专家详析隔热瓦为何是航天飞机事故罪魁祸首

http://www.sina.com.cn 2005年08月08日 21:52 CCTV-4

　　航天飞机究竟是怎么构造的？它升空着陆的原理是什么？隔热瓦为何称为航天飞机事故的“罪魁祸首”？CCTV-4“关注‘发现号’返航”特别节目中邀请权威嘉宾详细解释了航天飞机的构造原理，以及隔热瓦引发“哥伦比亚”号事故的原因。下面是访谈实录：

　　参与讨论的嘉宾：

　　吴国庭：中国载人航天专家组成员、飞船防热专家

　　庞之浩：中国空间技术研究院《国际太空》杂志的主编

　　焦维新：北京大学地球与空间学院教授

　　徐健：中央电视台驻美国记者

　　主持人：

　　王世林

　　王世林：我们一起来了解航天飞机的构成。航天飞机主要有三部分组成，一个是轨道器，还有一个是助推火箭，还有外贮箱，这三者之间有什么样的关系？

　　吴国庭：美国航天飞机开始设计的时候，希望最主要的功能是希望重复使用，但是最后实际上设计的只能做到实际指标，轨道器是100次，实际上最后看还是到了30次左右出了问题。刚才介绍了外贮箱边上两个固体助推器只能够重复使用30次，是一个固体火箭。用固体火箭，两个助推器先把航天飞机轨道器送到一定的高度以后，固体火箭的燃料全部点完以后，固体助推器像两个大钢桶一样，就用降落伞掉下来，掉在加勒比海，靠拖铲把它拖回来，重新往里加，下一次再用，等于固体火箭的客体，那是重复使用20、30次。外贮箱是里装液氢液氧燃料，供应航天飞机里三台火箭发动机继续往上爬，爬到一定高度以后，燃料箱里本身带的燃料用完了以后，把外贮箱再抛掉。外贮箱爬高点大概100公里，所以它掉下来以后，外贮箱整个就毁掉了。航天飞机再靠自己本身轨道器里带的燃料入轨，所以它分三部分，实际上等于三级火箭这么爬，第一级是固体火箭，第二级还是航天飞机的三台发动机，但是靠外贮箱，最后一级靠它自己。实际上最后真正重复使用的轨道器。

　　庞之浩：所以叫部分重复使用运载器，我们管它叫一级半，助推火箭叫半级，实际上助推火箭的推力是很大的，航天飞机70%的推力来自于助推火箭，而且助推火箭看来现在美国航宇局在未来的乘员探索飞行器中也准备使用这种助推火箭。

　　王世林：我们看发射的时候会想这样一个问题，当时在点火的时候，航天飞机轨道器这块是不是也有推力，还是只有两个助推火箭？

　　吴国庭：没有。

　　庞之浩：轨道器上有三个主发动机先点火，在起飞前的6秒钟先点火，依次点火，相差0.12秒，到真正助推火箭点火的时候同时起飞了。

　　王世林：有时我们注意到画面中好像是轨道器三台发动机，好像已经点火了。庞之浩：还没起飞，是白色的，是液氢液氧，水汽。助推火箭里边装的是有铝的固体燃料，它的颜色是非常漂亮的，桔红色的。

　　王世林：助推火箭一点火以后才能起飞。

　　庞之浩：对，才能起飞。

　　王世林：但是轨道器已经点火了，轨道器点火以后还没有起到作用？推力没有达到那么高，上升到一定的高度以后助推火箭脱离。

　　庞之浩：两分多钟，外贮箱8分半。这个设计当时也挺有意思的，因为轨道器非常大，为了装载更多的人和更多的物体，它不像火箭似的放在头部，而是并联式的，但是并联式的现在就带来问题，并联式容易遭到外贮箱掉浪碎沫的撞击，所以美国现在新推行的乘员探索飞行器还想装到头部，但是进行了其它的改进，把翅膀也去掉了，跟飞船差不多，还想装在头部，属于串联式的，这种方式更好一些。

　　王世林：如果把轨道器放在头部的话，航天飞机发射的时候就不是现在看到的样子，像一个大柱子托着一个飞机往上飞，不是这样的装。

　　庞之浩：苏联航天飞机也是采用基本的方式，虽然是运载火箭能源号火箭，整流灶不可能做那么大，最后把“暴风雪号”航天飞机也是并联式的。吴教授看过“暴风雪”号航天飞机。王世林：“暴风雪”号航天飞机。

