專業精神/羅傑·博伊斯喬利、莫頓·西奧科爾和美國宇航局

挑戰者號爆炸

1986年1月28日，美國東部時間上午11:38，太空梭挑戰者號在佛羅里達州的肯尼迪航天中心發射升空。然而，它在發射後73秒解體，導致其七名機組人員喪生。七名機組人員中只有五人是美國宇航局宇航員，另外兩人是擔任有效載荷專家的平民。宇航員包括指揮官弗朗西斯·R·斯科比、飛行員邁克爾·J·史密斯以及任務專家朱迪思·A·雷斯尼克、羅納德·E·麥克奈爾和埃裡森·S·奧尼祖卡。這兩名平民是格雷戈裡·B·賈維斯和莎倫·克里斯塔·麥克奧利夫。

許多人透過直播觀看了發射，因為機組人員克里斯塔·麥克奧利夫是太空教師計劃的第一位成員，也是（計劃中）首位進入太空的女教師。挑戰者號災難發生後，美國政府成立了一個名為羅傑斯委員會的調查小組，以調查災難的原因。災難部分是由於助推器設計缺陷，部分是由於溝通和管理失誤造成的。挑戰者號災難至今仍被用作工程安全和職場倫理的案例研究。

時間表

1972年8月 - 美國宇航局承包商莫頓·西奧科爾獲得建造太空梭固體火箭助推器的合同，價值7.1億美元。

1976 - 美國宇航局接受了莫頓·西奧科爾的助推器設計。助推火箭將在美國宇航局的馬歇爾太空飛行中心開發，該中心是一個火箭和航天器推進研究中心。

1977 - 莫頓·西奧科爾發現了一個接頭偏轉問題。

1981年10月23日 - 挑戰者號結構測試文章（STA-099）重建完成，成為挑戰者號軌道飛行器（OV-099）。

1981年11月 - 莫頓·西奧科爾在第二次太空梭飛行（STS-2）後發現 O 型環侵蝕。

1983年4月4日 - 在太空梭挑戰者號的處女航中，它部署了一顆美國宇航局通訊衛星（STS-6）。

1985年1月24日 - 航天飛機發現號（OV-103）的固體火箭助推器（設計類似於挑戰者號）發生了主要 O 型環穿透和次要 O 型環嚴重燒焦（在羅傑斯委員會調查中發現，STS-51-C）。

1985年1月 - 羅傑·博伊斯喬利是西奧科爾公司固體火箭助推器專案的一名工程師，他意識到在一次太空梭飛行（STS-51-C）中場連線幾乎完全失效後，開始擔心 O 型環侵蝕問題。

1985年4月29日 - 挑戰者號的第七次發射（STS-51-B）出現了與 STS-51-C 相似的 O 型環問題（由羅傑斯委員會發現）。

1985年7月31日 - 羅傑·博伊斯喬利向羅伯特·倫德傳送備忘錄和建議，建議推遲發射。

1985年7月 - 西奧科爾公司為新的場連線設計訂購了新的鋼坯。

1985年8月19日 - 美國宇航局一級管理層獲悉了助推器問題。

1986年1月27日 - 在一次夜間電話會議上，西奧科爾公司經理和美國宇航局人員討論了低溫對 O 型環的影響。第二天早上預計會出現冰點以下的溫度。馬歇爾太空飛行中心副主任喬治·哈迪和太空梭專案經理勞倫斯·穆洛伊認為這個問題不是一個非同尋常的風險，因此決定不推遲發射。

1986年1月28日 - 挑戰者號爆炸（STS-51-L）。

1986年6月9日 - 羅傑斯委員會是一個總統調查委員會，它釋出了報告，解釋了挑戰者號的失效模式。該報告敦促美國宇航局改進太空梭的安全功能，並對任務程式進行組織上的改變。

