哥伦比亚号航天飞机
美国第一架正式服役航天飞机
哥伦比亚号航天飞机(OV-102)是由罗克韦尔国际公司制造并由美国航空航天局运营的航天飞机轨道飞行器。哥伦比亚号以第一艘绕北美太平洋上岸运行的美国飞船和美国标志性女性的名字命名,第一架成功实现近地轨道飞行的美国航天飞机。哥伦比亚号”是美国国家航空航天局的旗舰航天飞机。在20世纪70年代第一次设计航天飞机项目时,第一个飞往太空的飞船被命名为“哥伦比亚”(一个名为“企业”的测试器此前已飞入过太空)。1982年11月哥伦比亚号航天飞机首次正式业务飞行,成功地在轨道上发射了美国的“SBS-3”卫星和加拿大的两颗“兄弟”卫星。"
“哥伦比亚”号机舱长十八米,能装运三十六吨重的货物,外形象一架大型三角翼飞机。机尾装有三个主发动机和一个巨大的推进剂外贮箱,里面装有几百吨重的液氧、液氢燃料,附在机身腹部,供给航天飞机燃料进入太空轨道;外贮箱两边各有一枚固体燃料助推火箭。整个组合装置使“哥伦比亚”号能在八分钟左右达到两万七千公里的时速。
随着哥伦比亚号等航天飞机的成功飞行,出现了费用和效益与计划的偏差。当时,航天飞机一次飞行花费1.5~2亿美元,而商业发射得到的最高补偿约7.1千万美元。航天飞机的商业飞行遭受经济压力,停止了商业飞行,每年发射次数少于原计划的次数。
2003年2月1日在哥伦比亚号航天飞机第18次飞行完成任务返航时,仅差16min快到地面的瞬间爆炸解体,机上7名航天员壮烈牺牲。这是美国航天飞机113次飞行中发生的第2次惨祸。事故调查认为,该航天飞机左翼在升空81s后遭到主燃料箱上脱落的泡沫绝缘材料的撞击发生严重破损,航天飞机返航进人大气层途中因超高温空气从破损口入侵,使内部线路和金属部件熔化,造成可怕的悲剧。
发展历史
美国“哥伦比亚”号航天飞机1981年4月12日首次发射,是美国最老的航天飞机。2003年1月16日,“哥伦比亚”号进行了它的第28次飞行,这也是美国航天飞机22年来的第113次飞行。
哥伦比亚号于1975年在罗克韦尔国际公司(原北美航空/北美罗克韦尔)位于加利福尼亚州洛杉矶郊外帕姆代尔的主装配工厂开始建造。
1787年至1793年,她在罗伯特·格雷船长的指挥下探索了美国西北部太平洋地区,成为第一艘环球航行的美国轮船。而得名。它也以阿波罗11号指挥舱命名,这是首次载人登陆另一个天体哥伦比亚也是美国女性的象征。
1979年3月25日抵达肯尼迪航天中心,准备首次发射。哥伦比亚号原定于1979年底发射,但rs-25发动机和热保护系统(TPS)的问题推迟了发射日期。
1981年3月19日,一名工人在准备地面测试时在哥伦比亚号经过氮气吹扫的后发动机舱内窒息,造成两三人死亡(有不同报道)。哥伦比亚号的首次飞行(STS-1)由双子座和阿波罗计划资深人士约翰·杨(JohnYoung)指挥,他是1972年第九个登上月球的人,并最初被选中执行这次飞行。它由新手宇航员罗伯特·克里彭驾驶。他曾在军方的载人轨道实验室(MOL)航天器上服役,但在该航天器取消后,他转到美国航空航天局,并担任天空实验室和阿波罗-联盟号任务的支持人员。
哥伦比亚号在轨道飞行器处理设施(OPF)中度过了610天,在飞行器装配大楼(VAB)中度过了35天,在39A发射台中度过了105天,然后才最终起飞。它于1981年4月12日,即首次载人航天飞行(东方一号)20周年时成功发射,绕地球36圈,并降落在爱德华兹空军基地干涸的湖床跑道上。加利福尼亚州。此后,又进行了三个研究任务来测试其技术特性和性能。第一个由四名机组人员组成的运行任务是1982年11月11日发射的STS-5。此时,哥伦比亚号与挑战者号一起执行了接下来的三项航天飞机任务。与此同时,哥伦比亚号对第一个太空实验室进行了翻修使命。
