2月1日，美国东部标准时间(EST)上午九点。

　　已经在太空中逗留了16天的美国航天飞机哥伦比亚号正在返航途中，她的预定着陆时间是9点16分。

　　这是美国航天飞机的第113次飞行，也是哥伦比亚号的第28次飞行。

　　此刻这次航天飞行控制中心的指挥人员呼叫哥伦比亚号机长，以下是对话的英文原文。

　　指挥人员：“C olumbia，Houston，we see your tire -pressure messages and we did not copy your last.”(哥伦比亚号，休斯顿，我们收到你的轮胎压力的信号，我们听不清楚你上一次说的话。)

　　太空传来哥伦比亚号机长R ick Husband安详的声音：“R oger，uh，buh...”(罗杰，呃，但……)

　　这是地面指挥人员与哥伦比亚号机长最后的通话。

　　以下就发生了众所周知的那一幕：哥伦比亚号航天飞机解体，航天飞机以及七名宇航员的残骸散落在美国德州、路易斯安娜州等地。

　　镜头回放

　　在哥伦比亚号解体前的那一刻，太空中究竟发生了什么？

　　让我们把时钟拨回到2月1日上午美国东部标准时间8点52分。

　　美国航空航天局(NASA)负责航天飞机飞行计划的D ittemore告诉美国新闻界的记者们，8点52分20秒，地面控制中心首次收到哥伦比亚号不正常的信号：位于航天飞机左翼着陆机构刹车片的一个传感器发出信号，此处温度以每分钟2摄氏度的速率升高。

　　19秒以后，另一个传感器显示温度以每分钟6摄氏度的速率升高。

　　8点52分59秒，航天飞机左侧内升降副翼停止工作；

　　8点53分36秒，另一个升降副翼停止工作；

　　8点54分22秒，一个内部传感器显示，温度以每分钟6摄氏度的速率上升；

　　8点58分，一些传感器停止工作，可是此刻哥伦比亚号的飞行并没有显示异常，哥伦比亚号仍然向位于弗罗里达州卡纳维拉角的肯尼迪航天中心飞去。

　　D ittemore说：“显然在哥伦比亚号飞经亚利桑那州、新墨西哥州的时候已经发生了一些特殊情况，可是无论是当时的数据显示还是航天飞机的飞行都是正常的。我们必须弄明白在那段时间到底发生了什么。”

　　地面控制中心最早收到哥伦比亚号异常信号到哥伦比亚号解体大约经历了8分钟。这对于以每小时20,000公里速度飞行的哥伦比亚号航天飞机是相当漫长的时间，因为在这段时间里，哥伦比亚号飞行了将近3,000公里。

　　信息流失令人困惑

　　在这漫长的8分钟里，虽然地面控制中心收到一些哥伦比亚号异常的信号，但是这些信号不足以说明哥伦比亚号即将解体。

　　美国航空航天局的官员们解释说，相关传感器传来的信号只是表明温度温和地上升，显然当时已经有一些传感器停止工作，或者是温度急剧上升的热点离传感器有相当距离。从目前地面收到的传感器信号来看，问题显然在航天飞机左翼。但是让人们难以理解的是，首先，传感器为什么不能确定热点位置？其次，为什么传感器会突然停止工作？位于左翼的相关传感器的连接导线都是一个线束与机舱连接，这些传感器突然停止工作，就像是有人一刀切断了这一线束。

　　更令人难以理解的是，地面监测系统在哥伦比亚号发射升空阶段就出了问题。地面摄像系统无法准确调节焦距，因此无法拍摄清晰的哥伦比亚号的腹部图片。例如，录像显示哥伦比亚号左翼在升空时受到不明脱落物体撞击，这一事实已经被媒体广为报道。然而这一物体是冰块还是液态燃料罐外部包裹的绝热泡沫块(学名聚氨基甲酸酯)，却无法看清。在以后的过程中，N ASA无法根据拍摄的动态或是静态图像判断哥伦比亚号左翼受损的程度。