技術問題

來自羅傑斯委員會第 1 卷第 57 頁的場連線圖片

固體火箭助推器

玻璃化轉變溫度

1974年，莫頓·西奧科爾公司獲得了美國宇航局價值 7.1 億美元的合同，負責設計和建造固體火箭助推器 (SRB)。連線到太空梭軌道器的兩臺固體火箭助推器提供了將太空梭送入太空所需的 80% 推力。 通常情況下，發射後大約 2 分鐘，固體火箭助推器會分離並透過降落傘返回地面，以便在後續任務中重複使用。 成本是美國宇航局選拔委員會的主要考慮因素，西奧科爾公司在成本方面的優勢超過了其他技術上的反對意見，最終獲得了約 8 億美元的成本加獎金合同。。

挑戰者號SRB 的問題始於外殼連線處的設計，被稱為“場連線”。場連線的原始設計基於土星火箭，並採用了榫槽、177 個銷、一個面密封 O 型環和一個孔密封 O 型環。每個發動機外殼由大約 0.5 英寸厚的 11 個獨立的無焊縫高強度鋼段組成。 莫頓·西奧科爾公司的靜態推力測試約束要求助推器水平組裝，而這種方式從未在大型助推器上使用過。莫頓·西奧科爾公司工程師霍華德·麥克因託什評論道：“我們非常擔心必須進行的水平組裝來進行靜態測試。泰坦號一直都是垂直組裝的，因此據我們所知，從未有過任何大型火箭發動機是水平組裝的”。為了實現這一點，助推器接頭進行了重新設計。新的設計用一個額外的孔密封代替了面密封，並在 O 型環周圍添加了鋅油灰，以防止 O 型環熱降解。

1977 年，進行了一次水壓爆破試驗，以測試火箭外殼的強度。為了模擬燃燒氣體產生的壓力，外殼被注滿水，然後加壓至約 1500 PSI。 該試驗表明，接合舌和吊耳是向外彎曲而不是向內彎曲。這導致點火時 O 形圈壓力損失，並導致密封不良，這種現象被稱為“接合旋轉”。 莫頓·索爾公司結構主管阿諾德·湯普森評論道：“我們發現，接合處是在開啟而不是像我們最初分析的那樣閉合，實際上開合量相當大。我認為達到 52 毫英寸。” 馬歇爾太空飛行中心工程師致函專案經理，然而，經理和副主任喬治·哈迪沒有將這些備忘錄轉發給索爾公司的高階決策委員會，接合處設計得到了確認。 到 1985 年，馬歇爾和索爾都意識到固體火箭助推器設計存在嚴重問題，他們開始著手重新設計接合處，在舌周圍增加 3 英寸鋼以抓住內側，防止旋轉。然而，美國宇航局的高階管理層沒有要求停止太空梭飛行，並將這些問題視為可接受的飛行風險。

O 形圈和低溫

發射臺發射日

每個接合處都由一對 O 形圈密封，這些 O 形圈由鋅油灰保護。根據設計，助推器內部的壓力會作用在鋅油灰上，鋅油灰會將壓力傳遞到接合處的空氣中，迫使 O 形圈進入其座位，形成氣密的密封。1981 年 11 月，在第二次航天飛機發射後，傑克·布坎南發現主 O 形圈略微腐蝕。索爾公司進行了調查，發現接合處的向外彎曲延遲了 O 形圈的定位。這會導致洩漏，因為熱排氣會穿過鋅油灰，燒燬 O 形圈。. 當時無法確定洩漏的原因，但工程師們認為，即使 O 形圈在高於發射壓力的條件下被嚴重腐蝕，也能密封，因此將其視為可接受的飛行風險。. 1985 年，工程師們開始懷疑損壞 O 形圈的洩漏與環境溫度有關，並開始重新設計接合處。

1985 年 4 月 29 日，挑戰者號執行 STS-51-B 任務發射，發射時的溫度是他們發射史上最低的，其次是 STS-51-L 任務發射時的爆炸日。發射導致前兩個 O 形圈密封完全燒燬，第三個密封也幾乎被燒燬。莫頓·索爾公司工程師意識到固體火箭助推器存在問題，沉痛地告知機組成員唐·林德，他“距離死亡只有 0.3 秒”。

