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译者:Pz、人神之间

校对:半只土豆

原文:Columbia's Last Flight by WILLIAM LANGEWIESCHE

前文:[小红猪]哥伦比亚号的最后飞行连载

对于上面的宇航员来说,如果没有失败的风险,向上爬升的飞行其实就是一次有趣的旅行。然而,这个风险确是非常现实的。正因如此,发射就成为了一个危险且复杂的操作,需要紧密的团队配合、与任务控制(Mission Control)的协调。布洛姆菲尔德是一个现役指令长,他让我尝试了整个流程。在休斯顿NASA里的一台全动作模拟器里,我在他的旁边系好安全带,我们尝试了从发射到进入空间的整个过程。布洛姆菲尔德曾经是一名空军试飞员,也曾经执行过三次航天飞机任务。他被指派去协助哥伦比亚事故调查委员会,在一种复杂的心情中观察了整个调查。他希望调查能产生一些积极的影响,但是也担心调查会变成一种形式主义,而不去考虑航天飞行本身的特性或者那些伴随着每一个步骤和仪器却又很难以估测的风险。Bloomfield将其称作是“风险对风险”的交易,为了证实这个结论,他并不是去反驳对于NASA的某些批评,而是让我作为一个宇航员,亲身来体验一次普通发射会遇到的挑战。

很多他给我展示的东西都是“如果……怎么办”的变体,不仅仅是那些模拟器的工作原理,还包括了航天员们一些真实的想法。例如,在发射过程中,当飞船在自动控制飞速上升阶段,宇航员以及飞行控制员们需要接受几次精神上的考验,关系到在不同高度和速度的情况下主引擎故障的问题。他们所面对的选项和随之而来的解决方法是十分复杂的,既可以快速的回到发射地点,又可以在东海岸某些机场实施紧急着陆,亦或是来一次穿越大西洋的滑行。甚至可以像1985年挑战号机组人员在一个主引擎故障之后选择的那样——实施终极的“折返盘旋”。如果发生那样的故障,没有多少时间能够用来做出正确的判断。正如布洛姆菲尔德和我正爬升着远离地球,背部倾斜着,他偶尔会让操作员暂停模拟器以便将他的想法告诉我。尽管这些选择看上去是很清晰的,但伴随的风险却往往很不明显。这是一个对于最紧张飞行任务的一次深入考察。

当我们抵达太空时,我们继续的交流着。在前往空间站的旅程中,一个可能发生引擎故障的时刻是当速度达到21.8马赫(14900迈)。这是能够实施在纽芬兰省甘德(Gander)“高能量”(high energy)着陆的最后时刻,也是选择紧急横跨大西洋抵达爱尔兰香农(Shannon)的起始点。如果在这个时候发生停机,没有什么简单的解决方案。去甘德需要面临的问题是如何在着陆前消耗掉多余的能量(布洛姆菲尔德将此称为“榨干你所有脑细胞的飞行”),而去香农的问题却恰恰相反——如何延长滑行的距离。布洛姆菲尔德告诉我,在他即将进行他最后一次太空航行之前,也就是2002年春季,他的整个机组以及一个任务控制小组一起进行了一次全副武装的演练。在该次模拟中,飞船的所有三个发动机在达到21.7马赫的时候停机(比那个决策速度大约小了100迈)。虽然在加拿大着陆更加困难,但是他自信可以完成,于是布洛姆菲尔德在模拟器的驾驶舱内通过无线电发送:“我们将在甘德实施高能量着陆”。

任务控制组回应道:“拒绝,”并且要求他们选择香农。

布洛姆菲尔德望着他右座上的宇航员,说到:“我认为我们应该去甘德。你怎么想?”