1983年,哥伦比亚号在约翰·杨指挥官的第六次太空飞行中开始了第二次作战任务(STS-9),搭载了一个太空实验室科学实验室和六名机组人员,其中包括美国第一位进入太空的女性。登机了。航天飞机上的宇航员沃尔夫·马沃尔德。
1984年1月开始,它在罗克韦尔帕姆代尔工厂待了18个月,进行了改装,拆除了轨道飞行器的飞行测试硬件,并将其更新到与其姐妹轨道飞行器类似的规格。当时,航天飞机的机队扩大到包括发现号和亚特兰蒂斯号。
1986年1月12日,哥伦比亚号发射STS-61-C重返太空。该任务的机组人员包括富兰克林·陈·迪亚兹博士和第一位进入太空的现任国会议员比尔·纳尔逊。下一次航天飞机任务是STS-51-L,由挑战者号执行。它于1986年1月28日发射,即STS-61-C着陆10天后,并在发射后73秒发生灾难性事故。事故发生前,哥伦比亚号原定被运送到范登堡空军基地,用SLC-6进行飞行前点火,进行加油试验和西海岸发射场验证。此事的后果扰乱了美国航空航天局航天飞机计划,并取消了范登堡测试,该测试将花费6000万美元。
1989年,哥伦比亚号才再次飞行(搭载STS-28),当时她作为航天飞机机队的一部分恢复了正常运行。
1992年10月22日,哥伦比亚号航天飞机从美国肯尼迪空间中心发射升空。其主要任务是:施放意大利研制的激光地球动力学卫星;微重力环境下的科学试验以及一些物理学、医学、生物学、空间技术方面的试验。
1992年11月1日在肯尼迪空间中心着陆。这是哥伦比亚号航天飞机的第十三次飞行,也是航天飞机的第五十一次飞行。哥伦比亚号航天飞机的发射状态是由航天飞机主体(也称轨道器)和一个巨大的外贮箱及两个固体火箭助推器组成。发射时,航天飞机垂直起飞,升高到约40余千米时固体火箭助推器分离,由降落伞将其吊落在海面上。当航天飞机上升到100多千米时,外贮箱分离坠入大气层烧毁。航天飞机的轨道航行及返回地面均由轨道器完成。
1994年和1999年哥伦比亚号进行过翻新和升级。
STS-93于1999年7月23日发射,是美国第一个由女性指挥官艾琳·柯林斯(EileenCollins)中校执行的太空任务。该任务部署了钱德拉X射线天文台。哥伦比亚号最后一次完成的任务是STS-109,这是哈勃空间望远镜的第四次维护任务。
2001年,“哥伦比亚”号原定升空,但由于技术故障和航天飞机调配等原因,发射日期一直被推迟到了2003年1月16号。
2002年,美国航空航天局在“哥伦比亚”号等四架航天飞机的燃料管上发现了多处小裂缝,停飞了所有的航天飞机,原定2002年7月19日升空的“哥伦比亚”有三处裂缝,为此一直推迟到2003年1月16日日才升空,没想到这次推迟了的飞行成为“哥伦比亚”号的最后一次飞行。
2003年2月1日,哥伦比亚号在代号STS-107的第28次任务重返大气层的阶段中与控制中心失去联系,并且在不久後被发现在得克萨斯州上空爆炸解体,机上7名太空人全数罹难。
基本性能
外形尺寸
“哥伦比亚”号机舱长18米,能装运36吨重的货物。航天飞机外形象一架大型三角翼飞机,机尾装有三个主发动机,和一个巨大的推进剂外贮箱,里面装着几百吨重的液态氧、液氢燃料。它附在机身腹部,供给航天飞机燃料进入太空轨道;外贮箱两边各有一枚固体燃料助推火箭。整个组合装置重约2000吨。整个组合装置使“哥伦比亚”号能在八分钟左右达到两万七千公里的时速。
热保护系统
