太空探索与开发：航天飞机的历史与终结

航天飞机，正式叫太空运输系统，是往返于地球表面和近地轨道之间的交通工具。它是一种垂直起飞，太空飞行，水平降落的载人航天器。航天飞机是部分可再用运输系统，包括三个主要部分：一个可再用轨道器，一个一次性外挂油箱和2台部分可再用固体火箭助推器。发射升空时油箱和助推器被抛弃，只有轨道器进入轨道。

轨道器搭载航天员、有效载荷（如卫星和太空站零件）进入近地轨道。轨道器通常搭载5到7位乘员，载荷能力为22，700公斤。当轨道器完成任务后，启动轨道器操作系统，退出轨道，再入大气层。在下降和着陆期间，航天飞机轨道器像滑翔机，进行无动力着陆。

航天飞机设计目标为100次发射或10年使用寿命，要能够容纳商业和军事最大卫星，以及减少太空探险成本。NASA建造了6架飞行航天飞机，它们是“企业”号、“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号。“奋进”号是对“挑战者”号1986年发射爆炸事故的补充。“哥伦比亚”号在2003年再入大气层时解体，但是没有再建新的航天飞机补充。

第一架“企业”号用于大气中飞行试验，不带发动机，没有热保护，不能太空飞行。“企业”号1976年9月17日出厂，然后进行了一系列成功的滑翔和着陆试验。1977年2月“企业”号航天飞机轨道器由波音747飞机驮着进行了机载试验。6月18日，用飞机背上天空，进行首次载人试飞，参加试飞的是航天员海斯和富勒顿。8月12日，圆满完成载人飞行试验。

图7-1　航天飞机运输系统(www.xing528.com)

NASA还生产了主推进器测试体和“开路者”号供测试。“开路者”号航天飞机是一架由钢铁和木材建造的模拟航天飞机，1977年建造于马歇尔航天中心，后来运往肯尼迪航天中心用作地面测试，实际上不具备飞行能力。由于“开路者”号与真正的航天飞机具有相似的重量、形状和尺寸，一些测试可以在其身上进行，而不必使用精密、昂贵的“企业”号航天飞机。退役数年后，一家日本财团对它重新装饰，使其看起来更加像一架真正的航天飞机，并命名为“开路者”号。1983年到1984年间，“开路者”号被展示于东京。之后，“开路者”号运回美国，呈放在美国太空及火箭中心展览。

从1981年航天飞机首次飞行到2011年7月21日完全退休，飞行了30年，共进行了135次飞行任务，发射了大量卫星，行星际探测器和哈勃望远镜；进行轨道科学实验；参加了国际空间站的建设和维修工作。总飞行时间1323天。美国曾经计划从2014年起，用新航天器“猎户座”飞船和“战神”运载火箭替代航天飞机，用于地面和国际空间站的交通工具，由于技术和资金问题，使该计划成了泡影，不得不租用俄罗斯的载人飞船。

虽然世界上有许多国家都陆续进行过航天飞机的开发，但只有美国与苏联实际成功发射并回收过这种交通工具。1988年11月15日莫斯科时间清晨6时整，苏联的“暴风雪”号航天飞机从拜科努尔航天中心首次发射升空，47分钟后进入距地面250公里的圆形轨道。它绕地球飞行两圈，在太空遨游3小时后，按预定计划于9时25分安全返航，在拜科努尔太空中心的跑道上自动降落。

苏联“暴风雪”计划中共有五架航天飞机。“暴风雪”航天飞机和美国的航天飞机看起来外形相似，但有许多重要差别，首先，“暴风雪”号的主发动机不是装在航天飞机尾部，而是装在能源号火箭上，这样就大大减轻了航天飞机的入轨质量，同时腾出位置安装小型机动飞行发动机和减速制动伞。其次，“暴风雪”号着陆时，可用尾部的小型发动机做有动力的机动飞行，安全准确地降落在狭长跑道上，万一着陆姿态不佳，还可以将航天飞机拉起来进行第二次着陆，从而提高了可靠性，而美国航天飞机靠无动力滑翔着陆只能一次成功。第三，“暴风雪”号航天飞机能像普通飞机那样借助副翼、操纵舵和空气制动器来控制大气层内滑行，还备有减速制动伞，在降落滑跑过程中当速度减慢到50公里/小时时自动弹出，使航天飞机在较短距离内停下。

“暴风雪”号首次飞行之后，当时苏联因缺乏资金和政局混乱，计划暂时搁置。苏联解体后，相关的设备由哈萨克斯坦接收。1993年6月30日，时任俄罗斯总统叶利钦正式宣布终止航天飞机计划。终止前，整个“暴风雪”计划已经花费200亿卢布。后来仅有美国的航天飞机投入实际使用。