“就去那儿。”

布洛姆菲尔德作出回应:“不,我们认为我们应该去甘德。”

任务控制组很坚决:“拒绝。我们认为你们有足够的能量抵达香农。”

作为指令长,布洛姆菲尔德拥有决定权。但是拥有着专家团队和海量数据的任务控制组却表达了强烈的意见。所以布洛姆菲尔德默认了。默从是发生类似情况的标准做法,通常也能带来最好的结果。布洛姆菲尔德对任务控制组的专业性和反应能力有着强大的信任。他同时也很警惕那些他之前犯过的错误——尽管飞行控制员们提前发来了通知或指示。然而,这一次由于两个飞行控制员的交流错误,导致任务控制组的判断发生了错误。因为没有足够的能量抵达香农,模拟器就降落在了没有机场的海面上。这次事故在约翰逊太空中心里掀起了轩然大波,特别是因为关于究竟是由飞船上的宇航员还是终端前的工程师们来处理数据(以及最终控制)长期以来都存在争议。不过,两个团队最后一起合作并搞定了这个问题,第二天重复相同模拟航行取得了成功。但这并不是布洛姆菲尔德故事的重点,重要的是的确很难做出这些决定,而且,无论是他的错误还是控制员的,等到发现错误时往往已经为时已晚。

在现实中,模拟器不能提供爬升中的重力,也不能模拟太空中的失重状态。转换到无重力是很突然得,其原因是失重就发生在停止3倍地球重力加速的时刻:当主引擎熄火时,机组人员们就会感到是冲过了一个悬崖边缘并且急坠而下。这个感受是很准确的。事实上,零重力(0G)这个词很少被用来描述轨道环境,而只是用来指物理加速度。而且也并不意味着地球重力就突然消失了。相差甚远的是:在这些低轨道的高度(大约据地面200英里),由于距离的增加而减小的重力是微小的。太空舱实际上就是在下落,就如同一个石头掉下悬崖。这种坠落并不会减少太空舱的质量(如果撞上空间站,力道会是十分巨大的),但是它确实能使整个舱体以及里面的所有东西变得几乎没有重量。轨道是一个关键,尽管太空舱像一块石头一样往下坠落,但它同时也在快速的向前方移动(17500迈),在这种速度下,它的轨迹就(基本)和地表的弧线相同了。换句话说,在它向地面坠落的同时,地面也慢慢的往后退了。如同其他所有卫星、空间站甚至月球的轨道,太空舱的飞行无外乎就是一个不断围绕着这个世界的自由落体运动。

为了帮助宇航员们适应无重力的环境,该中心包含有一个常规的位于地下的适应性训练。这并不像它看起来那么理所当然,因为太空舱在轨飞行时会掉个个。从而“下方”就成了面向外层空间的方向——而驾驶舱窗户望出去则是我们的地球慢慢的从后面滑向前方。尽管如此,机组人员们最好还是头朝上的生活与工作。甚至,在两层之间移动的建议方式是使用梯子,这样他们就能够从驾驶舱“下到”中层甲板。此类的提示很少能够压倒由无重力带来的诱惑。布洛姆菲尔德的最后一次航行结束之后,他的一位机组人员就认为他们就像是铁盒里的鳝鱼一样游来游去的。或者像是超人,如果可能的话。这的确很让人沮丧:如果你没有固定住身体而试图扳动一个开关,结果将是开关将你扳动了。从另外一方面来讲,一旦固定住了身体,你可以用一个指尖去举起数吨的重物。你也可以不用翅膀的飞翔,任意的翻滚,或者就是简单的浮在那里,在半空中休息。无重力对骨头很不好,但是对灵魂却不无助益。我问过布洛姆菲尔德再次感受到重力时的感觉,他说他能记住第一次当他降落在佛罗里达的跑道上时,他拿起了一个小型塑料检查表然后想到:“嘿,这太重了吧!”他看着我说:“重力是个讨厌的家伙。”