發射前夜，預計環境溫度將低於冰點。發射前夜，發射臺上積滿了冰，這引起了人們的擔憂，擔心冰會在大氣層升空時損壞太空梭。然而，由於索爾公司和美國宇航局都沒有對 O 形圈密封接合處或鋅油灰的耐用性進行足夠的低溫測試，因此在他們進行最後檢查後，他們發射了挑戰者號，因為冰似乎正在融化。 O 形圈材料的低溫測試不足，無法顯示它們在寒冷環境中的功能喪失，導致發射日發生故障。到目前為止，還沒有太空梭在低於 53 華氏度的溫度下發射。

聚合物的玻璃化轉變溫度是材料的模量發生突然變化的溫度。正如羅傑斯委員會所述，接合處使用的 O 形圈在 75 度時的彈性是 30 度華氏度時的五倍。杜邦維頓是 SBM O 形圈使用的材料。維頓的規格是在 -25 攝氏度下暴露 3 分鐘後仍保持不脆性。 航天飛行副助理管理員邁克爾·威克斯作證說：“直到 51-L 災難之後，我才真正看到了顯示維頓（我們一直使用的 O 形圈材料）在極低溫度下恢復速度非常慢的彈性資料。” 最重要的是，這些技術和安全問題已經被識別或至少被預測到，但美國宇航局沒有接受一些工程師關於設計不可接受的判斷。索爾公司表示：“這種狀況並不理想，但可以接受。”

缺乏適當的溝通

太空梭飛行準備審查過程的描述

1986 年摧毀了挑戰者號太空梭並造成七名宇航員遇難的爆炸震驚了全國，但對一名火箭工程師來說，這場悲劇成為了他個人的負擔，並促使他終生致力於挑戰導致這場悲劇的官僚主義道德。羅傑·博伊斯喬利 (1938-2012) 是莫頓·索爾公司的一名應用力學工程師，早在 1985 年就警告說，助推器中的接合處在寒冷天氣中可能會失效，導致外殼災難性失效。博伊斯喬利還注意到 O 形圈發生了腐蝕。然而，美國宇航局和索爾公司認為，由於 O 形圈沒有完全腐蝕，所以風險很小。1985 年夏天，即挑戰者號致命發射前的六個月，羅傑·博伊斯喬利給索爾公司工程副總裁發了一份備忘錄。在備忘錄中，他敦促立即採取行動糾正 O 形圈問題。備忘錄開頭寫道：“寫這封信是為了確保管理層充分了解目前 SRM 接合處 O 形圈腐蝕問題的嚴重性。” 備忘錄後來指出：“如果在接合處出現同樣的情況（而且可能會出現），那麼接合處成功還是失敗就完全取決於運氣了……結果將是造成人員傷亡的災難性事故。”

儘管他付出了努力，但即使在廣泛的太空梭飛行準備審查中，也沒有任何關於 O 形圈問題的提及。這個過程從 IV 級開始，承包商書面保證他們負責的部件已準備好。然後，III 級美國宇航局專案經理驗證發射元件的準備情況。接下來，II 級約翰遜專案經理認證相關元件的完成、測試和檢查。這個過程最終以一級飛行準備審查結束，該審查在發射前兩週舉行。會議由美國宇航局航天飛行副署長主持，美國宇航局首席工程師、專案經理、約翰遜、馬歇爾和肯尼迪中心主任和專案經理以及高階承包商代表出席。挑戰者號飛行遵循了此程式，但未能解決莫頓·索爾公司工程師關於寒冷天氣對 O 形圈的影響的異議，以及索爾公司和馬歇爾公司工程師關於先前飛行中 O 形圈腐蝕的擔憂。固體火箭助推器接合處的 O 形圈問題甚至沒有在由約瑟夫·基爾明斯特代表索爾公司簽署的飛行準備認證中提及。