从外部来看,哥伦比亚号是该机队第一架大部分表面覆盖高温和低温可重复使用表面隔热(HRSI/LRSI)瓷砖作为主要热保护系统(TPS)的轨道飞行器。,上面覆盖着涂有白色硅橡胶的Nomex(俗称毛毡)。可重复使用的表面隔热(FRSI)毯子-机翼、机身和有效载荷舱门的某些区域。FRSI曾经覆盖了近25%的轨道飞行器。第一次升级从大部分飞机上移除了该设备,随后的飞行仅使用有效载荷舱门的内侧部分和上机翼表面。此次升级包括将上表面的许多白色LRSI瓷砖替换为发现号和亚特兰蒂斯号航天飞机上使用的高级柔性可重复使用表面绝缘(AFRSI)毯(也称为纤维绝缘毯或FIB)。也被包括在内。最初,哥伦比亚有32,000个瓷砖,但升级后减少到24,300个。AFRSI毯由一层纯二氧化硅毡夹在外层二氧化硅织物和内层S-Glass织物之间,用纯二氧化硅线在1英寸网格上缝制在一起,然后涂上高纯度二氧化硅。涂层。毯子是半刚性的,尺寸可以达到30英寸x30英寸。每条毯子都被替换为25块瓷砖,并直接粘在轨道飞行器上。将毯子直接应用到轨道飞行器上可以减轻重量,提高耐用性,降低制造和安装成本,并缩短安装计划时间。所有这些工作都是在哥伦比亚号最初整修和挑战者号退役期间完成的。尽管轨道飞行器的热保护系统和其他增强功能有所改进,但哥伦比亚号从未像机队中的其他轨道飞行器那样轻松起飞。第二古老的航天飞机挑战者号也相对较重,但比哥伦比亚号轻2,200磅(1,000公斤)。
独特功能
独特的外部功能称为“SILTS”吊舱(航天飞机红外背风温度传感),位于哥伦比亚号垂直稳定器的顶部,安装在STS-9之后,用于捕获红外和其他热数据。事情已经完成了。第一次测试后,吊舱的设备被拆除,但美国航空航天局决定保留吊舱,主要是为了降低成本,该机构计划将吊舱用于未来的实验。后来对垂直安定面进行了修改,加入了1992年首次在奋进号航天飞机上使用的阻力伞
飞行寿命
航天飞机每次飞行最多可载8名宇航员,飞行时间达7至30天,可重复使用75到100次。航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身,能像火箭那样垂直发射进入空间轨道,又能像卫星那样在太空轨道飞行,还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆,是一种多功能航天飞行器。在返航时,它能借助于气动升力的作用,滑行上万公里的距离,然后在跑道上水平降落。与此同时,它还能在滑行中向两侧方向作2000公里的机动飞行,以选择合适的着陆场地。
飞行记录
哥伦比亚号执行了28次任务,在太空中飞行了300.74天,绕STS-107运行了4,808个轨道,总距离为125,204,911.5英里(201,497,773.1公里)。哥伦比亚号曾在和平号航天飞机国际空间站计划中服役,但没有执行任何访问空间站的任务。当时活跃的另外三架轨道飞行器至少访问过和平号和国际空间站一次。由于哥伦比亚号是根据较重的早期设计建造的,减少了国际空间站任务的有效载荷,因此决定不安装空间站对接系统。这为更长的科学模块(例如太空实验室和太空舱研究双模块)腾出了空间,因此哥伦比亚号被用于科学任务和哈勃空间望远镜服务。
哥伦比亚号航天飞机28次飞行记录。
重大事故
2003年2月2日电美国哥伦比亚号航天飞机坠毁,机上包括一名以色列人在内的七名宇航员已证实全部遇难。
事故征兆
2003年2月1日对美国人来说是一个黑暗、悲痛的日子。哥伦比亚号航天飞机爆炸的画面反复出现在家家户户的电视屏幕上,人们止不住流泪、悲恸。
