问题

为什么要求如此高的航天事业仍然有如此多的事故?

回答
太空探索,这项人类最宏伟、最艰巨的冒险之一,常常让我们惊叹于它的成就,但也未能完全幸免于悲剧的发生。为什么这项汇聚了最聪明头脑、最尖端科技,并投入了巨额资金的事业,仍然时常伴随着令人心碎的事故呢?这并非一个简单的问题,其背后是多重复杂因素交织作用的结果。

首先,我们必须认识到航天事业的内在极端复杂性。想象一下,你要建造一个能够承受零下200多摄氏度到零上几千摄氏度巨大温差、真空环境、强大辐射以及数倍于重力加速度的载荷,并且这一切都要在陆地上精确组装,然后一次性送入一个几乎完全不可控的太空环境中运行。这本身就是一个挑战人类工程极限的壮举。

极其严苛的环境: 太空是一个对生命和机械都极其不友好的地方。真空会使许多物质蒸发或爆炸;极低的温度会使材料脆化、电子元件失灵;极高的温度(如再入大气层时)会熔化几乎一切;太阳辐射会破坏电子设备,甚至对宇航员造成伤害。为了应对这些极端条件,材料选择、设计理念、冗余系统都必须达到前所未有的水平,任何一个微小的疏忽都可能导致灾难。
高度集成的系统: 一个航天器,无论是火箭还是空间站,都是由成千上万个部件、子系统组成的庞大工程。这些部件之间需要精密协作,例如发动机的燃料供应系统、导航控制系统、生命维持系统、通信系统等等。每一个环节的故障都可能引发连锁反应,最终导致整个任务的失败甚至宇航员的生命危险。这种高度集成性意味着一个问题的解决往往会带来新的潜在问题。
燃烧的艺术与危险: 火箭发射堪称现代工业中最壮观也最危险的表演之一。燃料在极短时间内剧烈燃烧,产生巨大的推力。这种能量释放过程本身就充满了不稳定性,燃料的混合比例、燃烧室的设计、点火的顺序,任何一个环节的偏差都可能导致爆炸。例如,挑战者号航天飞机的灾难就与固体火箭助推器O型圈在低温下失效有关,这个看似微小的橡胶部件,却成为了悲剧的导火索。

其次,人类认知和技术局限性是无法回避的因素。尽管我们已经取得了巨大的进步,但我们仍然无法完全预测和控制所有可能发生的事件。

未知的复杂性: 即使在最精密的模拟和测试之后,真实世界的环境和材料行为仍然可能存在未知的变量。地球大气层的湍流、太空中的微陨石撞击、组件在长期使用后材料特性的变化,这些都可能是测试中难以完全模拟的。例如,阿波罗13号的事故,其燃料舱氧气罐爆炸的根本原因是一个复杂的“内部短路”和“错误设计”的结合,在地面测试中并未完全暴露。
测试的局限性: 尽管航天器在发射前会经历无数次的地面测试,但这些测试终究是模拟,无法完全复制太空中的所有条件。特别是对于新设计的部件或系统,其长期可靠性和在极端条件下的表现,往往需要通过实际太空飞行来验证。有时,即使是经过严格测试的部件,在实际发射的巨大振动和压力下也可能发生意想不到的故障。
技术革新的伴生风险: 航天事业总是在不断追求突破,采用新的技术和设计理念。每一次技术革新,都可能带来更高的效率、更低的成本,但也伴随着未知的风险。新的材料、新的推进方式、新的飞行控制算法,都需要时间来验证其可靠性。例如,早期载人航天尝试,很多都是在摸索中前进,失败也是常有的。

第三,经济和政治压力也可能在无形中影响着航天任务的安全性。

成本控制的博弈: 航天项目通常耗资巨大,为了控制成本,有时需要在测试的严谨性、冗余系统的设计、甚至材料的选择上做出一些权衡。虽然安全始终是首要考量,但在实际操作中,成本压力是客观存在的。当预算紧张时,决策者可能会面临是否要增加额外测试或采用更昂贵但更可靠的方案的难题。
时间表的竞赛: 许多航天项目都受到国家战略、科学发现的紧迫性以及国际竞争等因素的影响,存在着严格的时间表。这种压力可能导致项目在压力下加速推进,有时可能会牺牲一些本可以做得更充分的测试环节。例如,冷战时期的太空竞赛,就曾给双方都带来了巨大的压力,也导致了一些可以避免的失误。
政治决策的干预: 航天项目的启动、规模和优先级,往往受到政治因素的影响。有时,为了实现政治目标,可能会批准一些在技术上尚未完全成熟的项目,或者对其进行过度乐观的评估。

