航天飛機(jī)那些事兒

關(guān)禮

2014年10月9日，歐洲航天局對(duì)其歷史上首架航天飛機(jī)進(jìn)行了最后的地面檢測(cè)。接下來(lái)，這架航天飛機(jī)將被運(yùn)往法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射升空，進(jìn)行亞軌道飛行測(cè)試。建造這架航天飛機(jī)歷時(shí)5年，花費(fèi)1.5億歐元。它由高科技陶瓷和碳素纖維制成，長(zhǎng)5米，寬2.2米，外形像一只運(yùn)動(dòng)鞋，大小如同一輛中型汽車。按照原定計(jì)劃，這架航天飛機(jī)本應(yīng)在2014年11月18日搭乘“織女星”小型運(yùn)載火箭升空，前往距地面450千米的高度，進(jìn)行亞軌道飛行。在飛行100分鐘后，航天飛機(jī)會(huì)以每小時(shí)2.8萬(wàn)千米的速度在太平洋上空重返大氣層。它在墜入海中后，將由一艘船只回收（截至本文發(fā)稿時(shí)，未有該架航天飛機(jī)升空的消息）。

其實(shí)，歐洲航天局很早以前就計(jì)劃建造航天飛機(jī)。早在2013年，歐洲航天局就有一系列野心勃勃的計(jì)劃，其中包括派遣一批宇航員、建造“阿爾伯特·愛(ài)因斯坦”無(wú)人貨運(yùn)飛船、打造可重復(fù)使用的航天飛機(jī)以及參與美國(guó)宇航局“獵戶座”多功能宇宙飛船的研制等。2013年的1月和2月，歐洲空間局就“阿麗亞娜”5型和6型火箭簽署相關(guān)協(xié)議和升級(jí)合同，并為“獵戶座”宇宙飛船提供服務(wù)模塊，該型飛船被美國(guó)宇航局寄予厚望，未來(lái)將攜帶宇航員執(zhí)行深空任務(wù)。同時(shí)據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，歐洲空間局還將自主研發(fā)類似美軍X-37B軌道測(cè)試飛行器的“迷你航天飛機(jī)”。

航天飛機(jī)簡(jiǎn)介

航天飛機(jī)，又稱太空梭，是可重復(fù)使用的、往返于太空和地面之間的航天器，它結(jié)合了飛機(jī)與航天器的性質(zhì)，既能像火箭一樣垂直起飛，像太空飛船一樣在軌道上運(yùn)行，又能像飛機(jī)一樣水平著陸。航天飛機(jī)一般可乘坐7名航天員，其中有3名機(jī)組人員，4名科學(xué)技術(shù)專家。航天飛機(jī)在軌道上運(yùn)行時(shí)，可完成釋放衛(wèi)星、回收及維修衛(wèi)星、進(jìn)行各種微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)等多種任務(wù)。一般來(lái)說(shuō)，航天飛機(jī)由軌道器、固體燃料助推火箭和外儲(chǔ)箱三大部分組成。

軌道器即航天飛機(jī)本身，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。軌道器是整個(gè)系統(tǒng)中唯一可以載人的、真正在地球軌道上飛行的部件，它很像一架大型的三角翼飛機(jī)。它的全長(zhǎng)約37米，不帶有效載荷時(shí)質(zhì)量68噸，飛行結(jié)束后，攜帶有效載荷著陸的軌道器質(zhì)量可達(dá)87噸。軌道器所經(jīng)歷的飛行過(guò)程及其環(huán)境比一般飛機(jī)要惡劣得多，它既要有適于在大氣層中做高超音速、超音速、亞音速和水平著陸的外形，又要有返回大氣層時(shí)承受高溫的防熱系統(tǒng)。因此，它是整個(gè)航天飛機(jī)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)最困難、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、遇到的問(wèn)題最多的部分。軌道器由前、中、尾三段機(jī)身組成。前段結(jié)構(gòu)可分為頭錐和乘員艙兩部分，頭錐處于航天飛機(jī)的最前端，具有良好的氣動(dòng)外形和防熱系統(tǒng)，前段的核心部分是處于正常氣壓下的乘員艙。

航天飛機(jī)的中段主要是有效載荷艙。這是一個(gè)長(zhǎng)18米，直徑4.5米，容積300立方米的大型貨艙，一次可攜帶質(zhì)量達(dá)29噸多的有效載荷，艙內(nèi)可以裝載各種衛(wèi)星、空間實(shí)驗(yàn)室、大型天文望遠(yuǎn)鏡和各種深空探測(cè)器等。為了在軌道上施放所攜帶的有效載荷或回收軌道上運(yùn)行的有效載荷，艙內(nèi)設(shè)有一或兩個(gè)自動(dòng)操作的遙控機(jī)械手和電視裝置。機(jī)械手是一根很細(xì)的長(zhǎng)桿，在地面上它幾乎不能承受自身的重量，但是在失重條件下的宇宙空間，卻可以迅速而靈活地裝卸10噸重的有效載荷。航天飛機(jī)的后段主要裝有3臺(tái)主發(fā)動(dòng)機(jī)，尾段還裝有兩臺(tái)軌道機(jī)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和反作用控制系統(tǒng)。