事故征兆最早出现在美国东部时间上午8时53分,航天飞机左机翼上的温度感应器失灵了,5分钟后左侧主起落架上的轮胎气压表也不再显示数据。美国航宇局休斯敦地面控制中心官员向航天飞机紧急喊话。几秒钟后,所有的通讯联络中断,控制中心一下子陷入骇人的寂静。
9时,轰隆隆的巨响从天际传来,得克萨斯州路易斯安那州等地的居民听到爆炸声。哥伦比亚号的碎块,划出道道白烟,在空中爆炸解体。哥伦比亚号航天飞机上的七名机组成员全部遇难。这是继1986年挑战者号航天飞机坠毁以来人类航天史上又一重大惨剧。
事故过程
北京时间2003年2月5日晨,美国航空航天局(NASA)向媒体提供的“哥伦比亚”号航天飞机2月1日遭遇灭顶之灾前最后时刻的太空经历,以下是时刻表内容(为方便读者,我们将原来的美国东部时间和格林威治时间转换成北京时间2003年2月1号时间记录:
北京时间20时00:“哥伦比亚”号在距地面280公里的轨道上绕地球飞行,乘务人员得到休斯顿地面任务控制中心的绿灯信号,开始做重新返回地球大气层的最后准备。
北京时间20时49分,NASA向“哥伦比亚”号发出开始降落重新定位指令。当时,佛罗里达的卡纳维拉尔角降落带的上空有雾。
21时09分,天空上的雾散去。返回飞行指挥官勒鲁瓦·卡恩向“哥伦比亚”号发出离开地球轨道指令。
21时15分,“哥伦比亚”号飞临印度洋上空。这时,“哥伦比亚”号上的小型方向控制用火箭发动机打开,时间为3分钟。航天飞机的尾部向着地球,开始降落。
21时23分,惯性制导电脑的自动导航系统指挥航天飞机调整为前端在前、尾翼向下的姿势。
21时32分,辅助动力装置被打开,以便向控制航天飞机副翼和起落架的水压系统增加压力。
21时42分,“哥伦比亚”号到达位于太平洋上空144公里的位置,这时的火箭发动机以每小时27,000公里(音速的25倍)的速度工作着。
21时44分,“哥伦比亚”号开始“进入大气层”,其前端向上抬升,保持一个40度的仰角,这样,航天飞机外的陶瓷阻热瓦能够承受飞机进入浓厚大气层时与大气层摩擦产生的所有热量。陶瓷阻热瓦开始升温。
21时46分,“哥伦比亚”号距地面只有102公里了,并准备在30分钟内着陆,逐渐地,它穿越加利福尼亚州内华达州新墨西哥州亚利桑那州得克萨斯州路易斯安那州墨西哥湾沿岸,最后到达佛罗里达州上空。
21时49分,“哥伦比亚”号开始按原计划逐渐减缓飞行速度,它的前端朝着右侧飞行。
21时52分,“哥伦比亚”号越过加利福尼亚海岸。休斯敦地面任务控制中心的控制记录显示,航天飞机的左侧起落架温度发生轻微异常变化。三个水压热传感器显示的左侧起落架温度在华氏40到60度(摄氏度8至15度)之间。
21时53分,航天飞机左派第4个传感器显示温度仍在上升。
21时54分,整个机身的温度因左翼温度上升而上升了摄氏15度。
21时55分,“哥伦比亚”号飞临内华达州沙漠上空。
21时56分,“哥伦比亚”号飞临亚利桑那州南部上空。
21时57分,在飞临新墨西哥州上空时,仍受自动导航系统控制的航天飞机开始向左偏转,速度再次下降。休斯敦地面任务控制中心失去与航天飞机左翼温度传感器数据传输之间的联系。
21时58分,航天飞机左侧一种无法解释清楚的力量推动“哥伦比亚”号向左滚动,配平滚动稳定器自动打开,试图修正航天飞机的降落位置。
21时59分,航天飞机上的机载电脑试图通过启动2部偏航喷气推进器进一步修正自己的位置。在距离地面61公里的高度、“哥伦比亚”号以时速21,000公里的速度进入得克萨斯上空。休斯顿地面任务控制中心记录下了最后的无线电联络信号:“哥伦比亚,这里是休斯顿。我们看到你们的轮胎压力信息,但没有抄下你们最后的数据。”