　　美国航空航天局的官员M ike Rein说：“(监测摄像系统的)这一问题在哥伦比亚号升空以前就知道。维修人员以为他们已经把这个问题解决了。”按照N ASA官员的说法，这台有问题的摄像机本该提供哥伦比亚号发射后80秒内的清晰图像，这正是不明物体撞击左翼的时间段。N ASA工程师应当能够根据这些图像判断航天飞机左翼的受损程度。

　　这一有问题的监测摄像机位于距肯尼迪航天中心19千米的地方。负责这一系统运行维护的两家公司C omputer Sciences Raytheon及Johnson Controls Inc.打算在哥伦比亚号着陆的时候再次摄像以测试系统，然而哥伦比亚号很快就在德州上空解体了。

　　监测航天飞机的摄像系统一共有197台照相机或是摄像机。有的摄像机距离等待发射的航天飞机只有10英尺即约3米，有的距离发射架有50千米之遥。每次航天飞机发射，N ASA向这两家公司支付18.9万美元作为使用这套系统的代价。

　　然而据华盛顿邮报报道，这两家公司的发言人却不承认摄像系统存在问题，与N ASA官员的说法明显矛盾。不过他们承认，由于航天飞机发射日程的不确定性，为了降低成本，公司只能大量雇佣临时工从事摄像系统的运行维护工作，临时工人数要占工作人员总数的三分之一。从这一点看，N ASA经费紧缺导致航天飞机安全问题是有道理的，这也是目前美国一种比较流行的观点。

　　失事阶段航天飞机左翼传感系统失效，发射阶段地面监测摄像系统调焦系统出问题，导致大量关键信息流失。

　　D ittemore在每日一次的新闻发布会上多次强调，有许多关键环节信息缺失(missing links)。从哥伦比亚号左翼受伤开始，到最后解体，所有信息集成起来，可以形成一条信息链。现在看起来，这条信息链上许多环节都缺失，只有靠残骸收集以及模拟试验来重建信息链。

　　32秒的神秘数据

　　N ASA在哥伦比亚号失事的第二天宣布，在哥伦比亚号与地面中断语音通信联系以后，地面控制中心仍然接收到哥伦比亚号发出的信息，虽然信息发送只维持了32秒，而且质量极差，但是对于理解失事过程却至关重要。

　　通常情况下，航天器高速进入大气层时，航天器表层与大气激烈摩擦产生高温，形成一层等离子体，这层导电的等离子体完全屏蔽了航天器往地面直接发出的通信信号。因此，航天器在进入大气层后只能靠天线向位于较高轨道的中继通信卫星发出信号，并由中继通信卫星把接收到的信号转发回地面。哥伦比亚号的最后32秒信息就是这么转发成功的。也正因为等离子体的作用以及卫星中继转发的原因，信号质量极差，以至于通信滤波设备自动拒收这些信号。

　　D ittemore说：“这32秒数据中只要有一半是有用的，对失事原因调查就会大有裨益。在挑战者号航天飞机失事以后我们就做过类似的数据分析。所以我们一定要仔细分析这些数据。”

　　纽约时报记者为此采访了美国麻省理工学院航空航天系主任C rawley博士，Crawley说：“这些数据确实很重要，它们能帮助我们理解灾难发生的过程，哥伦比亚号是如何解体的。”不过他认为，这些数据对于理解失事原因没有多大用处。

　　S OR的图片真的模糊不清？

　　美国空军一个高度保密的基地(the Starfire Optical Range，SOR)利用一种自适应光学望远镜拍摄了哥伦比亚号的腹部照片。关于拍摄时间有两个说法，2月8日纽约时报13版发表文章说这是在哥伦比亚号与地面失去联系前的3分钟，即美国东部标准时间2月1日上午8点57分左右拍摄的；2月10日纽约时报头版的另一篇文章却说这幅照片是在哥伦比亚号解体前1分钟(8点59分-9点)拍摄的。然而N ASA公开的这幅图片只能依稀看到左翼有一个尖突。更奇怪的是这幅图片2月8日才见诸媒体。

　　值得一提的是S OR基地。这一基地是当年里根总统“星球大战”计划(正式名称为战略防御计划)的产物，主要用于战略导弹防御。据相关报道，自适应光学(adaptive optics)技术是用一束激光在天空“制造”一颗假恒星，通过观测这颗假恒星可以计算大气对于入射光的扰动效应从而排除这种效应，以达到精确观测天体或是高空运动物体的目的。

