专业精神/罗杰·博伊斯乔利、莫顿·西奥科尔和美国宇航局

挑战者号爆炸

1986年1月28日，美国东部时间上午11:38，航天飞机挑战者号在佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射升空。然而，它在发射后73秒解体，导致其七名机组人员丧生。七名机组人员中只有五人是美国宇航局宇航员，另外两人是担任有效载荷专家的平民。宇航员包括指挥官弗朗西斯·R·斯科比、飞行员迈克尔·J·史密斯以及任务专家朱迪思·A·雷斯尼克、罗纳德·E·麦克奈尔和埃里森·S·奥尼祖卡。这两名平民是格雷戈里·B·贾维斯和莎伦·克里斯塔·麦克奥利夫。

许多人通过直播观看了发射，因为机组人员克里斯塔·麦克奥利夫是太空教师计划的第一位成员，也是（计划中）首位进入太空的女教师。挑战者号灾难发生后，美国政府成立了一个名为罗杰斯委员会的调查小组，以调查灾难的原因。灾难部分是由于助推器设计缺陷，部分是由于沟通和管理失误造成的。挑战者号灾难至今仍被用作工程安全和职场伦理的案例研究。

时间表

1972年8月 - 美国宇航局承包商莫顿·西奥科尔获得建造航天飞机固体火箭助推器的合同，价值7.1亿美元。

1976 - 美国宇航局接受了莫顿·西奥科尔的助推器设计。助推火箭将在美国宇航局的马歇尔太空飞行中心开发，该中心是一个火箭和航天器推进研究中心。

1977 - 莫顿·西奥科尔发现了一个接头偏转问题。

1981年10月23日 - 挑战者号结构测试文章（STA-099）重建完成，成为挑战者号轨道飞行器（OV-099）。

1981年11月 - 莫顿·西奥科尔在第二次航天飞机飞行（STS-2）后发现 O 型环侵蚀。

1983年4月4日 - 在航天飞机挑战者号的处女航中，它部署了一颗美国宇航局通讯卫星（STS-6）。

1985年1月24日 - 航天飞机发现号（OV-103）的固体火箭助推器（设计类似于挑战者号）发生了主要 O 型环穿透和次要 O 型环严重烧焦（在罗杰斯委员会调查中发现，STS-51-C）。

1985年1月 - 罗杰·博伊斯乔利是西奥科尔公司固体火箭助推器项目的一名工程师，他意识到在一次航天飞机飞行（STS-51-C）中场连接几乎完全失效后，开始担心 O 型环侵蚀问题。

1985年4月29日 - 挑战者号的第七次发射（STS-51-B）出现了与 STS-51-C 相似的 O 型环问题（由罗杰斯委员会发现）。

1985年7月31日 - 罗杰·博伊斯乔利向罗伯特·伦德发送备忘录和建议，建议推迟发射。

1985年7月 - 西奥科尔公司为新的场连接设计订购了新的钢坯。

1985年8月19日 - 美国宇航局一级管理层获悉了助推器问题。

1986年1月27日 - 在一次夜间电话会议上，西奥科尔公司经理和美国宇航局人员讨论了低温对 O 型环的影响。第二天早上预计会出现冰点以下的温度。马歇尔太空飞行中心副主任乔治·哈迪和航天飞机项目经理劳伦斯·穆洛伊认为这个问题不是一个非同寻常的风险，因此决定不推迟发射。

1986年1月28日 - 挑战者号爆炸（STS-51-L）。

1986年6月9日 - 罗杰斯委员会是一个总统调查委员会，它发布了报告，解释了挑战者号的失效模式。该报告敦促美国宇航局改进航天飞机的安全功能，并对任务程序进行组织上的改变。

