编者按：今年是“挑战者”号航天飞机事故30周年。1986年1月28日，在佛罗里达肯尼迪航天中心，“挑战者”号航天飞机在升空73秒后爆炸解体，驾驶舱在惯性作用下升至19800米高空，随后开始自由落体，并在数分钟后以330公里/小时的高速坠落海面。7名宇航员全部殉职。这次事故，是NASA乃至人类太空探索史上最沉重的悲剧。调查表明，在航天飞机解体爆炸前，至少有3名航天员并没有马上死亡。他们打开了航天飞机上的应急供氧设备试图自救，但最终因高空低温、缺氧和接触海面时500多G的超重而无法幸免。在航天飞机设计期间，曾有几次提及发射逃生系统，但NASA的最终结论是：航天飞机的高可靠性不需要额外设计这一系统。

也许有人会问，为什么航天飞机不能增加一个逃生系统，至少在大气层内出现事故时可以为宇航员提供一线生机？最简单的，比如，跳伞逃生？还别说，历史上官方还确实认真考虑过这种方案，这也就是今天要介绍的利用高空气球进行超高空跳伞的Excelsior计划。计划的名称“Excelsior”，原意是“不断向上”，比起直白的“Man-high”计划还是显得要高大上一些。

Excelsior计划高空跳伞示意图

存放于美国空军博物馆的高空跳伞模型

美国第一个载人航天计划——水星计划的实施前期，曾开展了大量测试类计划，其中就包括一系列基于高空气球的试验，比如测试测试近太空环境对人体影响的Man-high计划还有Excelsior计划等等，因为高空气球基本是当时飞行高度最高的载人工具。

Excelsior计划由美国空军航空医学实验室承担，目的是测试飞行员在高空弹射后跳伞逃生的可能性，为实现高空弹射后的安全可控降落设计一套降落伞系统。在此之前，关于人在高空下落过程中可能出现的各种情况都只停留在理论层面。这项计划却要通过真人实际完成这一测试，主要试验人员乔.基汀格（Joe.Kittinger）也借助这个项目成为万米高空跳伞的第一人。项目始于1958年，以新墨西哥州的Holloman空军基地作为发放基地，共完成了三次飞行试验。在此之前，High Dive计划中进行过飞机和气球上的假人下落实验，积累了前期的数据。

Excelsior计划主要实施人乔.基汀格

Excelsior计划中试验的系统包括一个防止在高空发生失控平旋的2米直径的小型稳定降落伞和一个8.5米直径的于低空打开的主降落伞，以及用于在下降过程中特定高度自动开伞的定时器和高度传感器。载人舱采用开放式吊舱，测试人员穿着抗低温的增压服，类似载人航天使用的宇航服。外部支持包括C-123飞机中空支援，直升机低空支援，另外飞机、气球和乘员身上都装有监控相机。

Excelsior I于1959.11.16发放，气球体积56,745立方米，飞行高度23,300米，系统总重1,164kg。跳伞过程中由于温度降低、结冰导致活动困难并误操作开伞定时钟，稳定降落伞过早打开使跳伞者进入高速旋转状态并失去知觉，但在3,000米高度主伞自动打开并安全降落。

Excelsior计划中使用的开放式吊舱

基汀格身着增压服和头盔

Excelsior II于1959.12.11发放，气球体积56,745立方米，飞行高度22,800米，系统总重1,191kg，跳伞后经过16,800米的自由落体后打开了主伞并安全降落。

气球地面充气

吊舱离地

基汀格跳出吊舱

Excelsior III于1960.8.16发放，气球体积83,415立方米，飞行高度31,300米，系统总重1,191kg，上升用时1小时31分钟。跳伞后小型稳定伞成功打开，Kittinger经过了4分36秒自由落体，创造了最长伞降自由落体记录。在5,300米高度主伞打开并安全着陆,创造了当前世界跳伞最高高度记录。下降过程中，外界温度最低达到了-70°C，在自由落体阶段最高速度达到了214~250m/s。