第四,人类因素,即使是最先进的自动化系统,也需要人类来设计、操作和维护。

人为错误: 即使是训练有素的宇航员或工程师,也可能因为疏忽、疲劳、误判或沟通不畅而犯错。例如,联盟11号的悲剧,就与返回舱阀门设计的缺陷以及地面控制人员未能及时察觉有关。
沟通与协作的挑战: 大型航天项目涉及到成千上万的科学家、工程师和技术人员,来自不同的部门、不同的团队,甚至不同的国家。有效的沟通和协作至关重要。一旦信息传递出现偏差,或者团队之间的合作出现问题,就可能导致关键问题的被忽视。

最后,我们不能忽视偶然性。即使做了万全的准备,宇宙本身也充满了我们尚未完全理解的现象。

不可预测的宇宙现象: 太空并非一个静态的、可预测的真空。微陨石的风暴、太阳耀斑的爆发、未知的空间效应,这些都可能在没有任何预警的情况下发生,并对航天器造成毁灭性的打击。例如,一些早期卫星在太空中失联,就可能与这些未知的宇宙现象有关。

所以,当看到航天事业中发生的事故时,我们应该明白,这并非简单的“技术不过关”或“运气不好”。而是在人类挑战自身极限、探索未知宇宙过程中,多种复杂因素相互作用的必然结果。航天事业的每一次事故,都像一次残酷的教训,促使我们重新审视设计、测试、操作的每一个环节,从而不断学习和进步。正是这些不懈的努力和从失败中汲取的经验,才使得我们能够一次又一次地将人类送往太空,并不断拓展我们认知的边界。航天事业的悲剧,是进步的代价,也是我们对未来更安全、更可靠太空探索的期盼。

网友意见

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希望大家可以通过最早开始航天的苏联航天事故中找到一些本问题的答案。

人类航空史上充满了牺牲和悲剧,这和阵营无关,只源自科学和人体的脆弱。比如在苏联,尽管宣传上航天成就满满,但其实他们遇到的问题也不少,很多宇航员因此丧命。当然这也带来了航天技术的进步,让后来者更加安全。

《倒下的宇航员》雕塑及牺牲宇航员纪念牌

(图片来自wikipedia)

出师未捷身先死

苏联的载人航天事业起步于1957年,他们从3000名候选对象中优中选优出6个人作为第一批航天员,还在莫斯科郊外修建了宇航员训练中心(现以“加加林”为名)。

或许可以找一位在莫斯科的同学出一篇亲历记

(图片来自wikipedia)

过去几十年,在火箭总设计师科罗廖夫的带领下,苏联航天高歌猛进:第一颗人造卫星、第一颗月球探测器都是苏联独一份的荣耀,现在人们对于“太空第一人”的桂冠也是志在必得。

世界人民永远记着他

(图片来自wikipedia)

在进行了几次成功的无人飞行试验后,苏联准备在1960年的十月革命节(11月7日)发射首架“东方”号载人宇宙飞船。但没想到1960年10月24日,“东方”号飞船的运载火箭突然发生了爆炸,当场炸死54人,其中包括陆军元帅米特鲁番·尼德林,第一次载人航天计划不得不暂停。

现在仍在纪念这这场发生在拜科努尔的灾难

(图片来自wikipedia@Yuriy75)

第二年3月23日,宇航员邦达连科正在密封舱中进行为期十余天的地面训练。为了保证其身体健康,密封舱内被灌注了足够的纯氧,但邦达连科将沾满酒精的棉球掉在了电烤炉上,火球立刻吞噬了整个舱室,邦达连科抢救不及,当场去世。