技术问题

来自罗杰斯委员会第 1 卷第 57 页的场连接图片

固体火箭助推器

玻璃化转变温度

1974年，莫顿·西奥科尔公司获得了美国宇航局价值 7.1 亿美元的合同，负责设计和建造固体火箭助推器 (SRB)。连接到航天飞机轨道器的两台固体火箭助推器提供了将航天飞机送入太空所需的 80% 推力。 通常情况下，发射后大约 2 分钟，固体火箭助推器会分离并通过降落伞返回地面，以便在后续任务中重复使用。 成本是美国宇航局选拔委员会的主要考虑因素，西奥科尔公司在成本方面的优势超过了其他技术上的反对意见，最终获得了约 8 亿美元的成本加奖金合同。。

挑战者号SRB 的问题始于外壳连接处的设计，被称为“场连接”。场连接的原始设计基于土星火箭，并采用了榫槽、177 个销、一个面密封 O 型环和一个孔密封 O 型环。每个发动机外壳由大约 0.5 英寸厚的 11 个独立的无焊缝高强度钢段组成。 莫顿·西奥科尔公司的静态推力测试约束要求助推器水平组装，而这种方式从未在大型助推器上使用过。莫顿·西奥科尔公司工程师霍华德·麦克因托什评论道：“我们非常担心必须进行的水平组装来进行静态测试。泰坦号一直都是垂直组装的，因此据我们所知，从未有过任何大型火箭发动机是水平组装的”。为了实现这一点，助推器接头进行了重新设计。新的设计用一个额外的孔密封代替了面密封，并在 O 型环周围添加了锌油灰，以防止 O 型环热降解。

1977 年，进行了一次水压爆破试验，以测试火箭外壳的强度。为了模拟燃烧气体产生的压力，外壳被注满水，然后加压至约 1500 PSI。 该试验表明，接合舌和吊耳是向外弯曲而不是向内弯曲。这导致点火时 O 形圈压力损失，并导致密封不良，这种现象被称为“接合旋转”。 莫顿·索尔公司结构主管阿诺德·汤普森评论道：“我们发现，接合处是在打开而不是像我们最初分析的那样闭合，实际上开合量相当大。我认为达到 52 毫英寸。” 马歇尔太空飞行中心工程师致函项目经理，然而，经理和副主任乔治·哈迪没有将这些备忘录转发给索尔公司的高级决策委员会，接合处设计得到了确认。 到 1985 年，马歇尔和索尔都意识到固体火箭助推器设计存在严重问题，他们开始着手重新设计接合处，在舌周围增加 3 英寸钢以抓住内侧，防止旋转。然而，美国宇航局的高级管理层没有要求停止航天飞机飞行，并将这些问题视为可接受的飞行风险。

O 形圈和低温

发射台发射日

每个接合处都由一对 O 形圈密封，这些 O 形圈由锌油灰保护。根据设计，助推器内部的压力会作用在锌油灰上，锌油灰会将压力传递到接合处的空气中，迫使 O 形圈进入其座位，形成气密的密封。1981 年 11 月，在第二次航天飞机发射后，杰克·布坎南发现主 O 形圈略微腐蚀。索尔公司进行了调查，发现接合处的向外弯曲延迟了 O 形圈的定位。这会导致泄漏，因为热排气会穿过锌油灰，烧毁 O 形圈。. 当时无法确定泄漏的原因，但工程师们认为，即使 O 形圈在高于发射压力的条件下被严重腐蚀，也能密封，因此将其视为可接受的飞行风险。. 1985 年，工程师们开始怀疑损坏 O 形圈的泄漏与环境温度有关，并开始重新设计接合处。

1985 年 4 月 29 日，挑战者号执行 STS-51-B 任务发射，发射时的温度是他们发射史上最低的，其次是 STS-51-L 任务发射时的爆炸日。发射导致前两个 O 形圈密封完全烧毁，第三个密封也几乎被烧毁。莫顿·索尔公司工程师意识到固体火箭助推器存在问题，沉痛地告知机组成员唐·林德，他“距离死亡只有 0.3 秒”。