整个飞行是很顺畅的。通风系统需要每天开关一次来交换二氧化碳过滤器,每当通风系统关闭时,是一种绝对的安静。整个太空舱的味道是一种独特的金属感,除非有人刚巧完成了一次太空行走,那时候整个舱体会临时的充斥着一种“宇宙的味道”。一种类似与肉烧焦之后刺鼻的烟味,布洛姆菲尔德形容其就如同一直点燃的铁质火把散发的味道。除了无重力之外的一种主要感受则是跨越地面的速度感。布洛姆菲尔德说到:“从加州到纽约只需要十分钟,环游世界需要九十分钟——我的意思是:我们是在动的。”他告诉我他喜欢在每个工作日的最后在驾驶舱闲逛,只是为了那一抹风景。通过浮在仪表盘的上方,把腿缠绕在飞行员的座椅上,他能够将脸与舷窗的距离拉到足够近,整个飞船就像消失了一样。

整个景像深深的烙印在他的大脑里不断的循环播放。简单来说,他讲到:“夜里,你来到加州,能忘到那清晰的海岸线,你还能够看到从蒂华纳到三藩市的灯火通明。渐渐的这些景色远离了你,取而代之的是对拉斯维加斯及其霓虹灯点亮的主干道的惊鸿一瞥。常常你还没有反应过来时,就来到了落基山脉,周围杂乱无章的散布着一些小镇。接下来是大草原,那里总是千篇一律的轮辐状的灯光。直到你抵达了芝加哥和密歇根湖滨,这时你可以看到从底特律、克利夫兰一直到纽约。你会觉得这些是大城市。因为你生长于一个密歇根州的农场,在高中时代玩着橄榄球,并且仍然把那里当作你的家乡,你会发现安娜堡和弗林特以及75号洲际公路和23号高速公路的交叉口。当你已经距离你家的邮编只有几英里时,你已经离开了,接下来是克利夫兰、纽约,然后你就越过缅因州来到了大西洋。这时可以向回望望东海岸直到华盛顿特区。十分钟以后,你已经抵达欧洲了,你很少有时间能欣赏蔓生的伦敦、规则的法国。阿尔卑斯就像落基山脉的一次重复,而意大利就是一个靴子。在西西里岛上空,你能俯视埃特纳火山的火山口,能看到那地球内部翻滚的岩浆。接下来你开始横跨非洲大陆,这里你勉强见到的灯光都不是黄色的,而是橘色,就像那旷野上的篝火。跨过赤道、越过马达加斯加,你就来到了蓝天和黑夜中间的灰色区域。这个区域的最中间是一个粉色的条带,那是从上方看到的黎明。白天是属于海洋的——首先是印度洋,接下来是非常非常巨大的太平洋。这里点缀着些珊瑚礁及其围绕着的潟湖,但你所能见到的大部分是白云和大海。然后又是一个粉色的日落,以及黑夜。很快你就又来到加州,当然是在海岸上另外一个点。因为已经过去了90分钟,而你下面的世界是在不断转动着的。

太空舱最终还是需要回到地面降落。如何处理前期投入的那些巨大的能量就成了一个问题——那可几乎是接近400万磅火箭燃料所赋予太空舱的所有能量啊。一些能量已经转换为飞船在轨的势能,而更多的则蕴含在飞船的速度之中。重新进入大气层是开始着陆的一部,是的,但首先它是一个剧烈的减速过程,这此过程中,大气层带来的阻力将速度转化成热量,可以把飞船的速度降低大约17000迈,所以飞船能够以一般民航飞机的速度滑过位于佛罗里达的跑道,盘旋下降直到以224迈或更低的速度接触到地面。一旦飞船降落到跑道上,剩下的事就可以交给减速伞和刹车了。