最後一次溝通失誤發生在 1986 年 1 月 27 日，即發射前夜。索爾公司工程師（包括羅傑·博伊斯喬利）、索爾公司高階專案管理人員和美國宇航局管理層之間進行了一系列電話會議，討論寒冷天氣對 O 形圈的影響。在這次電話會議中，索爾公司工程師建議推遲發射，並將 O 形圈問題告知約翰遜公司（II 級）的專案經理奧爾德里奇。索爾公司建議只在他們測試過 O 形圈的資料集中發射：53 度或更熱。 美國宇航局管理層對這一建議並不滿意。馬歇爾太空飛行中心副主任喬治·哈迪回應道：“我對你提出的建議感到震驚。” 同樣，太空梭專案經理勞倫斯·穆洛伊反駁道：“天哪，索爾公司。你想讓我們什麼時候發射——明年四月？” 美國宇航局要求索爾公司重新考慮他們不發射的建議。這導致發射模式發生了明顯轉變；不再需要證明發射安全才能進行，而是美國宇航局管理人員希望在同意推遲發射之前得到證據證明發射不安全。這回避了工程師基於缺乏充分資料來證明發射安全的擔憂。索爾公司運營高階副總裁傑拉爾德·梅森要求管理層做出決定，他告訴工程經理鮑勃·倫德“摘掉你的工程師帽子，戴上你的管理帽子”。 這導致管理層決定批准飛行，儘管工程師們建議不要飛行，並且博伊斯喬利等人強烈反對。美國宇航局高層管理人員從未被告知潛在的危險，挑戰者號被髮射。

在羅傑斯委員會調查期間，理查德·費曼要求管理層提供計算出的失效率。他們宣佈失效率為十萬分之一。然而，這些經理手下的工程師估計失效率在五十分之一到五百分之一之間。由於管理層始終提供的機率比其工程師提供的機率低數千倍，因此費曼得出結論，管理層一直“表現出幾乎不可思議的內部溝通和與其工作工程師之間的溝通缺乏”。

羅傑斯委員會和國會聽證會

羅傑斯委員會成員抵達肯尼迪航天中心

羅傑斯委員會發現，挑戰者號太空梭失事是由右側固體助推器兩個下部段之間的接頭故障造成的。“具體故障是密封失效，這些密封旨在防止火箭發動機推進劑燃燒過程中熱氣體從接頭處洩漏。”對製造、組裝和質量控制不合格報告進行了審查，沒有發現任何運往發射場的飛行硬體超出設計規範範圍的證據。發現 O 型圈的彈性與溫度直接相關，在 75 華氏度壓縮的 O 型圈比在 30 華氏度的 O 型圈響應速度快五倍。委員會指出，發射時的環境溫度為 36 華氏度，比任何其他發射都低 15 華氏度。接頭最冷點的區域性溫度估計為 28 +/- 5 華氏度。

1986 年 10 月，科學與技術委員會開始對挑戰者號太空梭失事原因進行調查。調查包括十次聽證會和對羅傑斯委員會報告的全面審查。調查的主要目標是確定事故原因、未來風險以及為使太空梭恢復飛行狀態必須採取的措施。這次國會聽證會確定了 NASA 的其他幾個高風險管理問題，包括溝透過載以及對成本和時間限制的過度重視。

後果和倫理教訓

NASA 的組織文化和決策流程是危及該專案及其安全的主要因素。羅傑 Boisjoly 試圖推遲發射的努力因專案內部各層級之間溝通不暢、強大的發射驅動以及風險容忍度提高而徒勞無功。因此，儘管 NASA 管理人員自 1978 年以來就知道承包商莫頓·西奧科爾設計的 SRB 在 O 型圈方面存在問題，但他們未能妥善解決這些問題，挑戰者號爆炸，造成七名機組人員全部遇難。

權力不對稱

NASA 和莫頓·西奧科爾的相對規模給西奧科爾帶來了壓力，使其優先考慮 NASA 的目標。固體助推器合同佔西奧科爾 20 億美元年收入的 4 億美元。失去這份合同將對該公司造成重大的財務打擊。儘管西奧科爾不是最低報價者，但在 Aerojet 報價 6.55 億美元的情況下，西奧科爾最初的報價為 7.1 億美元，但仍然獲得了最初的合同。 因此，西奧科爾可能感到有義務不反對 NASA 的決定，以期在未來得到 NASA 的優惠待遇。西奧科爾可能獲得了這份合同，這得益於當時的 NASA 管理員詹姆斯·弗萊徹博士的影響力。他曾擔任猶他大學的校長，並在西奧科爾所在的猶他州擁有多家公司。將合同授予西奧科爾是投資他的家鄉地區的一種方式。由於可能是透過偏袒而不是透過優異的成績獲得合同，這無疑為西奧科爾創造了額外的動機，使其將 NASA 視為客戶而不是客戶，以期贏得未來的合同。