发射前夜，预计环境温度将低于冰点。发射前夜，发射台上积满了冰，这引起了人们的担忧，担心冰会在大气层升空时损坏航天飞机。然而，由于索尔公司和美国宇航局都没有对 O 形圈密封接合处或锌油灰的耐用性进行足够的低温测试，因此在他们进行最后检查后，他们发射了挑战者号，因为冰似乎正在融化。 O 形圈材料的低温测试不足，无法显示它们在寒冷环境中的功能丧失，导致发射日发生故障。到目前为止，还没有航天飞机在低于 53 华氏度的温度下发射。

聚合物的玻璃化转变温度是材料的模量发生突然变化的温度。正如罗杰斯委员会所述，接合处使用的 O 形圈在 75 度时的弹性是 30 度华氏度时的五倍。杜邦维顿是 SBM O 形圈使用的材料。维顿的规格是在 -25 摄氏度下暴露 3 分钟后仍保持不脆性。 航天飞行副助理管理员迈克尔·威克斯作证说：“直到 51-L 灾难之后，我才真正看到了显示维顿（我们一直使用的 O 形圈材料）在极低温度下恢复速度非常慢的弹性数据。” 最重要的是，这些技术和安全问题已经被识别或至少被预测到，但美国宇航局没有接受一些工程师关于设计不可接受的判断。索尔公司表示：“这种状况并不理想，但可以接受。”

缺乏适当的沟通

航天飞机飞行准备审查过程的描述

1986 年摧毁了挑战者号航天飞机并造成七名宇航员遇难的爆炸震惊了全国，但对一名火箭工程师来说，这场悲剧成为了他个人的负担，并促使他终生致力于挑战导致这场悲剧的官僚主义道德。罗杰·博伊斯乔利 (1938-2012) 是莫顿·索尔公司的一名应用力学工程师，早在 1985 年就警告说，助推器中的接合处在寒冷天气中可能会失效，导致外壳灾难性失效。博伊斯乔利还注意到 O 形圈发生了腐蚀。然而，美国宇航局和索尔公司认为，由于 O 形圈没有完全腐蚀，所以风险很小。1985 年夏天，即挑战者号致命发射前的六个月，罗杰·博伊斯乔利给索尔公司工程副总裁发了一份备忘录。在备忘录中，他敦促立即采取行动纠正 O 形圈问题。备忘录开头写道：“写这封信是为了确保管理层充分了解目前 SRM 接合处 O 形圈腐蚀问题的严重性。” 备忘录后来指出：“如果在接合处出现同样的情况（而且可能会出现），那么接合处成功还是失败就完全取决于运气了……结果将是造成人员伤亡的灾难性事故。”

尽管他付出了努力，但即使在广泛的航天飞机飞行准备审查中，也没有任何关于 O 形圈问题的提及。这个过程从 IV 级开始，承包商书面保证他们负责的部件已准备好。然后，III 级美国宇航局项目经理验证发射元件的准备情况。接下来，II 级约翰逊项目经理认证相关元件的完成、测试和检查。这个过程最终以一级飞行准备审查结束，该审查在发射前两周举行。会议由美国宇航局航天飞行副署长主持，美国宇航局首席工程师、项目经理、约翰逊、马歇尔和肯尼迪中心主任和项目经理以及高级承包商代表出席。挑战者号飞行遵循了此程序，但未能解决莫顿·索尔公司工程师关于寒冷天气对 O 形圈的影响的异议，以及索尔公司和马歇尔公司工程师关于先前飞行中 O 形圈腐蚀的担忧。固体火箭助推器接合处的 O 形圈问题甚至没有在由约瑟夫·基尔明斯特代表索尔公司签署的飞行准备认证中提及。

