航天飛機那些事兒

關禮

2014年10月9日，歐洲航天局對其歷史上首架航天飛機進行了最后的地面檢測。接下來，這架航天飛機將被運往法屬圭亞那庫魯航天中心發射升空，進行亞軌道飛行測試。建造這架航天飛機歷時5年，花費1.5億歐元。它由高科技陶瓷和碳素纖維制成，長5米，寬2.2米，外形像一只運動鞋，大小如同一輛中型汽車。按照原定計劃，這架航天飛機本應在2014年11月18日搭乘“織女星”小型運載火箭升空，前往距地面450千米的高度，進行亞軌道飛行。在飛行100分鐘后，航天飛機會以每小時2.8萬千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（截至本文發稿時，未有該架航天飛機升空的消息）。

其實，歐洲航天局很早以前就計劃建造航天飛機。早在2013年，歐洲航天局就有一系列野心勃勃的計劃，其中包括派遣一批宇航員、建造“阿爾伯特·愛因斯坦”無人貨運飛船、打造可重復使用的航天飛機以及參與美國宇航局“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型火箭簽署相關協議和升級合同，并為“獵戶座”宇宙飛船提供服務模塊，該型飛船被美國宇航局寄予厚望，未來將攜帶宇航員執行深空任務。同時據國外媒體報道，歐洲空間局還將自主研發類似美軍X-37B軌道測試飛行器的“迷你航天飛機”。

航天飛機簡介

航天飛機，又稱太空梭，是可重復使用的、往返于太空和地面之間的航天器，它結合了飛機與航天器的性質，既能像火箭一樣垂直起飛，像太空飛船一樣在軌道上運行，又能像飛機一樣水平著陸。航天飛機一般可乘坐7名航天員，其中有3名機組人員，4名科學技術專家。航天飛機在軌道上運行時，可完成釋放衛星、回收及維修衛星、進行各種微重力科學實驗等多種任務。一般來說，航天飛機由軌道器、固體燃料助推火箭和外儲箱三大部分組成。

軌道器即航天飛機本身，它是整個系統的核心部分。軌道器是整個系統中唯一可以載人的、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。它的全長約37米，不帶有效載荷時質量68噸，飛行結束后，攜帶有效載荷著陸的軌道器質量可達87噸。軌道器所經歷的飛行過程及其環境比一般飛機要惡劣得多，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承受高溫的防熱系統。因此，它是整個航天飛機系統中，設計最困難、結構最復雜、遇到的問題最多的部分。軌道器由前、中、尾三段機身組成。前段結構可分為頭錐和乘員艙兩部分，頭錐處于航天飛機的最前端，具有良好的氣動外形和防熱系統，前段的核心部分是處于正常氣壓下的乘員艙。

航天飛機的中段主要是有效載荷艙。這是一個長18米，直徑4.5米，容積300立方米的大型貨艙，一次可攜帶質量達29噸多的有效載荷，艙內可以裝載各種衛星、空間實驗室、大型天文望遠鏡和各種深空探測器等。為了在軌道上施放所攜帶的有效載荷或回收軌道上運行的有效載荷，艙內設有一或兩個自動操作的遙控機械手和電視裝置。機械手是一根很細的長桿，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。航天飛機的后段主要裝有3臺主發動機，尾段還裝有兩臺軌道機動發動機和反作用控制系統。

和宇宙飛船的區別

航天飛機和宇宙飛船都是靠火箭發射上去的。不同的是，航天飛機是能夠重復使用的太空飛行器，它以飛機降落的方式返回，在機場滑行時有減速傘減速;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，接近地面時由噴氣反推減震，例如我國的“神舟”系列飛船。

航天飛機既可以運送宇航員，又可以運送大量貨物。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;而運送空間站組件或太空望遠鏡等大質量有效載荷則需要更多動力和燃料，也意味著成本大增。航天飛機沒有逃逸系統，實行人貨混運，既復雜又昂貴，其安全性和可靠性都遠低于相對簡單的載人飛船。因此隨著美國的“阿特蘭蒂斯”號升空，美國航天飛機項目徹底終結。

缺點的暴露

美國政府在奧巴馬上臺之后，開始將太空探索的目光投向火星，對于服務于近地軌道的航天飛機來說已經沒有用武之地。與此同時，航天飛機投入使用后并未達到預想的目的。因此2010年，由16個國家的科學家參與的國際空間站基本建成時，美國決定放棄航天飛機項目。另外，過高的運營成本和過低的安全系數亦是航天飛機最終退役的主要原因。在歷史上，航天飛機發生過多次事故：2架航天飛機爆炸，14名宇航員喪命。由于重復使用，航天飛機的零部件極易耗損。它的系統遠不止將載人飛船和運載火箭兩者單純相加那么簡單。與火箭、飛船等一次性飛行器不同，航天飛機的火箭發動機需要多次重復使用，這也為其執行任務帶來安全隱患。此外，發射成本極高，飛行一次耗費5億美元，項目費用超過設計預期近百倍也是航天飛機最終被放棄的另一原因。美國歷史上共研制并投入使用5架航天飛機，每架研發費用20億美元，總共發射100多次，每飛行一次費用高達5億美元，返回后還要進行大量費時費力的檢修，這讓美國航天局的財政不堪重負。盡管提出航天飛機的初衷是為了降低整個載人航天研制和發射過程中的花銷，但是在執行這一計劃的過程中卻發現事實并非如此。

航天飛機的優勢

與航天飛機相比，當前的運載火箭雖然可以運送同等甚至更大的衛星或貨物，同時，一些用于執行特殊載人任務的替代航天器也已處于研發階段，但有些航天飛機的優點是運載火箭永遠無法代替的。航天飛機的長度允許它的推進器可以進行十分細微的機動，把飛機準確推動到返回式衛星等小目標和需要維修的軌道儀器附近。此外，一些特殊的勘測任務要求航天飛機在太空中完成雜技般精準的動作，任務需要將攜帶的觀察設備調整到極其精確的位置。比如，雷達地形勘察任務便要求飛機航行位置絕對準確，以保證多次任務的疊加效果等同于多架航天飛機同時編隊的測繪效果，因此觀測過程中必須要用微型推進器對航線擾動進行不斷修正。

此外，航天飛機可搭載6～7人進入軌道，并允許3～4名職業宇航員招待來自于科研領域的“乘客”。并不是所有的科學家都有宇航員一般強健的身體，因此對身體要求較低的航天飛機自然就成了他們的首選。正是基于以上的優點，經濟、科技實力較強的歐洲選擇了航天飛機，并打算以此來實現未來的太空戰略。

【責任編輯】林 ?京