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相當驚險!當火箭發射出錯時,會如何?

2018年10月11日俄羅斯聯盟号載人飛船升空失敗,讓全世界的人們意識到太空飛行有多麼危險。聯盟号MS 10飛船本來準備搭載宇航員尼克•黑格和阿列克謝•奧夫奇甯前往國際空間站,但在發射後不久即出現嚴重故障,被迫緊急降落,宇航員成功逃生。這次的失敗揭示了盡管人類在半個世紀前就登上了月球,但遨遊太空在本質上依然是一項危險的活動。當然,MS 10絕非第一架發射失敗的火箭,很有可能也不會是最後一架。視訊中彙集了曆年來火箭發射中的幾個最災難性的時刻,并逐一指出問題到底出在哪裡。

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NASA(美國國家航空航天局)從一開始就不斷地從失敗中吸取教訓。比如最最開始的一次,1957年12月6日,美國首次嘗試将試驗衛星送上地球軌道,執行這次任務的先鋒号TV-3運載火箭以近乎搞笑的失敗收場。在發射後僅兩秒鐘、堪堪到達離地4英尺的“高空”之後,先鋒号火箭就掉了下來,把發射台和它自己炸了個粉碎。這在當時新興的太空競賽中真是一次超級尴尬的失敗,不過它讓當時的人們了解到他們面臨的挑戰有多大。

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鑒于僅僅十多年後NASA就成功地把一個大活人送上了月球,證明了風水的輪轉可以有多快。調查發現,先鋒TV-3火箭發射失敗的原因在于燃料箱壓力過小導緻燃料線路被切斷進而使火箭失去動力。工程師們很快解決了這個問題,出事的引擎以後再也沒有出過問題。最初的阿波羅計劃也是以災難性的失敗告終的,其中阿波羅1号的結局尤為慘烈。按計劃阿波羅1号的任務是載人的阿波羅指令艙首次環繞地球軌道的測試,但在一次任務預演中可怕的意外發生了。由于飛船上遍布易燃物品,而指令艙内又充滿純氧,這使得一個意外的電火花迅速地釀成大火席卷了整個飛船。

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設計為向内開啟的艙門令到宇航員們完全無法逃生,宇航員維吉爾·伊萬·格裡森、愛德華·希金斯·懷特二世和羅傑·布魯斯·查菲在事件中喪失。為了紀念他們,“阿波羅1号”這個代号被保留下來不再使用。之後的數年中又經曆了數次火箭發射失敗,但很少是由于結構性或工程性的問題引起的了。阿波羅1号的慘劇發生一年多以後,在對土星5号火箭性能的一次測試中,阿波羅6号飛船剛剛升空就遭遇了重大問題,令人慶幸的是飛船隻是偏離了軌道,開啟了一段計劃外的飛行。

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這艘火箭剛剛經曆了“澎戈震蕩”,一種因與彈簧高跷反複擺動的感覺相似而命名的獨特彈性振動。在此之後,火箭的五個引擎很快當機,同時引起了更多并發事件,該火箭在空中停留了9小時後最終仍然墜毀于太平洋。日前,聯盟号火箭發射失敗被認為是由工程設計失誤所造成的。根據原始報告,專家認為這起事故是助推器分離失敗導緻火箭偏離軌道造成的,機載計算機識别出(火箭正在經曆)”澎戈震蕩“之後,切斷了二級發動機并且安全的把兩名飛行員從發射艙中彈出。從很多方面上講,(這次事故中)宇航員能安全彈出是對現今21世紀機械搭載的先進技術措施的證明。

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但是,即使是最先進的高科技火箭在大自然母親的手中還是會遇到意料之外的問題,也許她就是不想讓人類離開地球。2006年3月24日,Space X首次火箭發射Falcon one的結果就尤其糟糕,僅僅不到60秒,火箭就發生了明顯側傾,随後撞毀在了附近的礁石上。專家們馬上就意識到火箭墜毀的問題關鍵是燃料洩漏以及随後的伴生火災,但專家們在火箭墜毀的原因上并沒有達成一緻。燃料洩露問題起初被認為是由燃料管道連結松動引起,然而之後更深入的測試顯示此處的螺母牢固未動。最終,這次事故被歸咎于材料的腐蝕:因為附近的鹽水腐蝕了螺母,進而導緻了其長久性的失效。

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這些問題常常由無心之過或意外事故造成,但令人擔憂的是,有些失敗的發射項目往往由粗心或本來是容易預防的錯誤造成。俄羅斯航天局原定于 2010 年 12 月搭載質子—m火箭将三顆 GLONASS 衛星送入軌道,但火箭迅速偏離軌道并墜毀,并摧毀了所有三顆衛星。最終,這期事故最終歸咎于原本可避免的燃料箱過載。據報道,負責加液氮的技術員并沒有不知道火箭設計已經經過了更新,因而還是習慣性的給火箭加注了液氮,最終,這次疏忽導緻火箭超重而無法飛行,意味着它未能到達反而瘋狂的偏離了原定軌道,甚至可能(使這次發射)成為了史上最臭名遠揚的火箭發射災難,挑戰者号災難在很大程度上就是人為錯誤的結果,悲劇就是這樣發生的。