气球升空

三万米高空的勇敢一跃

成功开伞

Excelsior III在高空气球发展历史上和高空跳伞的历史上都是具有里程碑意义的一次飞行，试验人员依靠勇气和智慧，一举创造了多项纪录。

Excelsior III创造的纪录（1960）：

跳伞最高高度：31，300米（2012年，鲍姆加特曼38,969.4米）

载人气球最大升空高度：31，300米（1961年，Stratolab high V任务34.67千米；2012年，鲍姆加特曼39,068.5米）

最长伞降自由落体时间：4分36秒

自由落体最高速度：214~250m/s（2012年，鲍姆加特曼1,357.6kmh）

Excelsior计划的结果非常成功，取得了大量的数据，乔.基汀格更达到了无数高空跳伞爱好者无法企及的高度。但由于高空跳伞以及在航天器实现高空脱离的难度太大，再加上种种原因，这种设计最终还是没有被采用。也许，仅仅是也许，如果当年这个设计被广泛采纳，航天员在上天之前都经过严格的高空逃生训练，那么1986年“挑战者”上的那几位航天员可能就有生还的机会，而不是在火箭爆炸后随飞船一起无助地下坠。当然，即便有高空逃生系统，事故中航天员能安全逃离的几率也很难说，要知道民航客机的飞行高度一般在10公里左右，即便是这样的高度也没有配备跳伞逃生系统，因为未加训练的人员能通过跳伞生还的几率几乎为零。所以，仅仅是也许。

其实，大家都知道，目前载人飞船的逃生机制主要是逃逸塔。发射的初始阶段如果出现意外，逃逸塔会启动推进器携带载人舱与火箭分离，并通过降落伞将其安全降至地面。从火箭事故和欧美载人航天的经历可以看出，上升段最大的危险来自于火箭，最严重的后果是火箭爆炸，因此最有效的逃生方式就是逃离危险区域。逃逸塔基本已成为目前载人航天系统的标配。其实，逃逸塔也只能负责太空旅行初始阶段的安全，其他阶段比如在轨运行和再入段就只能依靠系统的高可靠程度了，像《地心引力》里面那样飞船被毁还能绕地球几圈最后找到另一艘飞船返回地球的故事应该只会存在在电影里。

另外，世界上除了火箭和载人飞船的组合之外还有另外一种载人航天工具——航天飞机，这上面可没有空间和条件加装逃逸塔这样的装置。虽然现在航天飞机已经全部退役，但未来可能出现的空天飞机也与之类似，即使加装类似飞机的弹射逃生系统，弹射高度过高时也面临着很多问题。所以说，Excelsior计划意义觉不会仅仅止步于上世纪中期的那几次试验，作为对跳伞这种最直接有效的逃生方式的极限测试，其借鉴意义将延续到下一代航天载具的研发进程之中。

不过这项计划后来还有一个影响，就是直接激发了由菲利克斯主导的红牛平流层计划，基汀格更是再度出山，帮助这位年轻人在2012年一举打破自己在几十年前创造的多项世界纪录，将人类的探险活动推向了一个新的高度！

菲利克斯（左）、基汀格（右）与新型气球载人舱

后记

其实看到这个试验里的30公里以及测试者身穿的简易型宇航服，容易让人想到有“双三”称号的美国高空侦察机SR-71“黑鸟”。“黑鸟”的飞行高度接近30公里，整个研制项目的启动时间是上世纪60年代初期，之前也一直有高空侦察机的研制计划。可以大胆地猜测，Excelsior可能就是高空侦察机逃生系统的前期测试，或者计划的结果在“黑鸟”的研发过程中被吸收和借鉴。但鉴于“黑鸟”在整个服役过程中从未被击落，因此人们也就没法亲眼看到其逃生系统发挥作用了。

SR-71“黑鸟”及其驾驶员

附：“挑战者”号航天飞机事故

（节选自腾讯太空频道“太空史上最大惨剧：挑战者号航天飞机爆炸30年”）

30年前的今天，1986年1月28日，在佛罗里达肯尼迪航天中心，“挑战者”号航天飞机在升空73秒后爆炸解体，7名宇航员殉职。这次事故，是美国宇航局也是人类太空探索史上最沉重的悲剧。

事后的调查表明，此次事故的根源来自一个不起眼的橡胶部件——“O-ring”（O型环）。由于发射时气温过低，橡胶失去弹性，使得原本应该是密封的固体火箭助推器内的高压高热气体泄漏，最终导致高速飞行的航天飞机在高空解体。

