哥倫比亞號太空梭既然是發射時出的問題，為什麼發射時沒有墜毀解體？

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哥倫比亞號在發射時82秒左右剝落的隔熱泡沫撞擊在左側機翼前緣，形成較大破洞，那麼在之後升入太空過程中太空梭為什麼能正常進入軌道，且未有更大損壞。這裡氣動熱效應可以不考慮，但是在發射過程中速度很快，衝擊效應和振動效應應該很大，若是出現孔洞，應在發射過程中就墜毀，不一定解體。然而哥倫比亞號卻是在返回大氣層時由於巨大的氣動熱效應，導致解體。這應該是矛盾的。NASA隱瞞很多細節啊。

顯然大家得拿分析報告說話啊，STS－107任務是哥倫比亞號發生災難的任務，的確，在81－82秒時發生了隔熱泡沫撞擊事件。

這個地方好巧不巧，砸的位置位於機翼前緣附近。

大家都知道，摩擦和空氣激波產生的熱量是航天器返回時最大的威脅，決定這個影響的有兩個因素：空氣密度（正比）和速度（平方成正比）。這個可以理解，在水裡游泳比風中奔跑要難，游泳時越快就越難。

發射時也會有影響。

但是：

1。發射時，在密度比較大的空氣階段時（地表），速度從0加速，可以理解為很小

2。返回時，靠近地表過程中，雖然在減速，但接觸時的速度輕鬆超過10倍音速（在地表50公里附近時是15倍）

而速度是熱量第一要素，於是兩個過程產生的熱量區別就大了，差多大呢？

這是分析報告中關於左側機翼附近Panel 9隔熱片感測器熱量變化率分析，左邊綠色的線是發射過程，右邊就是返回時，大家看看差出多少了？

關鍵是出問題的是機翼前緣，這是使用隔熱瓦的地方中溫度最高的地方

洛馬給出的返回時太空梭溫度圖，你看機翼前緣都快熱白了，當然最熱的是機頭，有1500度，但那裡不是成塊的隔熱瓦而是連續的隔熱層。

更何況這麼快的速度返回稠密大氣時帶來的劇烈衝擊和振動遠不是起飛時能比的。

於是哥倫比亞號就出事了，機翼被燒穿，7名宇航員在爆炸落到地面前基本就都犧牲了。

其實美國太空梭隔熱瓦脫落不是沒發生過，也沒出啥大事兒。蘇聯的暴風雪號首飛掉了好幾十塊都好好活著回來了。不過無論是美國還是蘇聯的太空梭，都沒碰到過同樣的事情發生在機翼前緣這種核心部位。

發射哥倫比亞視頻大家看到有問題的時候，覺得不會出大問題，救援成本太高了。

但沒想到返回時真沒熬住，一失足成千古恨。

更多報告看這裡

Megalightning and The Demise of STS-107 Space Shuttle Columbia

運載火箭加速過程很大一部分是在大氣層外，以便降低空氣阻力的損耗和避免嚴重的熱防護問題，所以在稠密大氣層內時太空梭的速度遠沒有再入大氣層時快。下圖是德爾塔四運載火箭典型發射近地道軌載荷的軌跡。稠密大氣層的分界線也就是馮·卡門線高度100千米，而太空梭氣動加熱最嚴重的高度是70千米左右的中間層。下圖裡火箭在126千米高度時速度為3.43千米/秒。而最終進入近地軌道的速度為7.66千米/秒。因此太空梭、運載火箭發射時對熱防護和氣動載荷的壓力遠不如再入大氣層是高。

燃料儲箱脫落下來的泡沫材料只是打壞了軌道器機翼前緣下方的防熱材料，破壞了熱防護系統的完整性，並沒有影響結構的完整性。發射時軌道器承受的氣動載荷並不大，機翼前緣下方破個洞對於整體的氣動性能並沒有太大的影響，所以即使發生了撞擊，防熱材料出現了嚴重的破損，哥倫比亞號還是可以安全入軌。

返回再入時由於軌道器與大氣高速摩擦，產生巨大的熱量。高溫氣流不斷地通過機翼前緣的這個破洞進入機翼內部，燒蝕破壞機翼承力結構還有各類設備。也就是說由於熱防護系統被破壞了，導致結構被逐漸破壞。從事故調查報告也可以看出，機翼內部的各類感測器並不是同時出現異常，而是逐步擴散。隨著結構破壞程度的加劇，機翼無法繼續承受再入時巨大的氣動載荷，軌道器最終解體。

發射時稠密大氣層頂多2km/s 跟返回動軸8-9km/s不是一個級別的
這也是為什麼整流罩沒法當防熱大底

NASA為調查此事故，在地面測試中，將一塊煤磚大小、重量僅0.8公斤，材料相同的泡沫塊從一支長10.6米的巨型氮氣推動槍管射出，模擬從卡納維拉爾角發射的哥倫比亞號在升空後80秒左右所出現的情況。試驗靶為真實阿特蘭蒂斯號太空梭，飛行次數與哥倫比亞號相似。而泡沫塊以時速850公里的高速射向其左機翼，在機翼上打開了一個寬40厘米的方形孔洞。其報告中，得出結論哥倫比亞號發射時遭受隔熱泡沫撞擊造成的穿孔與40cm相近，不會小於30cm。回到哥倫比亞號發射時82秒，高度應在20km以上，大氣密度也應在標準大氣壓30%以上，這時速度為1.6左右，而在80㎞以下，應算作廣義稠密大氣層範圍，哥倫比亞號在高度20到80，速度最高達到5馬赫，那麼這種情況下左側機翼前緣出現30cm以上的孔洞，勢必破壞氣動外形，造成氣動問題。打個比方，現在高超聲速飛行器很注重氣動外形，在如此高速度下，存有孔洞，氣動力受到影響，肯定會發生滾轉，最終墜毀。即使當時太空梭和火箭，對於氣動外形要求沒有其他飛行器高，但這裡出現的氣動問題不應忽視。同時，在一篇報告中寫到發射當天泡沫撞擊過程中還受到長時間巨風衝擊，氣動問題只會更加嚴重，機翼應該折損。誰有相關程序數值模擬一下，最好用CFD分析分析。最後，你給出的報告中的一個熱度時間圖，再入大氣層時是已經有孔洞造成的，那麼正常情況下它的熱度曲線應是多少？最大極限是多少？圖中兩個數據不具備比較條件，發射時就有可能溫度比正常值高。

壞的是機翼前緣的隔熱層，不是承力結構，所以發射時的振動不會讓其損壞。而返回時的高溫使承力結構失效才是失事的原因。

發射上天穿過大氣層速度不如返回時候速度快。所以發射時沒事