最后一次沟通失误发生在 1986 年 1 月 27 日，即发射前夜。索尔公司工程师（包括罗杰·博伊斯乔利）、索尔公司高级项目管理人员和美国宇航局管理层之间进行了一系列电话会议，讨论寒冷天气对 O 形圈的影响。在这次电话会议中，索尔公司工程师建议推迟发射，并将 O 形圈问题告知约翰逊公司（II 级）的项目经理奥尔德里奇。索尔公司建议只在他们测试过 O 形圈的数据集中发射：53 度或更热。 美国宇航局管理层对这一建议并不满意。马歇尔太空飞行中心副主任乔治·哈迪回应道：“我对你提出的建议感到震惊。” 同样，航天飞机项目经理劳伦斯·穆洛伊反驳道：“天哪，索尔公司。你想让我们什么时候发射——明年四月？” 美国宇航局要求索尔公司重新考虑他们不发射的建议。这导致发射模式发生了明显转变；不再需要证明发射安全才能进行，而是美国宇航局管理人员希望在同意推迟发射之前得到证据证明发射不安全。这回避了工程师基于缺乏充分数据来证明发射安全的担忧。索尔公司运营高级副总裁杰拉尔德·梅森要求管理层做出决定，他告诉工程经理鲍勃·伦德“摘掉你的工程师帽子，戴上你的管理帽子”。 这导致管理层决定批准飞行，尽管工程师们建议不要飞行，并且博伊斯乔利等人强烈反对。美国宇航局高层管理人员从未被告知潜在的危险，挑战者号被发射。

在罗杰斯委员会调查期间，理查德·费曼要求管理层提供计算出的失效率。他们宣布失效率为十万分之一。然而，这些经理手下的工程师估计失效率在五十分之一到五百分之一之间。由于管理层始终提供的概率比其工程师提供的概率低数千倍，因此费曼得出结论，管理层一直“表现出几乎不可思议的内部沟通和与其工作工程师之间的沟通缺乏”。

罗杰斯委员会和国会听证会

罗杰斯委员会成员抵达肯尼迪航天中心

罗杰斯委员会发现，挑战者号航天飞机失事是由右侧固体助推器两个下部段之间的接头故障造成的。“具体故障是密封失效，这些密封旨在防止火箭发动机推进剂燃烧过程中热气体从接头处泄漏。”对制造、组装和质量控制不合格报告进行了审查，没有发现任何运往发射场的飞行硬件超出设计规范范围的证据。发现 O 型圈的弹性与温度直接相关，在 75 华氏度压缩的 O 型圈比在 30 华氏度的 O 型圈响应速度快五倍。委员会指出，发射时的环境温度为 36 华氏度，比任何其他发射都低 15 华氏度。接头最冷点的局部温度估计为 28 +/- 5 华氏度。

1986 年 10 月，科学与技术委员会开始对挑战者号航天飞机失事原因进行调查。调查包括十次听证会和对罗杰斯委员会报告的全面审查。调查的主要目标是确定事故原因、未来风险以及为使航天飞机恢复飞行状态必须采取的措施。这次国会听证会确定了 NASA 的其他几个高风险管理问题，包括沟通过载以及对成本和时间限制的过度重视。

后果和伦理教训

NASA 的组织文化和决策流程是危及该项目及其安全的主要因素。罗杰 Boisjoly 试图推迟发射的努力因项目内部各层级之间沟通不畅、强大的发射驱动以及风险容忍度提高而徒劳无功。因此，尽管 NASA 管理人员自 1978 年以来就知道承包商莫顿·西奥科尔设计的 SRB 在 O 型圈方面存在问题，但他们未能妥善解决这些问题，挑战者号爆炸，造成七名机组人员全部遇难。

权力不对称

NASA 和莫顿·西奥科尔的相对规模给西奥科尔带来了压力，使其优先考虑 NASA 的目标。固体助推器合同占西奥科尔 20 亿美元年收入的 4 亿美元。失去这份合同将对该公司造成重大的财务打击。尽管西奥科尔不是最低报价者，但在 Aerojet 报价 6.55 亿美元的情况下，西奥科尔最初的报价为 7.1 亿美元，但仍然获得了最初的合同。 因此，西奥科尔可能感到有义务不反对 NASA 的决定，以期在未来得到 NASA 的优惠待遇。西奥科尔可能获得了这份合同，这得益于当时的 NASA 管理员詹姆斯·弗莱彻博士的影响力。他曾担任犹他大学的校长，并在西奥科尔所在的犹他州拥有多家公司。将合同授予西奥科尔是投资他的家乡地区的一种方式。由于可能是通过偏袒而不是通过优异的成绩获得合同，这无疑为西奥科尔创造了额外的动机，使其将 NASA 视为客户而不是客户，以期赢得未来的合同。