事故还原

挑战者号最初计划于美国东部时间1986年1月22日下午2时43分在佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射，但是由于上一次任务的延迟导致发射日推后到23日，然后又延迟到24日。接着，因为塞内加尔达喀尔的越洋中辍降落场地的恶劣天气，发射又推迟到了25日。而根据气象预报指出，肯尼迪航天中心当时的天气情况不宜发射，发射再次推后到美国东部时间1月27日上午9时37分。在发射前的测试时，由于外部舱门通道出现问题，发射再推迟了一天。

“挑战者”号航天飞机

发射前一晚，NASA工程师和负责飞船焊接及密封的塞奥科公司工程师一起讨论了天气对任务的影响。虽然有人表示了对橡胶材料密封性的担忧，但经过5次延迟后，最终管理层急于尽快发射，因此依然决定在28日进行发射。

28日上午11时39分，航天飞机主发动机点火，仅0.6秒后，第一个故障征兆就已显现。从现场摄像机拍摄的画面中可以看到，一股黑色烟雾从发动机右侧尾部喷出，持续了约2秒。

航天飞机点火发射

事后调查表明此黑烟是由接缝开裂导致，主O型环原本的作用即是封闭该裂缝，但由于温度过低失效，而副O型环又因为金属部分的崩离而偏离了原有位置。

点火后58秒，一台追踪摄像机捕捉到了右侧发动机靠近尾部支架处出现的烟羽，可燃气体开始泄露。

第64秒，烟羽突然改变了形状，同时出现了肉眼可见的异常火光，这表明尾部燃料舱的液氢舱开始出现泄漏。

在电脑控制下，主发动机的喷嘴开始转动，试图补偿助推器产生冲力导致的不平衡。在地面控制人员和宇航员看来，出现这种情况还在正常范畴内。

第68秒时，地面通信告知宇航员“执行加速”，指令长迪克·斯科比确认了这一信息并回复：“收到，执行加速。”这也是挑战者号机组成员留下的最后一条通讯信息。

不到10秒钟之后，挑战者号在14600多米的高空解体，随着外部燃料箱的瓦解，脱离了正常飞行姿态的挑战者号被突如其来的巨大气流冲击下被撕裂。

“挑战者”号爆炸解体

25秒后，残存的驾驶舱在惯性作用下升至19800米高空，随后开始自由落体，在数分钟后以330公里/小时的高速溅落海面。7名宇航员全部罹难。

调查表明，在航天飞机解体爆炸前，至少有3名航天员并没有马上死亡。他们打开了航天飞机上的应急供氧设备试图自救，但最终因高空低温、缺氧和接触海面时500多G的超重而无法幸免。

在航天飞机设计期间，曾有几次提及发射逃生系统，但NASA的最终结论是：航天飞机的高可靠性不需要额外设计这一系统。

事故发生后，NASA的飞行控制室里最初十几秒一片寂静，没有人相信在显示器上亲眼看到的一切。

随后，在执行了一系列搜寻和安全措施之后，飞行指挥最终确认了这一悲剧，并启动了紧急程序，封存了现场数据，以供后续调查。

详细调查

1986年2月3日，时任美国总统罗纳德·里根亲自下令，宣布成立调查委员会，前美国国务卿威廉·罗杰斯担任主席，参与调查的14名委员会成员包括宇航员尼尔·阿姆斯特朗（副主席）以及诺贝尔奖获奖者理查德·费曼等人。

在持续数月的调查工作中，委员会访问了超过160名有关人员，查阅了6300余份文档，总篇幅超过12万页，以及大量各个角度拍摄的现场图片和影像资料。

1986年6月9日，委员会公布了最终的事故调查报告。报告指出，挑战者号的意外是由右侧固体火箭推进器尾部一个密封接缝的O型环失效，导致加压的热气和火焰从紧邻的外加燃料舱的封缄处喷出，造成结构损坏。O型环的失效则归因于设计上的缺陷，以及发射时持续多日的低温都是潜在的因素。

除了设计和天气原因之外，调查委员会还将事故原因部分归咎于NASA本身的不完善的内控制度和决策机制。

在2003年哥伦比亚号灾难之后，NASA内部对安全问题的态度再次成为关注的焦点。

哥伦比亚号事故调查委员会认为，NASA未能从挑战者的事故中学到足够多的教训，“造成对挑战者号（事故）负有责任的制度失效原因并未消除”，意即导致挑战者号事故“有瑕疵的决策过程”，在17年后导致了哥伦比亚号的悲剧。

在生命面前，安全无小事。我国的航空航天人也应该引以为戒。