航天飞机那些事儿

关礼

2014年10月9日，欧洲航天局对其历史上首架航天飞机进行了最后的地面检测。接下来，这架航天飞机将被运往法属圭亚那库鲁航天中心发射升空，进行亚轨道飞行测试。建造这架航天飞机历时5年，花费1.5亿欧元。它由高科技陶瓷和碳素纤维制成，长5米，宽2.2米，外形像一只运动鞋，大小如同一辆中型汽车。按照原定计划，这架航天飞机本应在2014年11月18日搭乘“织女星”小型运载火箭升空，前往距地面450千米的高度，进行亚轨道飞行。在飞行100分钟后，航天飞机会以每小时2.8万千米的速度在太平洋上空重返大气层。它在坠入海中后，将由一艘船只回收（截至本文发稿时，未有该架航天飞机升空的消息）。

其实，欧洲航天局很早以前就计划建造航天飞机。早在2013年，欧洲航天局就有一系列野心勃勃的计划，其中包括派遣一批宇航员、建造“阿尔伯特·爱因斯坦”无人货运飞船、打造可重复使用的航天飞机以及参与美国宇航局“猎户座”多功能宇宙飞船的研制等。2013年的1月和2月，欧洲空间局就“阿丽亚娜”5型和6型火箭签署相关协议和升级合同，并为“猎户座”宇宙飞船提供服务模块，该型飞船被美国宇航局寄予厚望，未来将携带宇航员执行深空任务。同时据国外媒体报道，欧洲空间局还将自主研发类似美军X-37B轨道测试飞行器的“迷你航天飞机”。

航天飞机简介

航天飞机，又称太空梭，是可重复使用的、往返于太空和地面之间的航天器，它结合了飞机与航天器的性质，既能像火箭一样垂直起飞，像太空飞船一样在轨道上运行，又能像飞机一样水平着陆。航天飞机一般可乘坐7名航天员，其中有3名机组人员，4名科学技术专家。航天飞机在轨道上运行时，可完成释放卫星、回收及维修卫星、进行各种微重力科学实验等多种任务。一般来说，航天飞机由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。

轨道器即航天飞机本身，它是整个系统的核心部分。轨道器是整个系统中唯一可以载人的、真正在地球轨道上飞行的部件，它很像一架大型的三角翼飞机。它的全长约37米，不带有效载荷时质量68吨，飞行结束后，携带有效载荷着陆的轨道器质量可达87吨。轨道器所经历的飞行过程及其环境比一般飞机要恶劣得多，它既要有适于在大气层中做高超音速、超音速、亚音速和水平着陆的外形，又要有返回大气层时承受高温的防热系统。因此，它是整个航天飞机系统中，设计最困难、结构最复杂、遇到的问题最多的部分。轨道器由前、中、尾三段机身组成。前段结构可分为头锥和乘员舱两部分，头锥处于航天飞机的最前端，具有良好的气动外形和防热系统，前段的核心部分是处于正常气压下的乘员舱。

航天飞机的中段主要是有效载荷舱。这是一个长18米，直径4.5米，容积300立方米的大型货舱，一次可携带质量达29吨多的有效载荷，舱内可以装载各种卫星、空间实验室、大型天文望远镜和各种深空探测器等。为了在轨道上施放所携带的有效载荷或回收轨道上运行的有效载荷，舱内设有一或两个自动操作的遥控机械手和电视装置。机械手是一根很细的长杆，在地面上它几乎不能承受自身的重量，但是在失重条件下的宇宙空间，却可以迅速而灵活地装卸10吨重的有效载荷。航天飞机的后段主要装有3台主发动机，尾段还装有两台轨道机动发动机和反作用控制系统。

和宇宙飞船的区别

航天飞机和宇宙飞船都是靠火箭发射上去的。不同的是，航天飞机是能够重复使用的太空飞行器，它以飞机降落的方式返回，在机场滑行时有减速伞减速;宇宙飞船只能使用一次，垂直降落返回，在大气层由降落伞减速，接近地面时由喷气反推减震，例如我国的“神舟”系列飞船。

航天飞机既可以运送宇航员，又可以运送大量货物。然而，这种多功能性也意味着高成本——为保证宇航员的安全要付出巨大的成本;而运送空间站组件或太空望远镜等大质量有效载荷则需要更多动力和燃料，也意味着成本大增。航天飞机没有逃逸系统，实行人货混运，既复杂又昂贵，其安全性和可靠性都远低于相对简单的载人飞船。因此随着美国的“阿特兰蒂斯”号升空，美国航天飞机项目彻底终结。

缺点的暴露

美国政府在奥巴马上台之后，开始将太空探索的目光投向火星，对于服务于近地轨道的航天飞机来说已经没有用武之地。与此同时，航天飞机投入使用后并未达到预想的目的。因此2010年，由16个国家的科学家参与的国际空间站基本建成时，美国决定放弃航天飞机项目。另外，过高的运营成本和过低的安全系数亦是航天飞机最终退役的主要原因。在历史上，航天飞机发生过多次事故：2架航天飞机爆炸，14名宇航员丧命。由于重复使用，航天飞机的零部件极易耗损。它的系统远不止将载人飞船和运载火箭两者单纯相加那么简单。与火箭、飞船等一次性飞行器不同，航天飞机的火箭发动机需要多次重复使用，这也为其执行任务带来安全隐患。此外，发射成本极高，飞行一次耗费5亿美元，项目费用超过设计预期近百倍也是航天飞机最终被放弃的另一原因。美国历史上共研制并投入使用5架航天飞机，每架研发费用20亿美元，总共发射100多次，每飞行一次费用高达5亿美元，返回后还要进行大量费时费力的检修，这让美国航天局的财政不堪重负。尽管提出航天飞机的初衷是为了降低整个载人航天研制和发射过程中的花销，但是在执行这一计划的过程中却发现事实并非如此。

航天飞机的优势

与航天飞机相比，当前的运载火箭虽然可以运送同等甚至更大的卫星或货物，同时，一些用于执行特殊载人任务的替代航天器也已处于研发阶段，但有些航天飞机的优点是运载火箭永远无法代替的。航天飞机的长度允许它的推进器可以进行十分细微的机动，把飞机准确推动到返回式卫星等小目标和需要维修的轨道仪器附近。此外，一些特殊的勘测任务要求航天飞机在太空中完成杂技般精准的动作，任务需要将携带的观察设备调整到极其精确的位置。比如，雷达地形勘察任务便要求飞机航行位置绝对准确，以保证多次任务的叠加效果等同于多架航天飞机同时编队的测绘效果，因此观测过程中必须要用微型推进器对航线扰动进行不断修正。

此外，航天飞机可搭载6～7人进入轨道，并允许3～4名职业宇航员招待来自于科研领域的“乘客”。并不是所有的科学家都有宇航员一般强健的身体，因此对身体要求较低的航天飞机自然就成了他们的首选。正是基于以上的优点，经济、科技实力较强的欧洲选择了航天飞机，并打算以此来实现未来的太空战略。

【责任编辑】林  京