提前解鎖的羽翼系統和布蘭森未競的太空夢想 維珍2號航天器空難


提前解鎖的羽翼系統和布蘭森未競的太空夢想 維珍2號航天器空難


喬善勳/文

對於人類而言,每次衝向天空的旅程都充滿了荊棘。然而無論前途多崎嶇,仍無法阻擋航天先驅的步伐。維珍集團創始人理查德·布蘭森爵士為了探索民用太空旅行的路徑,率領團隊研發出了維珍銀河太空船系列。

然而,事與願違。

2014年10月31日,維珍銀河(VG)太空船2號(SS2)在脫離母船後,升空不久便發生爆炸,整架航天器瞬間解體,在空中折斷成兩半墜落在加州莫哈韋沙漠上。事故共導致一名飛行員遇難,一名飛行員跳傘逃生。


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維珍銀河的試飛基地在美國加州南部的莫哈維航空航天港,2014年10月31日,維珍銀河邀請了諸多媒體和專業人士共同見證太空船2號的試飛活動。

太空船2號由縮尺複合體公司負責設計製造,其1982年成立於加州莫哈維,產品大量使用非金屬複合材料,它以非傳統設計著稱。著名的產品便是和維珍集團共同開發出的太空船1號及太空船2號。

這一天是太空船2號試飛的日子,任務主要由2名試飛員完成。布蘭森爵士希望通過太空船2號讓更多遊客體驗天空的奇妙感受,而遊客只需花費約25萬美元,這遠低於之前的價格,2001年丹尼斯·蒂託的太空之旅耗費2000萬美元。乘客在此期間可以體驗到5分鐘失重的感覺,就像真正的宇航員一樣。


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維珍太空船的研發過程並不是一帆風順,而是伴隨著巨大風險。早在2007年,太空船2號在測試火箭發動機時發生爆炸,當場導致3名工程師遇難。項目的不斷延誤讓維珍集團揹負了巨大壓力,數百名嚐鮮者已經預定了位置,所以此次試飛的成功與否至關重要。

太空船2號同樣對試飛員提出了巨大挑戰,機長是皮特·西博爾德,43歲,他曾駕駛過11款不同類型的實驗性飛機。副駕駛是麥克·阿爾斯伯裡,39歲,他同樣擁有豐富的試飛經驗。


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太空船2號在2010年10月10日完成首次載人滑翔飛行,2013年4月29日完成首次動力飛行。太空船2號由於是在高空中發射,相對於地面而言擁有顯著的優點。它起飛時懸掛在白色騎士2號的母機上,飛至1.4萬米高度兩機分離。乘客可以在4.27萬米的太空邊緣停留5分鐘,然後返航並降落。太空船2號由火箭發動機驅動,可以容納2名飛行員和6名乘客。

2014年10月31日,太空船2號將要完成第36次試飛活動,也是它第4次依靠自身動力飛行。這次他們將測試新型火箭發動機,飛行的高度也將挑戰新紀錄。


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上午9點20分,白色騎士2號獲取了起飛許可,他們即將展開大約1小時的試飛活動。太空船2號由機長博爾德負責操控,副駕駛阿爾伯斯里負責聯繫太空船2號。當白色騎士2號爬升至兩機分離高度時,突然一臺機載多功能顯示屏發生了故障,不過該設備很快重啟了。

故障消除後白色騎士2號開始執行分離前的檢查單,這也是整個過程最關鍵的時刻。地面控制中心發出允許分離的指令後,太空船2號脫離了掛架開始了自主飛行,然而他們的挑戰才剛剛開始。


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太空船2號在火箭發動機的強勁推動下很快便突破了音障,最高時速可達3馬赫,在此期間駕駛艙也陷入了非常顛簸的狀態。然而火箭發動機點火14秒後,地面工程師則收到了火箭發動機故障的消息。地面控制中心立刻發出取消試飛指令,突然太空船2號在空中爆炸,整機斷裂成兩半向地面墜落。

在眾目睽睽下發生爆炸事件,這對維珍的太空旅行計劃造成重創,他們不僅損失了一架航天器,更重要的是犧牲了一名極富經驗的試飛員。


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太空船2號沒有設計緊急逃生系統,一旦發生不測,飛行員只能依賴於降落傘系統。不久後傳來一個好消息,一個壞消息。

好消息是博爾德機長跳傘成功,搜救直升機發現了他的降落傘,並很快送治就醫。壞消息是,事發時副駕駛阿爾伯斯里被困於駕駛艙中,他來不及開傘導致墜地身亡。

美國國家運輸安全委員會(NTSB)也立刻展開了調查工作。調查員發現太空船2號散落的殘骸分佈距離長達8公里,他們決定將航天器的殘骸先收集到一起,尤其動力系統是重中之重。


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太空船2號搭載了新型火箭發動機,燃料中混合一氧化二氮和尼龍材料,這能使發動機的效率更高。而創新也意味著冒險,如果這種燃料在非正常狀態下點燃,就增大了爆炸的可能性。

調查員發現散落在地面的火箭發動機殘骸並沒有空中爆炸的痕跡,他們率先排除了發動機故障的原因。

調查員開始走訪地面控制中心,他們得知在爆炸發生前收到了火箭發動機故障的消息。而當時的影像資料顯示,太空船2號的尾桁架和尾羽翼系統的鉸鏈都處於向上折起狀態。


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太空船2號最典型特徵便是降落狀態時的順翼模式,它在飛行過程中會改變尾翼形狀,當其達到最高速度時,飛行員會將尾翼調整至順翼狀態,這會增加阻力並減緩下降速度,這是航天器安全返航的重要步驟。

飛行員需要兩個步驟,才能將太空船進入順翼狀態。首先飛行員要解鎖羽翼系統,尾桁架處於可轉動狀態,其次飛行員需要拉出羽翼操作杆才能將尾桁架調整位置。駕駛中的攝像頭則顯示,當時飛行員解除了羽翼系統的鎖定裝置,但並未進行第二步操作。而機身外部的攝像頭則顯示太空船2號的羽翼移動了。


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降落時才被打開的裝置,怎麼會在太空船全力加速時啟動了呢?