和宇宙飛船的區(qū)別

航天飛機(jī)和宇宙飛船都是靠火箭發(fā)射上去的。不同的是，航天飛機(jī)是能夠重復(fù)使用的太空飛行器，它以飛機(jī)降落的方式返回，在機(jī)場(chǎng)滑行時(shí)有減速傘減速;宇宙飛船只能使用一次，垂直降落返回，在大氣層由降落傘減速，接近地面時(shí)由噴氣反推減震，例如我國(guó)的“神舟”系列飛船。

航天飛機(jī)既可以運(yùn)送宇航員，又可以運(yùn)送大量貨物。然而，這種多功能性也意味著高成本——為保證宇航員的安全要付出巨大的成本;而運(yùn)送空間站組件或太空望遠(yuǎn)鏡等大質(zhì)量有效載荷則需要更多動(dòng)力和燃料，也意味著成本大增。航天飛機(jī)沒(méi)有逃逸系統(tǒng)，實(shí)行人貨混運(yùn)，既復(fù)雜又昂貴，其安全性和可靠性都遠(yuǎn)低于相對(duì)簡(jiǎn)單的載人飛船。因此隨著美國(guó)的“阿特蘭蒂斯”號(hào)升空，美國(guó)航天飛機(jī)項(xiàng)目徹底終結(jié)。

缺點(diǎn)的暴露

美國(guó)政府在奧巴馬上臺(tái)之后，開(kāi)始將太空探索的目光投向火星，對(duì)于服務(wù)于近地軌道的航天飛機(jī)來(lái)說(shuō)已經(jīng)沒(méi)有用武之地。與此同時(shí)，航天飛機(jī)投入使用后并未達(dá)到預(yù)想的目的。因此2010年，由16個(gè)國(guó)家的科學(xué)家參與的國(guó)際空間站基本建成時(shí)，美國(guó)決定放棄航天飛機(jī)項(xiàng)目。另外，過(guò)高的運(yùn)營(yíng)成本和過(guò)低的安全系數(shù)亦是航天飛機(jī)最終退役的主要原因。在歷史上，航天飛機(jī)發(fā)生過(guò)多次事故：2架航天飛機(jī)爆炸，14名宇航員喪命。由于重復(fù)使用，航天飛機(jī)的零部件極易耗損。它的系統(tǒng)遠(yuǎn)不止將載人飛船和運(yùn)載火箭兩者單純相加那么簡(jiǎn)單。與火箭、飛船等一次性飛行器不同，航天飛機(jī)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)需要多次重復(fù)使用，這也為其執(zhí)行任務(wù)帶來(lái)安全隱患。此外，發(fā)射成本極高，飛行一次耗費(fèi)5億美元，項(xiàng)目費(fèi)用超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)期近百倍也是航天飛機(jī)最終被放棄的另一原因。美國(guó)歷史上共研制并投入使用5架航天飛機(jī)，每架研發(fā)費(fèi)用20億美元，總共發(fā)射100多次，每飛行一次費(fèi)用高達(dá)5億美元，返回后還要進(jìn)行大量費(fèi)時(shí)費(fèi)力的檢修，這讓美國(guó)航天局的財(cái)政不堪重負(fù)。盡管提出航天飛機(jī)的初衷是為了降低整個(gè)載人航天研制和發(fā)射過(guò)程中的花銷，但是在執(zhí)行這一計(jì)劃的過(guò)程中卻發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此。

航天飛機(jī)的優(yōu)勢(shì)

與航天飛機(jī)相比，當(dāng)前的運(yùn)載火箭雖然可以運(yùn)送同等甚至更大的衛(wèi)星或貨物，同時(shí)，一些用于執(zhí)行特殊載人任務(wù)的替代航天器也已處于研發(fā)階段，但有些航天飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)載火箭永遠(yuǎn)無(wú)法代替的。航天飛機(jī)的長(zhǎng)度允許它的推進(jìn)器可以進(jìn)行十分細(xì)微的機(jī)動(dòng)，把飛機(jī)準(zhǔn)確推動(dòng)到返回式衛(wèi)星等小目標(biāo)和需要維修的軌道儀器附近。此外，一些特殊的勘測(cè)任務(wù)要求航天飛機(jī)在太空中完成雜技般精準(zhǔn)的動(dòng)作，任務(wù)需要將攜帶的觀察設(shè)備調(diào)整到極其精確的位置。比如，雷達(dá)地形勘察任務(wù)便要求飛機(jī)航行位置絕對(duì)準(zhǔn)確，以保證多次任務(wù)的疊加效果等同于多架航天飛機(jī)同時(shí)編隊(duì)的測(cè)繪效果，因此觀測(cè)過(guò)程中必須要用微型推進(jìn)器對(duì)航線擾動(dòng)進(jìn)行不斷修正。

此外，航天飛機(jī)可搭載6～7人進(jìn)入軌道，并允許3～4名職業(yè)宇航員招待來(lái)自于科研領(lǐng)域的“乘客”。并不是所有的科學(xué)家都有宇航員一般強(qiáng)健的身體，因此對(duì)身體要求較低的航天飛機(jī)自然就成了他們的首選。正是基于以上的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)、科技實(shí)力較強(qiáng)的歐洲選擇了航天飛機(jī)，并打算以此來(lái)實(shí)現(xiàn)未來(lái)的太空戰(zhàn)略。

【責(zé)任編輯】林 ?京