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1968年1月28日,挑戰者号航天飛機迎來第十次飛行任務。該任務旨在觀察哈雷彗星,為教師克裡斯塔·麥考利夫提供了一個獨特的機會——在太空中教學。麥考利夫早在1.1萬名太空教學項目的申請者中脫穎而出。該項目由羅納德·裡根發起,旨在重振全國人民對科學、數學和太空的興趣。 不幸的是,這次發射在飛行73秒後就毀于一場大災難。航天飛機在半空中完全解體,留下了一片巨大的煙雲,機上七人全部罹難。圍繞這場大災難背後可怕的形勢變化和特殊情形似乎使它看起來更為慘烈。

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包括目标觀衆兒童在内,全美約有17%的人都在電視上觀看了這場直播——麥考利夫出現在太空飛船給太空旅行帶來了新的熱情。所有人都不幸目睹了這場可怕的災難。但釀成大禍的原因究竟是什麼?據調查,部分原因是寒冷的天氣,此前報道的一次違規操作也造成了影響。1月27日晚間和次日淩晨的佛羅裡達州十分寒冷,美國宇航局對于如此低溫下的火箭發射并沒有太多經驗。職員們發現發射台上有大量的冰,但負責助推器的公司向宇航局保證,寒冷不會造成影響。最終,此事被證明為釀成大禍的主因——橡膠o形圈從未在低溫條件下測試過。升空時橡膠硬化,未能密封連接配接點,導緻一個助推器洩漏,向外貯箱噴射出液氧、氫和火焰。

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緊接着發生了巨大的結構性故障,飛船解體。但整個災難中最令人不安的是,據稱有幾個工程師曾預料到即将到來的災難,但他們的經理和NASA的決策者選擇不采取任何行動。據報道,莫頓蒂奧科爾公司的工程師鮑勃·伊夫林和其他四人試圖阻止發射,理由是橡膠o型圈可能存在問題;同樣在此公司,航天飛機固體火箭發動機項目的主任艾倫·麥克唐納也擔心結構的完整性,拒絕簽署發射提議。然而,NASA和公司高管似乎回避了他們的擔憂,于是,艾伯林在火箭發射的前夜觀測時告訴妻子,火箭将于第二天早上爆炸。

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這個事情使他陷入了深深的憂郁中,三周後,他匿名向國家公共廣播電台講了一個重要的事。羅傑斯委員會在先前的一項調查中發現了NASA決定中的漏洞,并指出:代理人在知情的情況下違反了他自己的安全原則。多年來,其中潛在的問題不僅沒有被解決,反而之前的警告也被忽視了。鮑勃-伊芙琳随後告訴國家公共廣播電台NASA有他們自己的想法,他們向世界展示了他們很清楚自己在做什麼。一直以來,火箭發射的失敗有一系列可能的原因,有時候僅僅是缺乏經驗。有時候是一些反常事件的出現,例如:助推器分離失敗。還可能是環境因素的影響,像獵鷹一号就是由于鹽水腐蝕導緻了失敗。不幸的是,人為錯誤和粗心也是一個因素,像油箱油加的太滿引起的沒必要的風險。火箭發射是一個非常複雜的過程,需要數月甚至數年的準備。毫不誇張地說,在火箭科學中,一個小失誤就能引起一場大災難。

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相關知識

火箭(源自意大利語:rocchetto, lit. 'bobbin/spool')[nb 1][1]是航天器、飛機或其他交通工具用來從火箭發動機獲得推力的投射物。火箭發動機的排氣完全由火箭内部攜帶的推進劑形成火箭發動機通過作用和反作用來工作,通過高速向相反方向排出廢氣來推動火箭前進,是以可以在太空的真空中工作。

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事實上,火箭在太空中比在大氣中能更高效的工作。多級火箭有能力達到脫離地球的逃逸速度,是以能夠到達最大的高度。相比于吸氣式發動機,火箭重量輕,功率大,能夠産生較大的加速度。為了控制飛行,火箭依靠動量、翼型、輔助反作用發動機、平衡推力、動量輪、排氣流的偏轉、推進劑流、旋轉或重力。

用于軍事和娛樂的火箭應用至少可以追溯到13世紀的中國。到了20世紀,火箭才在科學、星際和工業上有了重大的應用,當時火箭是開啟太空時代的技術,包括登上月球。火箭現在被用于煙花、武器、彈射座椅、人造衛星的運載火箭、載人航天和太空探索等領域。

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