过了片刻,“哥伦比亚”号机长里克·赫斯本德回答:“收到,但……”听到一阵噪音短波之后,地面与“哥伦比亚”号便失去了联系。
22时0分,在失去所有无线电联系的情况下,休斯顿地面任务控制中心继续在雷达上跟踪着“哥伦比亚”号。地面目击人员报告称,他们看到“哥伦比亚”号碎裂成无数小块,在天空拖过一条长长的白烟。
22时16分,在“哥伦比亚”号航天飞机的预定着陆时间,美国航空航天局正大启动事故应急计划
事故分析
2003年8月26日公布的一份调查报告显示:美国哥伦比亚号航天飞机在返回地球途中坠毁,不是由于技术原因,而是人为疏忽造成的。
名叫哥伦比亚事故调查委员会的组织今天公布,造成七名宇航员死亡的原因是,美国国家航天局内部安全标准不严。航天局原本已经发现事故隐患,但没采取有效措施。
哥伦比亚号航天飞机起飞后大约八十一秒钟时,一块隔热瓦就已经脱落。工程师在哥伦比亚号十六天的飞行中三次索取外观照片,以探究飞机外部受损状况,但一直没有要到相关照片。
航天局一共丧失了七次了解、解决问题的机会。而隔热瓦脱落,最终成为哥伦比亚号的致命伤。航天飞机穿越大气层的时候,因磨擦产生的高温气体侵入飞机,终于导致它在得克萨斯州上空解体。
该委员会还发现,航天局的管理人员没有从这起惨剧中吸取教训。他们反复告诉调查人员说,我们内部没有安全问题,哥伦比亚号事故是无法避免的。调查人员认为,哥伦比亚号的问题和1986年挑战者号失事有相似之处,都有航天局疏忽大意造成的。挑战者号事故中,同样死了七名宇航员。
哥伦比亚号事故调查耗资二千万美元,报告长达二百四十八页,涉及调查人员多达二万五千名。调查人员在德克萨斯和西路易斯安纳州收集了八万四千多片残骸,相当于整个飞机的百分之三十八。通过把它们拼装起来,调查小组做出了上述结论。
报告指出,美国航空航天局的工程师知道哥伦比亚号在起飞时严重受损,而且明白如何应对。造成航天飞机坠毁的不是技术原因,而是因为缺乏强有力的领导,致使航天局坐失解决问题的良机。另外,航天局内部级别森严,虽然下属发现了问题,但没能及时反映给上司。
这项报告还说,如果航天局不另外设立负责安全的组织,并在发生问题时及时通报,类似的悲剧还将重演。美国航天局负责人奥科夫称:这份报告给他们指出了改进的蓝图。“我们同意报告发现的问题,并且会尽最大可能解决问题。”美国总统布什表示,不会因此将奥科夫免职。布什说,航天局未来往哪里去,将在仔细研究这份报告之后作出决定。他说:“我们探索太空的旅程会继续下去,英雄的探索者的事业也将延续下去。”
位哥伦比亚事故调查委员会的女发言人,劳拉·布朗说,补充材料将在接下去的数月中分别发布。包括13名成员的调查委员会一致认为,一块重11.5磅的泡沫绝缘体在1月份的升空过程中,凿破了哥伦比亚号的左翼。在2月1日航天飞机返回地球的途中,外部燃料水槽的泡沫很有可能,凿开了6-10英寸的一个小洞,让大气中灼热的气体再进入。在距离佛罗里达州的降落塔还有16分钟的时候,哥伦比亚号突然分解爆炸为数百万片。
“哥伦比亚”号发射后不久从外部燃料箱外脱落的泡沫材料,最有可能击中了航天飞机左翼的第8号增强型碳基复合材料板。这一撞击造成的损伤使超高温气体在“哥伦比亚”号重返大气层时得以进入航天飞机内部,最终导致飞机解体。
事故影响
自从美国“哥伦比亚号”航天飞机失事,机上7人全部丧生后,世界上的另一个航天大国俄罗斯就基本冻结了其载人飞行。美国目前已经停止了其另外三架航天飞机的飞行任务。因此,目前俄罗斯的载人飞船是人类步入太空的唯一手段。