發射熱

NASA 面臨著幾項外部壓力，這些壓力促使人們優先考慮快速發射而不是安全，這些壓力統稱為“發射熱”。里根總統計劃在發射當天發表國情諮文，並計劃使用挑戰者號機組中的一名高中教師克里斯塔·麥考利夫作為談話要點，以強調他對教育的推廣。哈雷彗星每 75 年經過地球一次，將在當年晚些時候出現，NASA 將發射儀器，使用挑戰者號觀測彗星。媒體越來越多地將 NASA 描繪成一個低效的組織，無法按時完成任務，這使得國會不願將公共資金預算給 NASA。事實上，國會最近削減了 NASA 的預算。然而，NASA 可以透過在 1991 年之前每年發射 24 次航班來收回資金。 這極大地激勵了 NASA 優先考慮快速發射而不是安全發射。

NASA 機構變革

挑戰者號災難發生後，NASA 成立了安全、可靠性和質量保證辦公室。該辦公室由 NASA 副局長領導，直接向 NASA 最高負責人彙報。羅傑斯委員會報告特別指出 NASA 的“發射熱”是挑戰者號失事的一個促成因素。報告發布後，NASA 承諾降低發射率，但許多美國公眾對此持懷疑態度，並且有充分的理由。NASA 的太空梭計劃於 1981 年開始發射。在最初的五年中，該計劃平均每年發射 4.6 次。挑戰者號失事後，1986 年剩餘時間和 1987 年沒有發射。發射在 1988 年恢復，在 1988 年至 1992 年的五年中，該計劃平均每年發射 5.4 次。

偏差的規範化

社會學家黛安·沃恩提出了偏差的規範化理論。沃恩將偏差的規範化定義為“組織內部的人員如此習慣於一種偏差行為，以至於他們不再將這種行為視為偏差，儘管他們遠遠超出了自己對基本安全的規定”。。西奧科爾和 NASA 之間存在著一些漸進的偏差。第一個是場接頭和洩漏的彎曲問題。當西奧科爾設計場接頭時，他們注意到接頭彎曲了，但他們沒有改變設計以加強壁，而是添加了兩個 O 型圈。O 型圈被認為是 1 級關鍵部件，這意味著如果部件失效，將導致太空梭災難性失效。1 級關鍵部件不能由另一個 1 級關鍵部件備份。NASA 不應該允許 1 級關鍵的主要 O 型圈由另一個 1 級關鍵部件支援，即次要 O 型圈。 1978 年和 1979 年，約翰·Q·米勒和馬歇爾的其他工程師向他們的主管格倫·尤迪（1978 年）和喬治·哈迪（1979 年）傳送了備忘錄，告訴他們場接頭不安全，O 型圈沒有正確安裝，次要 O 型圈密封並不總是保證按合同規定的那樣工作。 在測試期間，NASA 工程師甚至向他們在馬歇爾航天中心的經理喬治·哈迪傳送了備忘錄，但哈迪沒有將他們的擔憂傳達給西奧科爾。

進一步的偏差出現在 STS-2 任務中，這是第二次載人太空梭飛行，觀察到主 O 形環出現了一些磨損。無論是 Thiokol 還是 NASA 都沒有重新評估設計。相反，Thiokol 建立了一種新的填料來幫助防止 O 形環磨損。工程師測試了接頭在不同磨損程度下的極限，並且由於它在磨損時仍然有效，因此確定這是一個可接受的飛行風險。^[8] O 形環沒有被更換。1984 年 3 月，在太空梭 STS 41-B 飛行中，磨損變得更加普遍，因此 Thiokol 向馬歇爾航天中心 的勞倫斯·穆洛伊提交了關於磨損的報告，以供 STS 41-C 的三級飛行準備審查。^[5] 穆洛伊將此資訊作為技術問題轉交一級飛行準備審查，作為回應，穆洛伊將對每個案例的每個接頭的密封進行更徹底的審查。穆洛伊要求 Thiokol 找出 O 形環密封的極限以及隨之而來的飛行風險。^[5] 1985 年 4 月的 STS 51-B 飛行出現了最嚴重的旁路，導致副 O 形環磨損。NASA 實施了強制性的發射前 O 形環審查。^[5] 然而，穆洛伊先生和勞倫斯先生在 1985 年 7 月 10 日之後，直到包括挑戰者號在內的每次飛行中都放棄了這一限制。^[5] 這些偏差是透過一種文化來證明的，這種文化鼓勵避免延誤和成本增加，而不是解決技術和安全問題。偏差的正常化一直持續到 NASA 對 Thiokol 施加壓力，經理們對工程師施加壓力，以維護髮射時間表，儘管寒冷天氣存在明顯的危險。