返回时就是一次孤注一掷,一旦开始就不能停下。最开始的时候航天飞机距离返回场有半个地球远的印度洋之上。至于步骤简单地说就是点燃两个返回火箭,脱离飞行轨道,待速度降低至200迈。然后航天飞机将会以自由落体的方式在轨道上运行,但由于小于第一宇宙速度而逐渐下降高度并进入大气层。“进入面”大约在400,000英尺的高度,从这个高度逐渐进入大气层,然后调整姿态和航向驶向佛罗里达,与此同时机头要保持相对于下降航道40度的仰角。利用攻角产生拖力的效应,并让装置在航天飞机底部的抗热复合碳素面板和24,305块高温绝热陶瓷瓦迎接与大气层摩擦产生的剧烈高温从而保护航天飞机内部结构免在剧烈的返回时中被高温毁损,每一片抗热材料都是独特的。为了调节升力和降力,航天飞机通常要做一系列的S型回旋,反复以陡峭的80度向一边回旋然后向另一边回旋,控制航天飞机的机首方向并扎入大气层中。整个的构想和运算均由冗余电脑完成,使用惯性制导系统测量航天飞机的航向,高度,下降率以及速度。整个飞行由自动飞行系统完成,机组人员以及任务控制人员这时的工作就是进行观察。基于常识我们可以理解为航天飞机返回就是发射和爬升的镜像工作,相比较而言时长从8分钟拉长到了45分钟,同时也增加了很多的复杂因素以完成整个的返回降落工序。

布洛姆菲尔德带我在模拟器中体验了一番,我们两个坐在模拟驾驶舱中模拟了整个任务的流程,从脱离轨道到最后降落过程中解决各种复杂连串的系统错误。当然在真正的运行中自动化系统通常没有这么多错误,而航天飞机也通常会以令人满意的过程返回佛罗里达。布洛姆菲尔德惊异于这一切如同魔法一样的自动化系统是如何在自己的航行中运行的。因为他曾进入俄国米尔航空站所在的大倾角轨道以及国际空间站中。尽管他没在美国的上空尝试哥伦比亚号式的返回程序,但他曾经在中美洲做过类似的返回程序。对于他的这段经历,他说那时“你能看到中美洲,甚至低的能看到森林!你或许会想‘我们肯定没办法回到佛罗里达了!’然后航天飞机穿过西海岸,进入佛罗里达,这时看到仪表盘的飞行速度居然还是5马赫,你不由得就会想到‘太快了,速度来不及降下来了’”不过最后一切都没问题,5马赫,也就是3,500迈的时候航天飞机的高度是在117,000英尺高空,大概140英里的航线。然后降为2.5马赫,也就是1, 650迈时,高度为81, 000英尺,大概60英里,这时机组人员启动降落姿态,这时组员可以从风挡玻璃窗中看到外面。当航天飞机的减速至声速之下时,航天飞机会如同被冲击波击到似的开始震荡。通常来说如果没有必要的要求的话,指挥官将会开始接替自动驾驶系统,通过控制杆进行手动降落。

布洛姆菲尔德邀请我尝试在模拟器中体验几次降落过程,并在我几次失败的降落中提示我要点。在肯尼迪航天中心的30000英尺上空飞过,并且逐渐看到了下方的入海口,向左倾斜进入航道,打开动力管理系统,然后进入最后11,000英尺高度,快速下降,以345迈18度角斜率滑降,然后打开制动器,保持上扬角度通过2000英尺高度继而匀减速至300英尺高空打开起落架,主起落架着地然后减速伞打开,机头起落架着地,并开始刹车。当然,我的整个流程相当粗糙,能完成则多亏布洛姆菲尔德的协助,但这一切都给我一个非常强的印象——航天飞机是一个结实的,并能在大气层内非常出色的保持平稳的飞行器,最后也是一切可操控的,当然前提是一切都正常,布洛姆菲尔德也同意这观点。同时,经过年复一年的飞行,一切也都正常,飞行员的工作有时候就是在着陆时解决一些比如速度快了2节或者飞行航线提早了100英尺这些的并不大的问题。布洛姆菲尔德说:“当你返回并将落后,工程师们会拿出图表并说类似于‘进入边界层时左机翼比右机翼提前进入,你们有什么感觉么?’然后答案也似乎一直比如‘其实…没有感觉,降落过程似乎都难以置信的平稳’”。但是,当二月1日的那个早晨,当出现了一系列难以模拟出的不正常和错误所造成的是——哥伦比亚号全体机组人员再也没有机会再次飞行——他们在降落场外300英里解体四散。