調查員身負重任,事故的調查結果也關係到維珍集團的太空夢想。他們將調查目標投向了太空船2號的制動器,這個系統將尾桁架固定在一定的位置,當飛行員做出相應動作時,制動器便會帶動尾桁架進入順翼位置,為返航做準備。調查員分析制動器後,發現這個裝置是墜地後才遭到損壞。制動器系統失效的選項也被排除了。

調查員開始研究太空船2號的飛行數據信息,這類似於客機的飛行數據記錄儀(FDR),它會記錄下太空船的飛行數據和飛行員的操作動作。飛行數據顯示兩機在分離前一切正常,兩機分離,太空船2號的火箭點火8秒後,羽翼制動器解鎖,再過4秒太空船2號就解體了。在此期間,飛行員雖然進行了一系列操作,但是卻沒有按照正常順序進行。


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飛行員操作太空船的時機成為揭開事故的關鍵線索。

調查員來到縮尺複合體公司並詢問了太空船2號的設計工程師,他們得知解除羽翼鎖定裝置的時間窗口在1.4~1.8馬赫之間。而飛行員在解鎖時,太空船2號的速度僅在0.8馬赫。工程師介紹在太空船2號在低速飛行時,氣動載荷會將機尾向下壓讓太空船保持平衡。當太空船速度達到音速附近時,機尾的受力方向會改變,它會被升力抬起。而當太空船在超音速飛行時,氣動載荷會再一次佔上風,將機尾向下壓。


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所以飛行員的操作手冊上被標明,太空船2號只有在最後的階段才能解鎖。而正是飛行員在低速時過早解鎖,操作提前了16秒,導致了災難發生,強大的氣動力撕裂了機體。而制動器解鎖後就產生了不可逆的結果,當飛行員執行解鎖程序的時候,就註定了悲劇的發生。

為什麼經驗豐富的試飛員,會犯下如此低級的錯誤?


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調查員開始走訪機長西博爾德,他們得知太空船2號火箭點火後,整個機體就非常顛簸,機頭開始抬升,其中一個機載顯示器還死機重啟,整個顯示器可以提供羽翼和推進系統等很多關鍵數據信息。調查員找到一臺同款顯示器,他們演示了一下重啟系統後的效果,裡面的顯示的數據信息一切正常。

飛行員飛行記錄上得知,副駕駛阿爾斯伯裡擁有超過2100飛行小時經驗,曾駕駛過太空船1號和白色騎士2號,之前執飛過8次太空船2號任務,但是他知道過早解羽翼系統的後果嗎?


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令人遺憾的是,調查員沒有從飛行員操作手冊上找到任何提前解鎖羽翼系統會造成太空船解體的內容。試飛檢查卡上註明了在1.4馬赫時,解鎖羽翼系統,但這也沒有註明如果太早解鎖的話會發生什麼結果。他們只是從4年前的電子郵件中看到了關於過早解鎖羽翼系統的相關內容,也許飛行員早就忽略了這條信息。

此外縮尺複合體公司的工程師也沒有為太空船2號設計羽翼鎖定裝置的失效保護程序,他們認為沒有必要為之多此一舉,就沒有為太空船考慮到安全冗餘度設計,他們完全沒有考慮到試飛員也會犯錯。

調查員翻閱副駕駛阿爾斯伯裡的訓練記錄後發現,他一共進行了112次模擬訓練,他從未犯過提前解鎖羽翼系統的錯誤,但是有一次他將解鎖的時間延誤了。根據模擬程序規則,當太空船速度達到1.8馬赫仍未解鎖羽翼系統時,模擬試飛程序將結束,中止飛行活動並不會帶來災難性後果。


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太空船2號的飛行活動非常具有挑戰性,試飛員需要在短暫的時間內執行一系列操作程序,而且還要在正確的時間內做出正確的動作,這會給他們帶來很大壓力。調查員認為正是無形的時間壓力,導致副駕駛阿爾斯伯裡決定提前解鎖羽翼系統,他認為如果在1.8馬赫時還未解鎖羽翼系統,飛行計劃將會以失敗告終。

模擬機訓練時駕駛艙處於平穩的狀態,而太空船2號實際飛行時駕駛艙會非常的顛簸。複雜而變化的駕駛艙環境也影響了試飛員的表現,他在陌生的環境中和高強度的工作壓力下做出了錯誤的操作。

試飛員可謂是精英中的精英,但這並不代表他們不會犯錯。是人便會犯錯,這就需要我們考慮到試飛員能力限制問題。

NTSB認為縮尺複合體公司需要承擔相應的重任,他們應該明確告訴試飛員,提前解決羽翼系統會帶來怎麼樣的結果,而且他們也沒有為之設計安全冗餘和災難挽救程序。也許解鎖裝置旁多加一個速度提示器就能避免事故。


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NTSB發佈了最終的事故報告,其內容指出縮尺複合體公司設計工程師沒有建立科學的保護機制,防止單一的人為操作失誤釀成悲劇。

只要是人蔘與的活動,都會有犯錯的可能性。每次事故後,就需要我們將汲取到的教訓告訴大家,這樣就能避免類似事故的發生,這同樣也是“墓碑效應”。飛機的操作手冊可以說是用鮮血寫成的,我們不能讓這些鮮血白流。