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什么是航天飛機　　通過報紙或電視我們經常可以看到航天飛機，在技術上這個詞實際指的是一個航天交通系統(Space Transportation System，STS)，它包括三個部分：軌道器(Orbiter)、外貯箱(External Tank)和固體火箭助推器(Solid Rocket Boosters)。　　軌道器是航天飛機系統中最主要的部分，也是惟一進入軌道飛行的部分。其形狀與飛機非常相似，大小與一般的中型商業客機差不多。整個軌道器可以分為前、中、后三段。前段主要是航天員工作生活的機組座艙，中段是有效載荷艙，后段是航天飛機和軌道艙的動力系統。　　機組座艙同載人飛船的返回艙、軌道艙一樣，提供了航天員在整個飛行期間的生存環境和活動空間。座艙的空間比載人飛船的空間要大，但是一般情況下，座艙內要有7名航天員，如果有緊急情況，乘員還要增加到10名，這樣空間似乎還是顯得有些狹小。　　機組座艙分為兩層，頂層為飛行艙。里面裝有上升、著陸及在軌期間駕駛軌道器所需的各種控制器。飛行艙的前部非常像客機的駕駛艙，透過窗口航天員可以看到外面的景象。飛行艙的后墻有兩個觀察窗，透過這兩個窗口，航天員可以直接觀察有效載荷艙，在太空中他們操縱后墻上的各種儀器來控制有效載荷艙內的系統。飛行艙后部的天花板上同樣有兩個觀察窗，給航天員提供了更為廣闊的視野。　　在飛行艙的下面是航天員的生活間，被稱為中艙。中艙實際上是航天員的生活間，所有的食品和生活用品都儲存在這里。中艙內和飛行艙間有兩個通行艙口可以使航天員在兩艙之間自由通行。中艙一側的機組通行艙門是航天員在地面上進出軌道艙的惟一通道。在中艙的后面有一氣閘艙，是航天員在太空中進入太空，或進入未加壓有效載荷艙的通道。　　有效載荷艙占據了整個軌道器的大部分，艙內裝的是由軌道器送入太空的衛星，或者是為航天員提供科學試驗空間的小型實驗室。它有兩扇從中間對開的艙門。艙門分為內外兩層，外層是防熱層，內層是輻射冷卻器。在軌道器上升和返回時艙門處于關閉狀態，以保護放在載荷艙內的貨物。而在軌期間艙門則一直開著，這樣可以起到散熱的作用。　　軌道器后段的動力系統包括有3臺主發動機，航天飛機發射時，這些發動機提供了軌道器進入軌道的部分推進力。主發動機的兩側各有1個軌道機動發動機，采用軌道器自身攜帶的甲基肼和四氧化二氮作為推進劑，用于主發動機關閉后的軌道器加速、變軌或交會，以及返回制動的推力。它可以持續工作15個小時，重復啟動1000次。　　為了進行軌道器的姿態控制和交會、入軌控制，軌道器的尾端兩側還裝有24臺反作用控制發動機，可重復啟動50 000次，同樣的發動機在飛行艙前面的機頭還有14臺。在機頭和機尾還裝有6臺微調發動機，可進行50萬次的啟動。這些發動機合起來稱為反作用控制系統，推進劑由軌道器攜帶。這些發動機通過復雜的控制系統控制其點火時間，可以調整軌道器的姿態。　　應該注意，軌道器只提供了在軌飛行期間的推進劑，并沒有提供發射時主發動機所需的推進劑。考慮軌道器進入軌道需要燃燒大量的推進劑，而要把這些推進劑都貯存在軌道器內是很不合適的，于是設計人員在軌道器之外設計了一個專門攜帶推進劑的外貯箱。　　外貯箱有兩個貯箱組成，上端的貯箱內部裝有液氧，下端的貯箱裝有液氫。中間由一個連接艙連接。雖然看上去液氫貯箱的體積比液氧的大很多，但是因為液氧比液氫重16倍，所以裝滿推進劑后，液氫的重量只是液氧的1/6。在與軌道器連接時，液氧和液氫各通過一根管子從貯箱底端流入軌道器。當主發動機開始工作時，通過這兩根管子流入發動機的液體可以很輕松的在25秒鐘之內，就把一個中等大小的游泳池灌滿。　　由于液氧和液氫的沸點約為零下一兩百攝氏度，因此很容易就會汽化。為了使汽化的程度盡量減小，在外貯箱的外表面覆蓋了一層薄薄的異氫尿酸泡沫。這種材料令外貯箱的表面呈橘紅色。　　在最初的飛行中，外貯箱被涂成了與白色，這樣做完全是為了美觀，但從使用上毫無用處，因此后來不再使用這一做法。　　有了外貯箱的航天飛機重量加大，特別是灌滿了推進劑后，如果只用軌道器上的主發動機，根本不能使它們離開地球表面。于是外貯箱的兩側又連接了兩個固體火箭助推器。　　這兩個固體助推器是在大力神IIIC運載火箭助推器的基礎上研制的，高度45。5米。