飞机表面的泡沫材料是这一切的罪魁祸首。其实在最开始它就被怀疑对象了,当一切证据都指向泡沫材料时,哥伦比亚事故调查委员会(CAIB)花费了数月对其进行了详细的调查研究。航天飞机上所用的泡沫材料非常厚实且干燥,橘褐色,在航天飞机外主油箱的作为外层材料用于隔离内部极冷的火箭燃料以及外部的与空气摩擦产生的高热。点火升空后82秒,当哥伦比亚号加速至1500迈速度时,一块大约90英寸长11英寸宽1.7磅重的泡沫材料从外主油箱脱落并以545迈的速度撞击到了哥伦比亚号的左机翼。在发射台附近的观察摄像机拍到了这一幕,虽然再后来调查的初期当看到这段影像时并未提供足够的证据和信息表明被撞机翼的确切位置以及结果。哥伦比亚事故调查委员会的最终调查发现了这个泡沫材料撞击在机翼前缘造成了一个大概有10英寸的大洞。而在16天后这个大洞则让返回时的热空气大量冲入机翼内部并直接造成了机翼结构的损伤。通过一系列巨大的努力这个结论被发现并证实了之前的怀疑。这对于之后探索替代方案非常重要。在哥伦比亚事故调查组的严密监督下,美国航空总署(NASA)的工程师团队制作了数千个流程分析图,每个流程图解析了一种返回时可能发生的解体案例。分析过程是非常缜密的。当一个案例被鉴别“不可能”的结论时,这个结论一定是通过了绝对的物理及数学验证并充分证明其不可能发生。哥伦比亚号的解体过程中,座舱未发生火灾,航空控制系统也没有发生故障,也没有被恐怖袭击或破坏造成航天飞机被击落的迹象。但这个调查方法有一些缺憾,甚至在调查过程已经正式性的结束后,在8月末,仍有100多个可能案例无法得出结论,因为这些案例无法被充分证明一定发生或一定无法发生。比如鸟撞,或者微小陨石撞击等一些情况无法完全排除。

尽管所有人的意愿都是尽可能减少可能的各种情况以调查出真相,但仍然有很多美国航空航天局的官员们始终固执的认为泡沫材料所造成的可能的影响。从最早的传感器数据得知强烈的高温进入了哥伦比亚号的左机翼并损伤了哥伦比亚号,这种高温只可能通过机翼被穿透的洞中进入机翼内部。机翼大洞以及泡沫材料撞击之间的联系并未被重视,但却需要缜密的推理以排除或确认。航空总署基本否定这条调查路线。原因虽然并不完全合理以及合乎逻辑,但是相比于那些繁杂的体系和文化,他们的结果是最有关系的错误带来飞行的最开始的错误。简单地说,就是航空总署完全不相信一块发泡塑料的打击会造成如此重大的后果,尽管这个撞击确实在事故之前发生过。肖恩•凯夫(Sean O'Keefe),曾经被他的航空总署的副手多次提示发表一个现在看不太理智的所谓的“泡沫材料论者”,甚至作为航空总署高级技术项目官的罗恩•底特莫尔(Ron Dittemore)也是拒绝这一可能的拥趸。