这次事故给美国的航天事业带来沉重的打击。航天飞机停飞两年多,相应的空间站的建设也只能依靠俄罗斯的联盟号飞飞船才能继续。国际空间站上的长驻宇航组由原来的三人减至两人,直到2006年7月才又恢复为三人。
“哥伦比亚”号上牺牲的七名宇航员
2003年2月2日。美国总统布什下令所有政府大楼降半旗,以纪念在哥伦比亚航天飞机失事中遇难的七位宇航员。
相关事件
航天纪念币
这枚钱币是马绍尔群岛共和国1991年为纪念美国哥伦比亚号航天飞机发射10周年而发行的5美元纪念币钱币正面为马绍尔国徽,呈圆形。圆面中间为一只展翅的海鸟,海鸟之上是光芒四射的太阳。太阳左下方是石头,代表当地人用于制作手工艺品的工具;右下方为鱼网,象征该国丰富的渔业资源和有发展潜力的渔业。海鸟左侧是椰子,代表该岛国重要的经济作物;右侧为帆船,象征该国的航海和捕鱼业;下方的图案为航海用的导航工具。周围的上部用英文写着“马绍尔群岛”。右边为发行年代1991,左边为钱币面值5美元;背面中部为哥伦比亚号航天飞机,上边为英文哥伦比亚航天飞机,下边为1981年-1991年,右边标有钱币面值5美元。
博物馆展品
2003年9月14日电据俄罗斯塔斯社14日消息,美国航空航天局官员13日表示,美国“哥伦比亚”号航天飞机的残骸用于调查事故原因后,将成为博物馆的展品。该官员透露,美调查人员在得克萨斯州东部和路易斯安那州西部共收集到84000块“哥伦比亚”号爆炸碎片,并将其保存在肯尼迪航天中心垂直构造的大楼内,其展厅面积为632平方米。
哥伦比亚纪念航天中心 
哥伦比亚纪念航天中心是美国国家纪念哥伦比亚号航天飞机七名机组人员的纪念碑。该工厂位于加利福尼亚州唐尼,位于加利福尼亚州洛杉矶县的北美航空工厂内,该工厂是航天飞机的起源和生产地。该设施还是一个互动学习中心,设有互动展览、研讨会和空间科学、航天和航天飞机计划遗产课程,为所有年龄段的人提供教育机会。
周年悼念活动
3周年悼念活动
2006年1月28日美国东岸时间早上十时,美国举行活动纪念三次美国航天灾难,并向罹难的17名太空人致敬。三次美国航天灾难均集中在1月27日(阿波罗飞船)、1月28日(挑战者号)及2月1日(哥伦比亚号)。
15周年悼念活动
2018年1月27日电据外媒报道,当地时间25日,美国航空航天局(NASA)举行追思仪式,悼念15年前“哥伦比亚号”航天飞机失事时殉职的7名航天员。
伊兰•拉蒙的儿子、歌手兼作曲家塔尔•拉蒙从以色列前往美国肯尼迪太空中心,出席当天的仪式。这是他的父亲殉职以来,他第二度到这个地方。塔尔•拉蒙演出了两首他所写的歌,用希伯来语演唱,并用键盘乐器伴奏。他与其他殉职航天员家属将黄色、橙色和粉红色长梗玫瑰放在太空纪念镜前。共有24个名字铭刻在这座大型花岗石纪念碑上。
美国航天飞机
美国航天飞机“开路者号”航天飞机|“挑战者号”航天飞机|“企业号”航天飞机豪威科技集团101|“哥伦比亚号”航天飞机OV-102|发现号航天飞机OV-103|“亚特兰蒂斯号航天飞机”航天飞机OV-104|奋进号航天飞机OV-105美国航空航天局|世界各国太空梭。
参考资料
What can I do to resolve this?.Academic Accelerator.2024-02-03
“哥伦比亚”号航天飞机坠毁.中国新闻网.2024-01-30
哥伦比亚号.灰机网.2024-02-03
..2024-01-31
..2024-01-30
目录
概述
发展历史
基本性能
外形尺寸
热保护系统
独特功能
飞行寿命
飞行记录
重大事故
事故征兆
事故过程
事故分析
事故影响
相关事件
航天纪念币
博物馆展品
哥伦比亚纪念航天中心 
周年悼念活动
美国航天飞机
参考资料