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航空事故案例分析--第1页

航空航天热防护材料-事故原因及材料分析

美国哥伦比亚“”号航天飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷，

是造成整起事故的祸首。哥伦比亚“”号航天飞机事故调查委员会去年公布的调

查报告称，外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的名

为增强碳碳“”（即增强碳-碳隔热板）的材料。当航天飞机返回时，经过大气

层，产生剧烈摩擦使温度高达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后融化了内部

结构，致使机翼和机体融化，导致了悲剧的发生。

事故发生后，由于无法迅速找回事发时的泡沫材料和燃料箱进行检验，宇

航局和事故调查委员会一直没对事故原因作出最终定论。目前，哥伦比亚“”

号外部燃料箱约50万块碎片已被找到并重新拼在一起。宇航局负责哥伦比“

亚”号外部燃料箱工程的首席工程师尼尔奥特说·，宇航局经多次试验确定，泡

沫材料安装过程有缺陷是造成事故的主要原因。

美国航天史上曾发生过3起巨大灾难。第一起是1967年1月27日“阿波罗”号飞船升空时爆炸，

3名宇航员遇难；第二起是“挑战者”号航天飞机1986年1月28日升空时爆炸，包括1名女教师在内

的宇航员全部遇难；第三起是2003年2月1日，“哥伦比亚”号航天飞机在完成16天的太空研究任务

后，在返回大气层时突然发生解体，机上7名宇航员全部遇难。空难发生后，由美国宇航局(NASA)

[1]

支持组成了由材料和工艺工程师及科学家组成的调查组。调查组对飞机残骸进行了原位重组、残骸

材料的冶金分析以及模拟试验，分析了航天飞机爆炸的原因。“哥伦比亚”号航天飞机的爆炸，震惊了

世人，同时也引起了人们对材料的关注，从材料分析揭开了“哥伦比亚”空难之谜。

1“哥伦比亚”号航天飞机残骸材料的冶金分析

“哥伦比亚”号航天飞机1981年4月12日首次发射升空，是美国资格最老的航天飞机。“哥伦比

亚”号机舱长18m，舱内能装运36t重的货物，外形像一架大三角翼飞机；

机尾装有3个主发动机和1个巨大的推进剂外贮箱，里面装有几百t重的液氧、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1枚巨型固体燃料助推火箭。整个

组合装置重约2000t。

2003年2月1日，“哥伦比亚”号在完成为期16天的科学实验任务后，在返航途中解体，7名宇

航员丧生。灾难发生后，为了查清原因，首先由NASA支持组成了调查组，目的是对从得克萨斯州

和路易斯安纳州收集来的8.4万片大约38％飞机残骸重新按原位组装(如图l所示)，提供实际数据进

[l]

行分析，通过分析和再现的模拟试验来证实事故产生的原因。调查组根据以下的检查分析结果以期

作出判断：残骸的清洗和评估、热分析，以寻找航天飞机爆炸的起源；对各种材料的冶金分析，如

Inconel、Al合金、不锈钢、C，C复合材料的X一射线和断口分析；机翼上的传感器和录音机的结果。

在检查残骸时发现，连接上下翼展面板的钢紧固件表现出沿晶断裂的脆性断口，如图2所示。图3为

中间体面板舷内上端的弹坑小半球冲蚀花样，表明该处发生很高的局部过热和大量的沉积物。在机翼

前缘3个部分，重点研究了子系统面板隔热瓦、碳／碳复合材料(RCC)面板