发射热

NASA 面临着几项外部压力，这些压力促使人们优先考虑快速发射而不是安全，这些压力统称为“发射热”。里根总统计划在发射当天发表国情咨文，并计划使用挑战者号机组中的一名高中教师克里斯塔·麦考利夫作为谈话要点，以强调他对教育的推广。哈雷彗星每 75 年经过地球一次，将在当年晚些时候出现，NASA 将发射仪器，使用挑战者号观测彗星。媒体越来越多地将 NASA 描绘成一个低效的组织，无法按时完成任务，这使得国会不愿将公共资金预算给 NASA。事实上，国会最近削减了 NASA 的预算。然而，NASA 可以通过在 1991 年之前每年发射 24 次航班来收回资金。 这极大地激励了 NASA 优先考虑快速发射而不是安全发射。

NASA 机构变革

挑战者号灾难发生后，NASA 成立了安全、可靠性和质量保证办公室。该办公室由 NASA 副局长领导，直接向 NASA 最高负责人汇报。罗杰斯委员会报告特别指出 NASA 的“发射热”是挑战者号失事的一个促成因素。报告发布后，NASA 承诺降低发射率，但许多美国公众对此持怀疑态度，并且有充分的理由。NASA 的航天飞机计划于 1981 年开始发射。在最初的五年中，该计划平均每年发射 4.6 次。挑战者号失事后，1986 年剩余时间和 1987 年没有发射。发射在 1988 年恢复，在 1988 年至 1992 年的五年中，该计划平均每年发射 5.4 次。

偏差的规范化

社会学家黛安·沃恩提出了偏差的规范化理论。沃恩将偏差的规范化定义为“组织内部的人员如此习惯于一种偏差行为，以至于他们不再将这种行为视为偏差，尽管他们远远超出了自己对基本安全的规定”。。西奥科尔和 NASA 之间存在着一些渐进的偏差。第一个是场接头和泄漏的弯曲问题。当西奥科尔设计场接头时，他们注意到接头弯曲了，但他们没有改变设计以加强壁，而是添加了两个 O 型圈。O 型圈被认为是 1 级关键部件，这意味着如果部件失效，将导致航天飞机灾难性失效。1 级关键部件不能由另一个 1 级关键部件备份。NASA 不应该允许 1 级关键的主要 O 型圈由另一个 1 级关键部件支持，即次要 O 型圈。 1978 年和 1979 年，约翰·Q·米勒和马歇尔的其他工程师向他们的主管格伦·尤迪（1978 年）和乔治·哈迪（1979 年）发送了备忘录，告诉他们场接头不安全，O 型圈没有正确安装，次要 O 型圈密封并不总是保证按合同规定的那样工作。 在测试期间，NASA 工程师甚至向他们在马歇尔航天中心的经理乔治·哈迪发送了备忘录，但哈迪没有将他们的担忧传达给西奥科尔。

进一步的偏差出现在 STS-2 任务中，这是第二次载人航天飞机飞行，观察到主 O 形环出现了一些磨损。无论是 Thiokol 还是 NASA 都没有重新评估设计。相反，Thiokol 创建了一种新的填料来帮助防止 O 形环磨损。工程师测试了接头在不同磨损程度下的极限，并且由于它在磨损时仍然有效，因此确定这是一个可接受的飞行风险。^[8] O 形环没有被更换。1984 年 3 月，在航天飞机 STS 41-B 飞行中，磨损变得更加普遍，因此 Thiokol 向马歇尔航天中心 的劳伦斯·穆洛伊提交了关于磨损的报告，以供 STS 41-C 的三级飞行准备审查。^[5] 穆洛伊将此信息作为技术问题转交一级飞行准备审查，作为回应，穆洛伊将对每个案例的每个接头的密封进行更彻底的审查。穆洛伊要求 Thiokol 找出 O 形环密封的极限以及随之而来的飞行风险。^[5] 1985 年 4 月的 STS 51-B 飞行出现了最严重的旁路，导致副 O 形环磨损。NASA 实施了强制性的发射前 O 形环审查。^[5] 然而，穆洛伊先生和劳伦斯先生在 1985 年 7 月 10 日之后，直到包括挑战者号在内的每次飞行中都放弃了这一限制。^[5] 这些偏差是通过一种文化来证明的，这种文化鼓励避免延误和成本增加，而不是解决技术和安全问题。偏差的正常化一直持续到 NASA 对 Thiokol 施加压力，经理们对工程师施加压力，以维护发射时间表，尽管寒冷天气存在明显的危险。