在事故调查组这边,吉曼(Gehman)对于航空总署并不同情,他看着航空总署的相关反应产生了很多疑问并感到似曾相识。在他海军的那几年中,作为科尔调查的结果,他成为了大型组织在面对压力时的研究者。他对我说“我已经有了一个深入脊髓的铁论——官僚阶层们会不惜一切的保卫他们自己,这并不是什么恶毒的事情,只不过是官僚阶层们处事反应的天性罢了。自从航空总署成为了一个官僚机构,我认为他们和其他的官僚机构没什么两样。在调查过程中我看到了这个体制试图保护自己的各种征兆。”这些征兆总体来说就是这个组织盲目相信自己的工程师的出色表现。作为航空航天局,它当然会无意会显示它真正的问题。吉曼看到了这种确认和自信已经在多次带来了错误的结论,他告诉我他并不是要去像以前他做过的一样“改变这个体制”,他说:“现在当我听到航空总署对我说类似于‘这一定是正确的!’或者‘我们知道这是正确的!’这种话的时候,我就会自觉地关上跟闹表一样的嘴从而不伤害他们的感情或者打击他们的自信,然后我们会说‘很抱歉,但我们无法接受这个答案’。”

这就是事实上如何从器物层面展开的调查,数百名航空航天局的工程师和技术人员从事与那些细节性的调查工作,而整个工作都被调查组严密监督并逐步推进。尽管如同吉曼说的那样进行交流,但无法避免对于航空航天局人员们的自信的打击,以及对于一些人的生计和事业的打击。当航空航天局的大多数设备和资源投身于航天飞机事业(比如阿拉巴马负责制造火箭,弗罗里达负责发射和返回场,德克萨斯则负责管理和任务控制),调查委员会在某种程度被视为是一个外部的侵略者,向不速之客一样的到来并审判大家的努力工作。在基层,当那些细节分析完成后,那些自我防范的行为就开始作祟了。一些航空航天局的工程师公开的拒绝合作,或者允许调查组接触尚未被允许公开的记录和技术文件,使得吉曼则不得不介入。其中一种也是最经常发生的阻碍就是航空航天局从始至终一直在试图掩盖一些相关的信息,甚至一直至今。不过这两组人在建立友谊之后相互合作也逐渐深入,在调查中对理性的挑战开始战胜对于调查结果的恐惧。这作为最经常发生的阻碍,两组人马之间的信息流通常是通过一些非正式的方式相互流通,而这是最终揭示最后真想的重要部分。

董事会成员史蒂文•华莱士描述整个调查过程并非一帆风顺,更像是填图一样的慢慢填入,或者是类似于拼图一样的过程。搜寻碎片从事故发生后的第一天就开始了,搜寻队伍也迅速扩展到25000人,花费了超过3亿美元。航空总署接到了1459个碎片报告,包括来自本土以及加拿大,牙买加以及巴哈马。排除一些地理上的不可能的位置,但仍有很多地方的碎片需要调查。通过业余人员的一些录像显示航天飞机的解体和碎片散落在了其整个返回航线的美国本土,调查小组逆向追踪直至太平洋海岸试图找到造成解体的碎片证据。地理上最西边是在一个在德克萨斯中雷特菲尔德的小镇附近,一片左机翼隔热瓦。在意料之中的是大多数的解体残骸大多在从达拉斯东部蔓延到东德克萨斯直至路易斯安那,也是搜索力度花费最大的区域。搜索基本上靠走,搜索人员们密集排列成线,然后艰难而认真地搜索数千平方英里的地方。与其说是搜索碎片,更像美国的地质调查。除了航天飞机的残骸,还有很多奇奇怪怪的东西,比如一些失踪数年被杀遇难者的尸体,大量的废弃汽车,甚至秘密甲基苯丙胺制作实验室。这个搜索欧诺个共找到了84000片碎片,重达84900磅,占哥伦比亚号干重的38%。一些碎片被认为解体掉落进了湖中或者水库中难以找到。据推测大多数的碎片在大气层中解体时依然被烧毁蒸发。

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One Response to “[小红猪]哥伦比亚号的最后飞行(3)”

  1. song说道:

    谢谢!

    为什么这篇文章没有上首页的链接列表呢?