什么是航天飛機(jī)
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航天飛機(jī) 航天飛機(jī)是可重復(fù)使用，往返于地球表面與近地軌道之間運(yùn)送有效載荷和人員的飛行器，又稱太空梭。它一般用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)入軌，在軌道上象飛船一樣運(yùn)行，完成多種航天任務(wù)。在再入大氣層時(shí)象飛機(jī)一樣滑翔和著陸。它集中了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 成果，是運(yùn)載火箭、航空器和航天器技術(shù)的綜合產(chǎn)物。 本世紀(jì)20─30年代，奧地利的E·森格爾等人提出用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)飛機(jī)飛行的設(shè)想，曾繪制過(guò)火箭助推的環(huán)球轟炸機(jī)草圖，并作過(guò)小規(guī)模試驗(yàn)。1939年6月15日是德國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)師恩斯特·亨克爾克研制的He─176小型火箭推力飛機(jī)試飛成功。1943年，德國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)師梅塞施米特研制成功了世界上第一架火箭推力戰(zhàn)斗機(jī)Me─163。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)曾設(shè)想將V─2火箭裝機(jī)翼，改裝成為V─9空間滑翔機(jī)以增大航程。1949年，中國(guó)留美者錢(qián)學(xué)森提出用火箭助推的洲際滑翔機(jī)的設(shè)想。 從50年代末起，各種航天器發(fā)射頻繁，運(yùn)載火箭將航天器送入軌道后便墜毀于大氣層，導(dǎo)致航天活動(dòng)耗資巨大。對(duì)此，一引起先進(jìn)國(guó)家紛紛可重復(fù)使用的航天飛機(jī)的方案進(jìn)行探索性研究，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。美國(guó)在這方面居世界領(lǐng)先地位。 1958年，美國(guó)開(kāi)始研制動(dòng)力滑翔機(jī) “戴納─索爾”，它是一種三角翼滑翔機(jī)，用 “大力神”運(yùn)載火箭發(fā)射，滑翔再入大氣層，水平著陸，該計(jì)劃于1963年撤消。此后，美國(guó)進(jìn)行了一系列火箭飛機(jī)和太空升力飛行器的研究，并開(kāi)始航天飛機(jī)方案的分析。1972年，航天飛機(jī)研制計(jì)劃獲得批準(zhǔn)。 美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）首先制造了一架試驗(yàn)樣機(jī) “企業(yè)”號(hào)，用它在70年代末進(jìn)行了多次飛行試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，美國(guó)制造了世界上第一架實(shí)用化的航天飛機(jī) “哥倫比亞”號(hào)。 1981年4月12日， “哥倫比亞”號(hào)首次試飛成功，并實(shí)現(xiàn)了近地軌道空間飛行。1982年11月11日，美國(guó)航天飛機(jī)又首次進(jìn)行了商業(yè)性飛行。1983年11月28日，航天飛機(jī)攜帶西歐聯(lián)合研制的 “空間實(shí)驗(yàn)室”1號(hào)進(jìn)入低地球軌道，10天內(nèi)完成了70多項(xiàng)試驗(yàn)。1984年4月發(fā)射的航天飛機(jī)在軌道上用遙控機(jī)械臂抓住了發(fā)生故障的 “太陽(yáng)活動(dòng)峰年”探測(cè)衛(wèi)星，并在軌道器的貨艙內(nèi)把衛(wèi)星修好，重新用遙控機(jī)械臂將衛(wèi)星施放入軌。1984年11月， “發(fā)現(xiàn)”號(hào)航天飛機(jī)不僅在太空成功地施放了兩顆衛(wèi)星，而且回收了兩顆失效的通信衛(wèi)星，第一次實(shí)現(xiàn)了航天飛機(jī)雙向運(yùn)載任務(wù)。截至到1984年11月，航天飛機(jī)總計(jì)飛行10次，發(fā)射衛(wèi)星十余顆，進(jìn)行了空間材料加工、醫(yī)學(xué)和生物實(shí)驗(yàn)、衛(wèi)星的釋放和捕獲、衛(wèi)星修理、新型航天服和載人機(jī)動(dòng)裝置等多項(xiàng)試驗(yàn)。1988年11月15日，蘇聯(lián)的第一架航天飛機(jī) “暴風(fēng)雪”號(hào)完成了首次近地軌道空間飛行。