　　该基地的发言人R ich Garcia对美国纽约时报的记者说：“由于安全原因，我们不能透露我们的观测精确度有多高。”

　　由此我们可以推断：美国空军可能掌握最后8分钟内哥伦比亚号腹部的清晰照片，然而出于保密原因只能提供模糊图像。不过就算有最后阶段的清晰图像，恐怕也难以据此判定失事原因。

　　关于失事原因的争论

　　哥伦比亚号解体源于左翼受伤，这是目前流行的看法。

　　不过怎么受的伤，却有不同看法。

　　发射阶段录像显示，哥伦比亚号升空80秒左右有不明物体撞击左翼，这一不明物体可能是冰，也可能是上文所提到的泡沫块。

　　2月5日，D ittemore在新闻发布会上说，假设这一泡沫块有20英寸长，16英寸宽，6英寸厚，这是液态燃料罐外部绝热包裹材料崩解可能形成的最大泡沫块，其重量大约不到1.3千克，撞击速度是250米每秒左右，而航天飞机的上升速度大约是每秒700余米。为了便于分析，N ASA工程师们假设撞击速度为500米每秒，模拟试验表明，这样的泡沫块撞击不会对左翼形成致命伤，至多损坏一两片防热瓦。

　　D ittemore的这一说法很快招来激烈的批评。首先，华盛顿邮报的记者获得了波音公司工程师提交的两份报告并于2月8日在该报披露。

　　波音公司工程师受N ASA委托，对1月16日哥伦比亚号升空时不明物体撞击左翼进行评估，提交了这两份报告。其中一份完成于1月21日，另一份完成于1月23日。根据这两份报告，D ittemore的结论基于两项假设：第一，假设不明物体是泡沫块而不是冰；第二，假设左翼翼端未受到撞击。而这两项假设很可能不成立。如果不明物体是冰，它的重量会大得多，完全可能撞伤左翼，撞击部位的整体结构将被破坏，就是包裹翼端的所谓增强碳-碳(Reinforced Carbon-Carbon，R.C.C.)复合材料也不能幸免。如果真是冰块撞击导致R.C.C.材料破损，那么破损部位在哥伦比亚号重返地球大气层时就不能抵御摄氏1600度以上的高温；第二，撞击部位现在无法确定，不能排除翼端被撞的可能。

　　即便假定撞击物体是泡沫块，那么只要撞击部位比现在假定的部位往前挪几英寸，也可能造成灾难性的后果。

　　报告还指出，由于不明物体飞行轨迹计算的不确定性，要确认撞击部位是很困难的。撞击后果与物体的撞击角度有关。以冰块为例，如果撞击角度小于15度，也不会造成损伤。

　　不过奇怪的是这两份报告虽然提到了风险所在，却都得出了航天飞机能够安全返航的结论。

　　这两份N ASA内部评估报告的公开披露也许没有得到N ASA领导层的首肯。N ASA与媒体的关系开始紧张起来。

　　第三种可能是发射后80秒的不明物体撞击没有损伤左翼，真正撞伤哥伦比亚号航天飞机的是太空垃圾或是陨石。

　　2月10日，NASA官员在例行的新闻发布时宣布，1月17日，就是哥伦比亚号进入太空轨道一天以后，美国空军的雷达图像显示，有一个小物体以5米每秒的速度离开航天飞机。

　　这一发布使得已经很神秘的失事原因变得更加扑朔迷离。这个垒球大小的小物体是什么？是哥伦比亚号抛弃的废水？是航天飞机机身脱落的碎片？还是太空中的垃圾碎片或是小陨石？

　　是废水吗？N ASA发言人称按原计划当天哥伦比亚号没有释放废水，而且也没有航天飞机抛弃任何其它物体的记录；是航天飞机机身脱落的碎片？不能确定；是太空垃圾或是陨石？也不能确定。