一次又一次的事故不断推动着苏联航天系统对安全性的改良,这才有了1961年4月12日尤里·加加林乘坐“东方号”飞船顺利升入地球轨道的人类壮举。

加加林成为永载史册的英雄

而之前牺牲的战友也不应被人类遗忘

(图片来自wikipedia)

东方号飞船之后,苏联研制了第二代宇宙飞船,分别是上升一号与上升二号。1965年3月18日,苏联宇航员列昂诺夫在上升2号飞行期间实现了12分钟的出舱行走,成为太空行走第一人。

再次深深刺激了美帝的神经

联盟号则是苏联的第三代载人飞船。1967年4月23日联盟1号发射升空,上面只搭载着宇航员科马洛夫一人。按照计划,联盟2号将在第二天搭载两名宇航员升空,与联盟1号交会对接。

不过,联盟1号进入太空后便状况不断:左侧太阳能帆板未能自动展开,导航系统也出现故障,当飞到第13圈时,飞船的自动平衡系统竟然彻底陷入了瘫痪。危难关头,地面控制中心决定让科马洛夫手动操纵返航。

前排左一就是科马洛夫同志

(图片来自wikipedia)

科马洛夫顶住巨大的压力,调整飞船姿态,启动制动发动机,终于使联盟1号开始降落。但在下降到7000米时,魔鬼再次降临,降落伞无论如何都无法弹出。一系列的故障使返回舱以40米/秒的速度砸在地面上,飞船和科马洛夫在火焰和压力中,化为了一体……。

这位烈士的故事令所有人落泪

此后,返回舱的降落伞弹出装置才得到了改进,让后来的宇航员能平安返回家乡。

星空犹有未归人

1971年4月19日,苏联用质子号火箭发射了世界第一个空间站“礼炮1号”。这是苏联对美国的弯道超车,终于一雪登月失败的前耻。它也是太空探索的伟大进步,为人类在太空中生活奠定了基础。

超级大国之间的强大比拼

也可以促进者人类的进步

(图片来自wikipedia)

同年6月6日,载有多勃罗沃尔斯基、帕查耶夫和沃尔科夫的联盟11号发射升空,与礼炮1号成功对接。

宇航员在空间站工作了24天,完成了100多项科学实验后,飞船踏上了回家的旅途——然而是黑色的归途。在回归的过程中,返回舱在与轨道舱分离时,压力阀被震开了一个小口,舱内宝贵的氧气瞬间就泄露一空,随之而来的则是恐怖的真空。

联盟11号与礼炮1号对接

(图片来自wikipedia)

没有穿着宇航服的宇航员们直接暴露在零气压中,他们的体液开始沸腾,肺部也突然爆裂,全身的血管破裂导致了严重出血和失聪、失明。

6月30日,返回舱降落在预定着陆区,前来欢迎的人们却发现英雄已经变成了触目惊心的尸体。

联盟号11名船员的苏联纪念邮票

(图片来自wikipedia)

不穿宇航服显然是这次事故造成死亡的主因,然而这并不是宇航员的错。联盟号飞船原本只能供两人乘坐,但这是一次长期任务,两个人不太够用,于是苏联宇航局打算塞三个人进去。方法只能是不穿厚重的宇航服,改穿轻便的运动服。在进行了舱室的一些调整后,宇航局承诺这样万无一失。

悲剧发生后,苏联对联盟号系列飞船进行了大规模的改进。而且限制每次任务只允许搭载两位宇航员,并规定在发射和返回过程中都必须穿上宇航服。美国也引以为戒,改进了当时存在安全隐患的航天条例。

人的生命终于被摆到比太空竞赛的虚名更重要的位置上来。

不然也不可能建得这么大

(俄罗斯和平号空间站-图片来自wikipedia)

雄关漫道真如铁

虽说在太空竞赛后期,人们已经吸取了大量血的教训,做好了相应的防护工作,但上天的事很难做到万无一失,宇航员的死里逃生之旅仍然难以避免。从火箭在发射架上被竖起,到飞船航行宇宙,再到返回地球,危险无时不刻不在窥伺着宇航员。