　　吴国庭：暴风雪号航天飞机是俄罗斯，前苏联研制的航天飞机，在美国航天飞机研制以后不久自己研制的。俄罗斯一共做了三个航天飞机，一个是飞行了一次后来就不飞了，飞行的费用实在太高，这个国家的财力经受不了。还有一架是做地面试验用的，我看到的是地面做试验用的。俄罗斯航天飞机的外形跟用的防热的东西基本上布局跟美国的航天飞机都差不多，基本上外面也是陶瓷类的防热瓦，如果飞行的话我估计到也会遇到类似的问题，因为是防热瓦是非常舒松的泡沫陶瓷，陶瓷本身就是很脆弱的，又做成泡沫形状的，很轻的东西撞上去。

　　庞之浩：既要保温，又要轻，不能太重，外表看起来跟塑料似的，但摸起来跟陶瓷和粉笔的感觉，之间的感觉的一种东西。

　　吴国庭：我见到过航天飞机的防热瓦，大概大小就跟这个差不多。

　　王世林：跟A4纸差不多。

　　吴国庭：就跟现在的笔记本差不多，颜色外面是黑的，给我的感觉，很坚实，要去手拿的时候，手上准备着挺沉，但一拿起来很轻，密度才零点几，是水的密度的五分之一。为了要轻，航天飞机表面上防热瓦，即便是这样，美国航天飞机占的重量也都要占到12吨左右。

　　庞之浩：三万多块，4种。而且有白的，有黑的，颜色不一样。

　　焦维新：上面是白的。

　　吴国庭：它实际上防热瓦是四种防热瓦，按照使用的温度，使用温度最高的可以耐1650度，防热瓦是用所谓的碳的材料，用在哪个地方？用在受热最厉害的地方，如果航天飞机拿来看看，这个地方，比锥，还有机翼的前沿，这个模型上面标注黑的地方。这个地方是受热最严重的地方。其次是低温隔热材料，使用的温度是670度到1200多度的温度，基本上是在航天飞机的肚皮底下，这是为什么在那个地方出现一些突起物感觉到非常严重，正好那个地方有高热量地区。还有低温的隔热材料，是在两侧，航天飞机的两侧，这是在悬舱下方，眼睛可以看的鼓出来的地方，最后确定没有修的地方，那个地方是低温的隔热网，温度比较低，才370度到650度的范围，所以视野比较低，我估计最后下决心不修了，根据当时部位的热流不是很高有关。

　　庞之浩：做过分析，没问题。

　　王世林：那个问题是在“克林斯”座舱。

　　吴国庭：等于是机舱的侧边，可以想象不是热流最大的。热流最低的地方是航天飞机的背面的那个地方，那个地方才370度以下，所以经常掉的地方是后面，那个地方的温度比较低，掉点问题不太大。

　　王世林：在我们普通民众看来，好像航天飞机发射的过程中，比如说掉点防热瓦什么的，好像感觉是一些小小的失误，但是如果真的理解了航天飞机返回原理，或者飞船返回的原理就可以发现，实际上防热的问题是航天器返回过程中最重要的环节。如果没有防热的环节，航天器的返还是不可能的，或者说绝对不可能，是不是可以这样理解？

　　吴国庭：我解释一下，航天飞机载入的时候，所谓马赫数20几，飞行是声音速度的20几倍，就是七公里以上，每秒钟七公里以上。每秒钟七公里以上是什么概念？等于我们说“1”这一下的时候，汽车已经从中央电视台到了建国门以外很远的地方，那么高的速度，回来的时候航天飞机周围空气摩擦以后，温度有几千度。航天飞机防热瓦，根据不同的部位用不同的防热瓦来对付它。“哥伦比亚号”失事的时候出现了哪些问题，就知道防热问题比较厉害？2001年2月1号，“哥伦比亚”失事的时候，就是塑料泡沫在机翼前沿砸的窟窿眼，多大呢？25毫米，跟大拇指前面的指头这么大的一个窟窿，后来他们分析的时候，在地面也用东西砸一下，把航天飞机砸一下，砸出来也是这么大小的东西，在地面用高温的气流，他们做模拟实验，高温气流往这个地方一吹，很快机翼前沿里所有的东西都烧坏了。

　　王世林：所以一定要对东西进行试验以后才能得出科学的定义。虽然外贮箱的传感器没有出现问题，但是发射的过程中，防热的泡沫材料还是有脱落的现象，而且脱落的泡沫材料的距离，按说是超过了宇航局规定的安全标准。