　　不过，有一件事被认为是能够确认的，而且已经成为新的关注热点。那就是覆盖航天飞机头锥部以及机翼翼端的增强碳-碳复合材料并不像原来认为的那么完美无缺。N ASA的研究人员从1999年开始研究这种材料在航天飞机实际飞行以后出现的针孔或裂纹等缺陷，约翰逊太空中心2000年3月发布报告，称如果太空中的垃圾碎片以每秒7000米左右的速度撞击机翼，将产生致命的损伤。统计表明，机翼受垃圾碎片撞击的风险远高于航天飞机其它部位。

　　这份报告总结了由两名N ASA研究人员和波音公司两名工程师共同进行的试验。他们用高速弹丸撞击增强碳-碳复合材料，得到的结果令人瞠目结舌：正面的穿孔很小，背后却炸开了。如果航天飞机带着这样的创伤重返大气层，剧烈摩擦产生的热量会迅速沿着这一通路扩散，最终摧毁航天飞机。

　　难道NASA2000年发表的研究报告真是哥伦比亚号悲剧的预报？

　　大修会留下隐患吗？

　　航天飞机中岁数最大的哥伦比亚号曾经在1999年动过一次“大手术”。这次大修是在加州P almdale的波音公司工厂里进行的。大修持续了17个月，花了1.45亿美元，比预计的超出一倍。

　　大修对哥伦比亚号的改动多达100余处，包括更换驾驶舱内过时的设备，撤掉重达100磅的多余的导线，修复防热瓦，检测并修复长达300多千米的线缆。

　　虽然迄今为止N ASA的官员并没有在公开场合怀疑这次大修是否与哥伦比亚号解体有关，但是他们已经开始与波音公司合作，重新审阅大修期间的所有检修记录。问题之一就是哥伦比亚号腹部的防热瓦是否在大修中被更换。

　　大修以后，2002年3月，哥伦比亚号重返蓝天，升空后不久发现冷却系统故障，依靠备用系统才完成飞行任务。后来N ASA公布了故障原因：大修中遗留的过滤器残渣堵塞了冷却剂流动的线路。大修是否留下其它隐患？现在不得而知。

　　航天飞机都要定期大修。哥伦比亚号前几次大修分别是在1984年、1991年及1994年。1999年的大修规模最大，耗资也最多。

　　失事原因在NASA

　　凡是人造的系统都存在可靠性问题。航天飞机是一个非常复杂的系统。它的可靠性究竟是多少？或者说，航天飞机每次太空飞行的风险有多大？在当年挑战者号失事调查过程中，已故著名物理学家、诺贝尔奖获得者费因曼就曾经提出这个问题。

　　笔者看到3个不同数字

　　2月2日，纽约时报载文引用麻省理工学院教授、物理学家、复杂航天系统专家T heodore Postol的话说，航天系统的失效率通常是每50次飞行失效一次，也就是成功率为98%。一般而言，航天系统的成功率在95%左右。作为参照，民用客机的灾难性事故发生率是二百万分之一。航天系统的高风险一目了然。

　　航天飞机迄今为止飞行113次，其中有两次灾难性事故，成功率98.2%。同一篇文章指出，N ASA官员估计，航天飞机灾难性事故的发生率是每145次飞行中有一次，也就是成功率99.3%。

　　不过华盛顿邮报2月10日在头版发表文章说，N ASA官员与N ASA工程师在这个问题上看法截然不同。N ASA工程师认为，航天飞机的成功率应当是99%，而NASA官员认为航天飞机灾难性事故发生率只有十万分之一。据说这是当年费因曼得到的不同回答。不过文章并没有指出这一数字是谁说的。

　　美国的新闻报道就是这样，竞争激烈，就是在如此严谨的科学问题上也不断“创新”。

　　华盛顿邮报这篇文章称，费因曼认为，N ASA官员要向国会、白宫以及公众宣传航天飞行的重要性，这种角色往往使他们低估了航天计划的风险。文章引用了费因曼当年递交给里根总统的报告中的一段话：“对于一项成功的技术，真实性必须比公共关系更重要，因为大自然是不可能被愚弄的。”文章认为，N ASA工程师与管理人员之间的这种文化鸿沟，或许是造成哥伦比亚号失事的重大原因。