但此后，由于 蘇聯(lián)解體，俄羅斯陷入嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)困難等原因，其航天飛機(jī)的飛行停止了。 航天飛機(jī)由三部分組成： 軌道器──航天飛機(jī)主體，分為前、中、后三段，前段乘人，中段是容納人造衛(wèi)星和各種儀器設(shè)備的巨大貨艙。后段裝有三合使用液體燃料的主發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)可供100次飛行。因此，可回收并重復(fù)使用。 外貯箱──用于貯存液氫和液氧推進(jìn)劑，并向主發(fā)動(dòng)機(jī)輸送推進(jìn)劑 ，是航天飛機(jī)中唯一不可回收的部件。 助推器──由兩枚固體火箭助推器組成，可回收并重復(fù)使用。 航天飛機(jī)是新型的運(yùn)載工具，往返于地面與空間，使人類開(kāi)拓大型空間站成為可能。它負(fù)載大、飛行靈活、可在不同的軌道處飛行，還可以在軌道上向其它行星發(fā)射航天器，人們可利用它在空間開(kāi)展地面上正在進(jìn)行的或無(wú)法進(jìn)行的科學(xué)技術(shù)研究活動(dòng)，完成軍事任務(wù)和新技術(shù)的研究。 在未來(lái)的太空計(jì)劃中，航天飛機(jī)不僅能勝任上述各種科學(xué)例行任務(wù)，還可勝任運(yùn)載和發(fā)射其它太空飛行器的使命。屆時(shí)，無(wú)論任何人，只要肯花一定的資金，就可到太空去旅行或去做實(shí)驗(yàn)。可以想象，奇妙的太空之旅將更加激發(fā)人類對(duì)未知宇宙的探索愿望。
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什么是航天飛機(jī) 通過(guò)報(bào)紙或電視我們經(jīng)常可以看到航天飛機(jī)，在技術(shù)上這個(gè)詞實(shí)際指的是一個(gè)航天交通系統(tǒng)(Space Transportation System，STS)，它包括三個(gè)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(jī)系統(tǒng)中最主要的部分，也是惟一進(jìn)入軌道飛行的部分。其形狀與飛機(jī)非常相似，大小與一般的中型商業(yè)客機(jī)差不多。整個(gè)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(jī)組座艙，中段是有效載荷艙，后段是航天飛機(jī)和軌道艙的動(dòng)力系統(tǒng)。 機(jī)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(gè)飛行期間的生存環(huán)境和活動(dòng)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(nèi)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(jī)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(jī)的駕駛艙，透過(guò)窗口航天員可以看到外面的景象。飛行艙的后墻有兩個(gè)觀察窗，透過(guò)這兩個(gè)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(lái)控制有效載荷艙內(nèi)的系統(tǒng)。飛行艙后部的天花板上同樣有兩個(gè)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(shí)際上是航天員的生活間，所有的食品和生活用品都儲(chǔ)存在這里。中艙內(nèi)和飛行艙間有兩個(gè)通行艙口可以使航天員在兩艙之間自由通行。中艙一側(cè)的機(jī)組通行艙門(mén)是航天員在地面上進(jìn)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(jìn)入太空，或進(jìn)入未加壓有效載荷艙的通道。 有效載荷艙占據(jù)了整個(gè)軌道器的大部分，艙內(nèi)裝的是由軌道器送入太空的衛(wèi)星，或者是為航天員提供科學(xué)試驗(yàn)空間的小型實(shí)驗(yàn)室。它有兩扇從中間對(duì)開(kāi)的艙門(mén)。艙門(mén)分為內(nèi)外兩層，外層是防熱層，內(nèi)層是輻射冷卻器。在軌道器上升和返回時(shí)艙門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，以保護(hù)放在載荷艙內(nèi)的貨物。而在軌期間艙門(mén)則一直開(kāi)著，這樣可以起到散熱的作用。 軌道器后段的動(dòng)力系統(tǒng)包括有3臺(tái)主發(fā)動(dòng)機(jī)，航天飛機(jī)發(fā)射時(shí)，這些發(fā)動(dòng)機(jī)提供了軌道器進(jìn)入軌道的部分推進(jìn)力。