上文提到的“太空行走第一人”列昂诺夫在准备返回飞船时,航天服竟然开始膨胀变形。他费了九牛二虎之力,消耗了5.4公斤体重,花了8分钟才回到舱内。

返回地球时,上升2号还经历了自动返回导航系统失效、返回舱与轨道舱分离不畅等麻烦,好在指令长别列亚耶夫技(吉)术(星)过(高)硬(照),手动操纵系统驾驶飞船返回。不过——返回舱竟然落到了西伯利亚的森林里,偏离预定位置2000多公里,两位宇航员在严寒中捱了两天才获救。

1969年1月16日,联盟4号与联盟5号对接成功,实现了世界上第一次载人飞船对接,完成了马卡洛夫未竟的任务。之后,沃雷诺夫驾驶联盟5号返回地球。

示意图

(图片来自wikipedia@Lunokhod 2)

然而在准备进入大气层时,服务舱未能及时分离,导致返回舱无法将隔热底正确地对准前方,只能靠薄壁来对抗极端高温。所幸在高温和强震下,带着糊味的返回舱终于摆脱了服务舱,得以调整为正确姿态。

完成地接需要出舱操作,也是风险很大的

(图片来自wikipedia)

之后,联盟5号的减速降落伞和制动发动机也出现了问题,最后几乎成了硬着陆,沃雷诺夫牙齿都被震掉了几颗,满脸鲜血。可怜又命大的沃雷诺夫还偏离了预定着陆区,落在了茫茫大山里,独自在荒野雪地中跋涉了几公里才获救。

1975年4月5日,运载联盟18A飞船的火箭上升到144公里的高空时,因制导系统发生故障,飞船在空中翻滚。这时候逃逸塔和整流罩已经从火箭上分离,飞船只好拿出保命绝招,启动自动逃逸程序使返回舱与飞船分离。宇航员虽然经历了高达21.3g的过载,但总算在西伯利亚西部山区安全着陆。

1983年9月26日,联盟T-10A飞船发射前,一个火箭助推器发生了严重燃料泄漏,发射塔上燃起熊熊大火。要命的是,控制逃逸塔自动启动的线路竟然被烧毁,必须使用备用的手动方式启动逃逸塔。幸运的是,手动启动的流程最终还是赶在火箭完全爆炸前得以执行完毕。逃逸塔飞离火箭6秒后,大爆炸发生了,20小时后火情才被控制住。

亲眼看到这个教训

(图片来自wikipedia)

俄罗斯载人航天也发生过九死一生的险情。去年10月11日,搭载美俄两国宇航员去往国际空间站的“联盟MS-10”飞船在发射过程中遭遇故障。此时的火箭已经起飞123秒,逃逸塔已经与火箭分离,帮助飞船脱险的重任只好交给包裹飞船的整流罩上布置的四个发动机来完成。首次实战的整流罩分离发动机也不辱使命,把宇航员安全带回地面。

联盟MS-10飞船

(图片来自wikipedia)

可以看出,联盟11号事件后的联盟系列飞船的可靠性还是比较高的,科研人员为“成功逃命”设置了一道道保险:在发射前至火箭起飞后约120秒,由逃逸塔提供逃逸动力。之后,逃逸塔与火箭分离,生命可以交给整流罩上的四台逃逸发动机。而整流罩分离后,就只能拜托飞船自身的发动机了。

不过也可能出现其他问题

比如逃逸塔无故启动

(图片来自wikipedia)

不过,飞上天了也不能掉以轻心。1977年12月11日,联盟26号与礼炮6号空间站对接时,宇航员罗曼年科未经地面控制中心允许,擅自出舱,这冒失鬼还没系安全带。万幸格列奇科拉住了他的双脚,才没有漂出船舱、流浪太空。真是飞行不规范,亲人两行泪!

拜科努尔黄沙滚滚,普列谢茨克朔风劲吹,北极熊依然在寂静的星空下缓缓前行。在这条孤独又喧闹,荣耀无比又灰头土脸,急功近利又有益于全人类的太空探索之路上,北极熊还将继续走下去。希望为伟大的航天事业牺牲的宇航员和技术人员们,能够魂归星辰大海。祝未来的星途,繁花盛开,不再有鲜血和葬礼。

拜科努尔要一直上天...

(图片来自wikipedia)

*本文内容为作者提供,不代表地球知识局立场

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