为什么哥伦比亚号航天飞机会解体？让我们一起来看看。

20032月1日，哥伦比亚号航天飞机在返回地面时解体，7名航天员全部死亡，成为16年前挑战者号航天飞机坠毁以来最大的航天事故。

美国航空航天局立即成立了哥伦比亚事故调查委员会，包括诺贝尔奖得主、斯坦福大学道格拉斯·许多权威专家，如奥谢罗夫教授。经过几个月的工作，调查委员会对整个飞行数据进行了详细的分析，找出了事故的原因。

根据航天飞机的设计指标和多次飞行的测量数据，在整个再进入大气层的过程中，铝结构的平均温升约为每分钟1.2℃，然而，哥伦比亚显示的数据非常异常：第二秒，航天飞机达到102公里高，一般认为是气动加热的初始阶段，没有异常；第8秒，虽然没有进入高加热期，但温度传感器发现左翼起落架温度异常升高，左翼温度在第10秒上升15℃；第13秒，休斯顿任务控制中心根据机翼铝结构的最高设计温度，失去了温度传感器数据175℃推断所用传感器的量程不应在200℃上述现象表明结构温度已达到175℃在第15秒，哥伦比亚号在61公里高，里克机长·赫斯本德最后一次回应地面，他在噪音中失去了联系，然后目击者和雷达发现哥伦比亚被解体为无数的碎片。从上述数据不难看出，左翼防热瓦的故障导致了太空飞机的最终解体。

那么，为什么左翼上的防热瓦会失效呢？经调查发现，当航天飞机起飞时，左翼前缘受到从储物箱上脱落的泡沫的冲击。根据起飞时的相机记录（相机距离航天飞机40公里），公里），起飞后57秒，一块泡沫从储物箱上脱落，约为泡沫0.76长度不大于1米，厚度为6毫米20°以700米/秒的速度攻击左翼前缘。同时，根据记录，当时的噪声水平高于正常值。

这样一次当时被认为无关紧要的“轻微”撞击，是否就是破坏防热瓦的罪魁祸首呢？事故调查委员会用地面试验复现了防热瓦被撞坏并最终导致机毁人亡的全过程。

根据上述起飞时冲击过程的参数（如泡沫塑料尺寸、冲击速度和角度等），备用航天飞机机翼作为试验部件。果然，机翼的前缘被大约25平方厘米的孔击中。然后用等离子体加热高温气流，模拟再次进入大气层时的气动热。试验结果表明，防热瓦很快从受损部位烧毁。机翼前缘防热瓦是一种碳纤维增强复合材料。损坏过程是：材料基体碳先损坏，然后碳纤维松动，最后损坏整个部件。地面试验完全复制了防热瓦损坏和防热失效的整个过程。

事故调查委员会还进一步调查了泡沫塑料脱落的原因。这里简要介绍一下泡沫塑料存在的必要性和它的隐患。

航天飞机发射时，中间最大的圆柱体部分是由液氧箱和液氢箱组成的储罐。储罐主要为航天飞机上的主发动机提供推进剂。在航天飞机进入轨道之前，储罐的推进剂耗尽，箱体和航天飞机解锁并自行着陆，然后在进入大气层时燃烧。

液氢和液氧存放在外储箱中。液氢和液氧的储存温度分别低于-253℃和-183℃。箱内温度升高会蒸发液氢和液氧，增加储罐内压，破坏储罐。因此，储罐外应覆盖一层绝缘性能优异的泡沫绝缘材料。一方面，这种绝缘材料保持了箱内的低温，另一方面，它也使箱外的表面温度不会太低，以防止大气中的水分在储罐表面结冰。绝缘泡沫材料脱落的原因是它与储罐的连接方式。这种绝缘材料与储罐的外表面用胶层粘合。在工程实施过程中，如此大面积的胶接面难以避免个别脱胶和胶层中的气泡。航天飞机发射后，在上升段逐渐加速的过程中，高速气流与表面的摩擦会增加绝缘材料的温度，胶层中残留的气体会因温度升高而膨胀，导致泡沫绝缘层局部脱落。事故分析还证实，当时脱落的泡沫绝缘材料位于储罐发射段表面温度较高的部位。

由于发射段储罐外表面温度升高，胶层中的气泡难以避免，因此很难消除泡沫绝缘层的脱落。事实上，2003年哥伦比亚失事后发布的一份报告称，一个美国研究小组跟踪了航天飞机防热瓦10年的损坏记录，结果表明，航天飞机每次飞行后都会损坏多个防热瓦，平均损坏部位为25个。

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