解决方案

灾难发生后，NASA 宣布了 NASA 安全报告系统 (NSRS)。NSRS 自此支持所有飞行，并已扩展到涵盖所有 NASA 运营。在这个系统中，NSRS 承包商删除识别信息，只将问题摘要转发给 NASA 总部安全与任务保障办公室，以便立即分析和调查。NSRS 是一个匿名、自愿和响应迅速的报告渠道，用于将有关危害的担忧通知 NASA 的高层管理人员。报告保证会得到及时关注。如果在此次灾难之前存在 NSRS 系统，罗杰·博伊斯乔利就可以匿名报告项目中的问题；从而避免组织对他担忧的阻碍。他作为 NASA 承包商的身份在匿名提交中无关紧要，因此他的担忧会得到高层管理人员的重视，而不是被 NASA 三级经理压制。

赔偿

挑战者号和解协议向弗朗西斯·R·斯科比、埃利森·S·奥尼祖卡、格雷戈里·B·贾维斯和莎朗·克里斯塔·麦考利夫的家人支付了 7,735,000 美元。赔偿金在莫顿·蒂奥科尔和美国政府之间按 40-60 的比例分配。罗纳德·E·麦克奈尔和朱迪思·A·雷斯尼克的家人与莫顿·蒂奥科尔私下和解，金额未公开。迈克尔·J·史密斯的妻子简·史密斯起诉了莫顿·蒂奥科尔和美国政府，而不是接受提供给其他宇航员的和解协议。美国政府律师引用了费雷斯原则，该原则声称军人或其家属不能因在现役期间发生的伤害或死亡而起诉政府。简·J·史密斯的律师辩称，她的丈夫当时没有执行常规军事任务，也没有执行任何军事职责。美国地方法官帕特里夏·福赛特裁定迈克尔·史密斯的死亡是在“与他的军事服役相关的活动期间”发生的，并将美国政府从案件中除名。^[19]

罗杰·博伊斯乔利挑战者号事故后

挑战者号航天飞机爆炸后，罗杰·博伊斯乔利充满了悲伤。他遭受了严重的偏头痛、抑郁和失眠。灾难发生三周后，博伊斯乔利接受了 NPR 记者丹尼尔·兹韦德林的秘密采访，该采访描述了莫顿·蒂奥科尔和 NASA 的决策过程，导致了灾难。直到博伊斯乔利去世后才透露他是采访对象。在这次采访中，博伊斯乔利被引述说：“我拼了命阻止这次发射。我内心如此痛苦，现在我几乎无法谈论它。” ^[20] 1987 年，博伊斯乔利起诉莫顿·蒂奥科尔，指控其欺诈、疏忽、过失杀人、敲诈勒索、诽谤性言论以及对总统调查委员会和国会的虚假证词。博伊斯乔利还起诉了 NASA。这两起诉讼均未成功。^[21] 在 20 世纪 90 年代初，在心理治疗师的敦促下，博伊斯乔利开始前往世界各地的工程学院，讲述他的经历、道德决策以及信任数据的重要性。当他对妻子罗伯塔说时，他说：“这就是我注定要做的事情，对年轻人的生活产生影响。” 直到 2012 年去世，他一直回复大学生们发来的信件和电子邮件。