解決方案

災難發生後，NASA 宣佈了 NASA 安全報告系統 (NSRS)。NSRS 自此支援所有飛行，並已擴充套件到涵蓋所有 NASA 運營。在這個系統中，NSRS 承包商刪除識別資訊，只將問題摘要轉發給 NASA 總部安全與任務保障辦公室，以便立即分析和調查。NSRS 是一個匿名、自願和響應迅速的報告渠道，用於將有關危害的擔憂通知 NASA 的高層管理人員。報告保證會得到及時關注。如果在此次災難之前存在 NSRS 系統，羅傑·博伊斯喬利就可以匿名報告專案中的問題；從而避免組織對他擔憂的阻礙。他作為 NASA 承包商的身份在匿名提交中無關緊要，因此他的擔憂會得到高層管理人員的重視，而不是被 NASA 三級經理壓制。

賠償

挑戰者號和解協議向弗朗西斯·R·斯科比、埃利森·S·奧尼祖卡、格雷戈裡·B·賈維斯和莎朗·克里斯塔·麥考利夫的家人支付了 7,735,000 美元。賠償金在莫頓·蒂奧科爾和美國政府之間按 40-60 的比例分配。羅納德·E·麥克奈爾和朱迪思·A·雷斯尼克的家人與莫頓·蒂奧科爾私下和解，金額未公開。邁克爾·J·史密斯的妻子簡·史密斯起訴了莫頓·蒂奧科爾和美國政府，而不是接受提供給其他宇航員的和解協議。美國政府律師引用了費雷斯原則，該原則聲稱軍人或其家屬不能因在現役期間發生的傷害或死亡而起訴政府。簡·J·史密斯的律師辯稱，她的丈夫當時沒有執行常規軍事任務，也沒有執行任何軍事職責。美國地方法官帕特里夏·福賽特裁定邁克爾·史密斯的死亡是在“與他的軍事服役相關的活動期間”發生的，並將美國政府從案件中除名。^[19]

羅傑·博伊斯喬利挑戰者號事故後

挑戰者號太空梭爆炸後，羅傑·博伊斯喬利充滿了悲傷。他遭受了嚴重的偏頭痛、抑鬱和失眠。災難發生三週後，博伊斯喬利接受了 NPR 記者丹尼爾·茲韋德林的秘密採訪，該採訪描述了莫頓·蒂奧科爾和 NASA 的決策過程，導致了災難。直到博伊斯喬利去世後才透露他是採訪物件。在這次採訪中，博伊斯喬利被引述說：“我拼了命阻止這次發射。我內心如此痛苦，現在我幾乎無法談論它。” ^[20] 1987 年，博伊斯喬利起訴莫頓·蒂奧科爾，指控其欺詐、疏忽、過失殺人、敲詐勒索、誹謗性言論以及對總統調查委員會和國會的虛假證詞。博伊斯喬利還起訴了 NASA。這兩起訴訟均未成功。^[21] 在 20 世紀 90 年代初，在心理治療師的敦促下，博伊斯喬利開始前往世界各地的工程學院，講述他的經歷、道德決策以及信任資料的重要性。當他對妻子羅伯塔說時，他說：“這就是我註定要做的事情，對年輕人的生活產生影響。” 直到 2012 年去世，他一直回覆大學生們發來的信件和電子郵件。