為了降低研制成本，助推器采用了分段結構，推進劑分別裝入四段。最上端整流罩內裝有推進劑點火裝置、電子設備、應急自毀裝置和減速傘。最下端是可調節方向的噴口，偏轉角度6。65°。　　之所以采用這種分段結構，最大的好處在于推進劑的灌裝。固體推進劑在灌裝前呈橡皮膏似的粘稠液體，灌入助推器后，要經過幾天的干燥才能形成固態。整個灌裝和干燥的過程要絕對保證推進劑的攪拌均勻，否則會影響發動機效率。比較之下，灌四個小段當然比灌一個長段要容易的多。　　助推器各段之間的連接也是極其講究的，要嚴格保證推進劑的密封性，防止高溫燃氣泄漏。雖然NASA的設計人員很早就注意到了這個問題，但還是在1986年挑戰者號航天飛機的發射中付出了血的代價。 美國航天飛機與載人航天工程 １９８１年以前，美國的載人航天是通過“水星”、“雙子星座”、“阿波羅”和“天空實驗室”計劃進行的。這些計劃的完成，促進了載人航天技術的發展，然而卻耗資巨大。航天飛機的出現使載人航天變得相對方便和經濟，從而大大增加了此后人類進入太空的頻率，加快了人類進軍太空的步伐。 過去，用火箭發射載人航天器一次，就要消耗一枚巨大的火箭。一些衛星發射后也無法回收，這是航天活動代價高昂的原因之一。為了解決這個問題，美國在“阿波羅”登月計劃后，就著手研制一種經濟的、可以重復使用的航天器，這種航天器既能象火箭那樣沖向太空，也能象飛船那樣在軌道上運行，還能象飛機那樣在大氣里滑行并自行安全返回地球。這就是航天飛機。 發射航天飛機是美國繼“阿波羅”登月計劃后的又一大規模的載人航天活動。美國自１９７２年開始投巨資進行研究，歷時９年，花費約１００億美元，終于使第一架航天飛機“哥倫比亞”號飛上太空。據宇航局的官員介紹，一架航天飛機可以反復使用７５到１００次。美國從１９８１年到１９９２年先后共制造了５架航天飛機，他們分別是“哥倫比亞”號、“挑戰者”號、“發現”號、“阿特蘭蒂斯”號和“奮進”號。其中，“挑戰者”號已在１９８６年１月２８日起飛后爆炸。 如今，美國航天飛機的老化問題日益明顯，最新的航天飛機也已服役１０年，研制新一代航天飛機已成為美國載人航天計劃的首要任務之一。美國多年前就已著手研制新一代替代航天飛機的空天飛機。它比航天飛機更高一籌的地方在于能夠在普通的機場上像普通的飛機一樣水平起飛，并能直接飛入太空，并在地球軌道上運行，還能從環球低軌道上自行飛回地面，在普通機場安全降落。 美國洛克希德－馬丁公司在１９９６年建議并開始實施空天飛機研制計劃。他們把研制的樣機叫做Ｘ３３，它長２３米，不設任何窗口，樣機不攜帶宇航員，可垂直升空，但著陸時則類似于一架自動駕駛飛機，其設計飛行速度是音速的１３倍。Ｘ３３的最終成品將是比它大一倍、能夠載人和載貨的空天飛機“冒險之星”。美國宇航局希望用“冒險之星”來替代逐漸老化的航天飛機，由它承擔為國際空間站運送物資和宇航員的任務，并實現商業性載人航天。但是，由于研制經費拮據，美國宇航局于２００１年決定暫時擱置Ｘ３３的發展計劃。據專家分析，“哥倫比亞”號失事，以及日益突出的航天飛機老化問題可能促使美宇航局決定重新上馬Ｘ３３研制計劃。 美國航天飛機概況 美國航天飛機概況在美國航空航天局擁有的５架航天飛機中，“哥倫比亞”號服役時間最久，重量最大，自從１９８１年４月１２日首航之后共重新整修過３次。以下是５架航天飛機的資本資料： “哥倫比亞”號 美國“哥倫比亞”號航天飛機１９８１年４月１２日首次發射，是美國最老的航天飛機。今年１月１６日，“哥倫比亞”號進行了它的第２８次飛行，這也是美國航天飛機２２年來的第１１３ “哥倫比亞”號機艙長１８米，能裝運３６噸重的貨物。航天飛機外形象一架大型三角翼飛機，機尾裝有三個主發動機，和一個巨大的推進劑外貯箱，里面裝著幾百噸重的液氧、液氫燃料。它附在機身腹部，供給航天飛機燃料進入太空軌道；外貯箱兩邊各有一枚固體燃料助推火箭。整個組合裝置重約２０００噸。 (在2003年02月返回時墜毀．）“挑戰者”號 重量：約７．８８萬千克 首航時間：１９８３年４月４日 飛行次數：１０次（１９８６年１月２８日起飛后爆炸） “發現”號 重量：約７．７萬千克 首航時間：１９８４年８月３０日 飛行次數：３０次 “阿特蘭蒂斯”號 重量：約７．７萬千克 首航時間：１９８５年１０月３日 飛行次數：２６次 “奮進”號 重量：大約７．７４萬千克 首航時間：１９９２年５月７日（接替“挑戰者”號） 飛行次數：１９次 。