電視節目和電影參照了挑戰者號的事故,包括了:
- NBC的電視情境喜劇《龐姬·布魯斯特(英語:Punky Brewster)》在1986年3月的一集「意外的發生」中,安排了龐姬在學校的電視上看見災難發生後的反應。在以前的劇情中,龐姬對成為一名太空人很感興趣,但她現在害怕遭遇到相同的命運;劇情展現了她害怕在航空事業上繼續追求發展,以及她的繼父亨利、老師麥克·弗爾頓和前太空人艾德林是如何重建她的夢想的過程。
- 電影《星艦奇航記IV:搶救未來》的拍攝者和演員們希望以此電影紀念挑戰者號上的太空人們:「他們勇敢的精神將留存在23世紀以及後世代人們的記憶中。」[46]
- 更早,在奧利弗·史東於1987年拍攝的電影《華爾街》中,約翰·麥金利告訴查理·希恩說,葛登·蓋柯(麥克·道格拉斯飾演)在太空梭爆炸後,很貪婪地在幾分鐘內放空了NASA的股票(儘管NASA是政府機構,不發行股票;而且讓事件發生在1985年,也是不合時代的)。
法國電子音樂藝術家尚米榭·賈爾原本打算與挑戰者號的太空人羅納德·麥克內爾——也是他的摯友和薩克斯風合奏者——在他的專輯《幽會(英語:Rendez-Vous)》中合奏一曲。在麥克內爾過世之後,賈爾將這部專輯做成了麥克內爾的紀念專輯;並在休斯敦舉行一次免費的音樂會,以紀念挑戰者號上的太空人。[47]約翰·丹佛也在他1986年6月發行的專輯《同一個世界》(One World)中,為挑戰者號太空人寫了一曲頌歌《為我飛翔》(Flying For Me),在結尾以73秒的器樂演奏來紀念這場短暫的飛行。
不只一本漫畫描述過如果超級英雄拯救了挑戰者號會發生甚麼事情。1995年初版的限量版系列漫畫《Astro City》中,類似超人的角色撒馬利亞人第一次公開露面,他拯救了飛行器以防止這場悲劇把整個世界導向荒涼的未來。雖然《超人》故事沒有直接講過挑戰者號的名號,但事故發生後,故事中確實數次描述了類似情節,包括1986年的圖畫小說《鋼鐵戰士(英語:The Man of Steel (comic book))》的首章(這也是超人作為鋼鐵戰士的第一次露面);電視劇集《露易絲和克拉克:超人新冒險(英語:Lois and Clark: The New Adventures of Superman)》的試播集(在這裡面是「信使號太空梭」),以及2006年的電影《超人再起》。
在1996年,由詹姆斯·斯蒂爾和瑪吉主演的的戲劇《秘而不宣》(Hush)中,主角談到了她的一個夢,夢中她在太空中飛行,並看到了克麗斯塔·麥考利夫在金星教孩子們讀書。在她講完後,在場景中的記者珍娜轉向瑪吉的父親弗蘭克,並說(關於挑戰者號災難的):「當它爆炸時我正吃著麥克雞塊。」
2007年,《今日美國》在慶祝報紙成立二十五週年紀念的同時,亦做了一個名為「首二十五位感動我們的人物」的人物誌,其中也包括了挑戰者號太空梭的遇難太空人。名單裡亦包括九一一英雄與已故王妃黛安娜等人。[48]
2013年,美國歌手碧昂絲第五張專輯《絕對碧昂絲》中的首波主打「XO」,就使用了事件中控制中心對太空梭發出指令的錄音,以「嚴重失靈 (Major Malfunction)」喻作情愛關係出現問題。此舉引起了美國國家航空暨太空總署及死難者家屬的不滿,唯碧昂絲回應指歌曲的原意是要說明「世事難料,所以務必要珍惜與愛惜的人相處的每一刻」。