　　工程师们往往根据零部件的特性来评估风险。技术人员必须判断，在航天飞机发射升空或是重返大气层的恶劣环境中，这些零部件是否会出人意料地失效；而管理人员通常看得更宏观，部分根据以往航天飞机发射成功次数来评估风险。

　　在哥伦比亚号失事调查中，N ASA的官员们就倾向于低估不明物体撞击机翼的风险，因为这种事情在以往航天飞行中几乎司空见惯，从来没有因此出事。

　　在1986年发生的挑战者号失事之前，航天飞机的承包商们曾经受到来自N ASA官员们的巨大压力，要求他们按照既定日程发射航天飞机，因为N ASA官员曾经对支持他们的国会议员们承诺，在10年中每一架航天飞机要完成100次飞行，所以尽管有工程师指出系统存在的问题，N ASA官员仍然置若罔闻，下令发射。

　　哥伦比亚号失事原因调查也包括对N ASA内部的调查。2月6日，迫于部分国会议员的压力，N ASA宣布交出领导失事调查的权力，由独立的第三方人士领导，组成独立的调查班子开展调查。哥伦比亚号出事以后，N ASA还曾开通一套内部匿名反映情况的系统，不过据华盛顿邮报报道，这套系统在一周以后就没有人用了。

　　据有关报道，N ASA对于媒体的介入非常反感。N ASA高层已经不愿意让工程师以及有关官员接受媒体采访。N ASA公关官员也开始监控媒体与宇航员的接触。更有意思的是，一块机翼翼端残骸找到已经几天了，N ASA直到2月10日才公布这是左翼的残骸。实际上确认是否是左翼残骸并不是难事，因为机身的所有防热瓦都是编码的，只要查残骸上的防热瓦编码就知道这是左翼还是右翼。

　　航天飞机有替代方案吗？

　　航天飞机是美国在上一世纪70年代设计的载人航天飞行方案。原来的目标是航天飞机能以更高的效率、更低的成本成为新一代载人航天系统，然而事实是航天飞机每次飞行耗资高达5亿美元，比原来设想的高很多。

　　到上世纪90年代中期，NASA启动X33计划，目标是建造更为经济有效的航天器，这一航天器能够完全回收，只用一级火箭就能把航天器送入轨道。

　　然而在X33计划实施5年后，N ASA宣布放弃X33计划，这时N ASA已经花了9.12亿美元，承包商洛克希德?马丁公司也投了3.57亿美元。因为如果只用一级推进器，推进器携带燃料的重量是自重的10倍，要达到这一目标必须采用新技术，包括采用非常轻的复合材料制造燃料罐。

　　2001年，NASA又开始了新一轮的“太空发射计划”(SLI)。这一计划的目标是到2006年拿出一个替代航天飞机的载人航天方案，总经费48亿美元。迄今为止，N ASA已经与22家公司或是大学签订合同，耗资9亿美元。目前的工作主要集中在新型火箭发动机以及机身的设计上。洛克希德公司、波音公司以及由N orthrop Grumman、Orbital Sciences两家公司联合组成的设计班子都提交了各自的初步设计方案。N ASA正在审阅之中。有了X33的经验，N ASA打算到2006年决定设计方案，以后用六年时间建造原型机。不过在2002年4月的一次国会听证会上，N ASA的官员承认这一计划有点脱离现实，实际情况是到2020年之前，NASA将继续使用航天飞机。

　　几点结论

　　1.哥伦比亚号解体原因迄今仍是难解之谜。左翼受伤很可能是解体的起因，然而左翼因何受伤目前尚不能做结论。

　　2.虽然在公众舆论压力下，美国军方、N ASA不得不公开了一些监测数据，恐怕还有更多的数据处于保密状态。

　　3.对于美国航天业，哥伦比亚号失事是载人航天器在重返大气层阶段失事的第一例。对于重返大气层阶段航天器失事，收集失事信息、重建信息链的难度比发射阶段失事要大，调查时间可能更长。

　　4.哥伦比亚号失事为我国载人航天业提供了一个难得的失效案例。N ASA在管理、文化方面存在的问题、失事以后采取的紧急措施等值得我们进一步研究。(胡永生)