主發(fā)動(dòng)機(jī)的兩側(cè)各有1個(gè)軌道機(jī)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，采用軌道器自身攜帶的甲基肼和四氧化二氮作為推進(jìn)劑，用于主發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉后的軌道器加速、變軌或交會(huì)，以及返回制動(dòng)的推力。它可以持續(xù)工作15個(gè)小時(shí)，重復(fù)啟動(dòng)1000次。 為了進(jìn)行軌道器的姿態(tài)控制和交會(huì)、入軌控制，軌道器的尾端兩側(cè)還裝有24臺(tái)反作用控制發(fā)動(dòng)機(jī)，可重復(fù)啟動(dòng)50 000次，同樣的發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行艙前面的機(jī)頭還有14臺(tái)。在機(jī)頭和機(jī)尾還裝有6臺(tái)微調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)，可進(jìn)行50萬(wàn)次的啟動(dòng)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)合起來(lái)稱為反作用控制系統(tǒng)，推進(jìn)劑由軌道器攜帶。這些發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)復(fù)雜的控制系統(tǒng)控制其點(diǎn)火時(shí)間，可以調(diào)整軌道器的姿態(tài)。 應(yīng)該注意，軌道器只提供了在軌飛行期間的推進(jìn)劑，并沒(méi)有提供發(fā)射時(shí)主發(fā)動(dòng)機(jī)所需的推進(jìn)劑。考慮軌道器進(jìn)入軌道需要燃燒大量的推進(jìn)劑，而要把這些推進(jìn)劑都貯存在軌道器內(nèi)是很不合適的，于是設(shè)計(jì)人員在軌道器之外設(shè)計(jì)了一個(gè)專門(mén)攜帶推進(jìn)劑的外貯箱。 外貯箱有兩個(gè)貯箱組成，上端的貯箱內(nèi)部裝有液氧，下端的貯箱裝有液氫。中間由一個(gè)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?yàn)橐貉醣纫簹渲?6倍，所以裝滿推進(jìn)劑后，液氫的重量只是液氧的1/6。在與軌道器連接時(shí)，液氧和液氫各通過(guò)一根管子從貯箱底端流入軌道器。當(dāng)主發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作時(shí)，通過(guò)這兩根管子流入發(fā)動(dòng)機(jī)的液體可以很輕松的在25秒鐘之內(nèi)，就把一個(gè)中等大小的游泳池灌滿。 由于液氧和液氫的沸點(diǎn)約為零下一兩百攝氏度，因此很容易就會(huì)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(wú)用處，因此后來(lái)不再使用這一做法。 有了外貯箱的航天飛機(jī)重量加大，特別是灌滿了推進(jìn)劑后，如果只用軌道器上的主發(fā)動(dòng)機(jī)，根本不能使它們離開(kāi)地球表面。于是外貯箱的兩側(cè)又連接了兩個(gè)固體火箭助推器。 這兩個(gè)固體助推器是在大力神IIIC運(yùn)載火箭助推器的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)，推進(jìn)劑分別裝入四段。最上端整流罩內(nèi)裝有推進(jìn)劑點(diǎn)火裝置、電子設(shè)備、應(yīng)急自毀裝置和減速傘。最下端是可調(diào)節(jié)方向的噴口，偏轉(zhuǎn)角度6。65°。 之所以采用這種分段結(jié)構(gòu)，最大的好處在于推進(jìn)劑的灌裝。固體推進(jìn)劑在灌裝前呈橡皮膏似的粘稠液體，灌入助推器后，要經(jīng)過(guò)幾天的干燥才能形成固態(tài)。整個(gè)灌裝和干燥的過(guò)程要絕對(duì)保證推進(jìn)劑的攪拌均勻，否則會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)效率。比較之下，灌四個(gè)小段當(dāng)然比灌一個(gè)長(zhǎng)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(yán)格保證推進(jìn)劑的密封性，防止高溫燃?xì)庑孤ｋm然NASA的設(shè)計(jì)人員很早就注意到了這個(gè)問(wèn)題，但還是在1986年挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)的發(fā)射中付出了血的代價(jià)。 。