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新型航天器

（2005年04月07日 18:38:41） 來源︰《太空探索》

□作者: 朱毅麟

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新型航天器
朱毅麟

　　20世紀80年代以前，人類上天都是乘坐載人飛船上去的。然而，載人飛船自己沒有強大的動力裝置，是靠運載火箭把它送上太空的。這樣，用完了的火箭就報廢，不能再利用，經濟上很不合算。載人飛船由于沒有翅膀，不能像飛機那樣在空中滑行，選擇合適的場地水平著陸，有時還會掉到冰天雪地或原始森林中，十分危險。因此，靠運載火箭與載人飛船進行大規模的航天活動，成本太高，終非長久之計，需要另外想辦法。
　　1981年，美國航天工程師們研制成功了一種新一代的、身兼多職的航天器——航天飛機。它有三個特征︰第一，能像火箭那樣垂直發射；第二，能像飛船那樣在太空軌道上靈活地飛行；第三，能像飛機一樣在空中滑翔，在地面水平著陸。換句話說，就是航天飛機集運載火箭、載人飛船和飛機的本領于一身。
　　
　　第一節什麼是航天飛機？
　　我們曾經說過，飛機不能充當飛向太空的航天交通工具，所以才采用了火箭。現在怎麼又出現了航天“飛機”，這是怎麼回事呢？
　　

　　原來，火箭雖然能飛向太空，但是它使用一次就拋棄了，太不經濟，而飛機雖然不能飛向太空，但是卻能多次重復使用。
　　于是科學家們就想，能不能將火箭和飛機的優點結合起來，設計出一種既能飛向太空，又能返回地面，可重復使用而且成本低的航天器呢？
　　經過航空航天技術專家們多年的努力，一種既能像火箭那樣垂直從地面起飛，也能像載人飛船一樣在太空中運行，又能像飛機一樣在空中滑翔、在地面水平著陸的新型航天器——航天飛機誕生了。
　　我們來看看，航天飛機是什麼樣子的。
　　

　　航天飛機實際上是由兩枚固體燃料助推火箭、推進劑貯箱和軌道器三大部分組成。當航天飛機豎立在發射台上時，固體助推火箭和推進劑貯箱好像三根粗大的立柱︰貯箱在中間，固體助推火箭在兩側；軌道器則好像叮在柱子上的一只碩大無比的飛蛾。
　　推進劑貯箱直徑8.4米，高47米，足有20層樓那高麼，里面裝有700多噸的液氫和液氧，供軌道器上升時發動機燃燒用。固體助推火箭略為細一點，直徑3.7米，高45米，每個助推器能產生約12000千牛的推力。
　　軌道器是航天飛機的主體，身長37米，翼展24米，人們習慣上說的航天飛機常常只是指軌道器。它的外形活像一架噴氣式飛機。但它和飛機有著很大的區別︰飛機是靠空氣噴氣發動機推進，只能在大氣層內飛行；而軌道器裝的是火箭發動機，所以能在太空中航行。
　　航天飛機三部分合在一起的總重約為2200噸。起飛時，固體助推火箭與軌道器的火箭發動機同時點燃，帶著推進劑貯箱一齊上升。固體助推火箭燃燒完畢，就脫落，然後張開降落傘在海面上回收，以便裝填燃料下次再用。軌道器帶著推進劑貯箱繼續上升，直到貯箱內的推進劑燒完，貯箱脫落拋棄。軌道器繼續加速，進入太空。
　　

　　航天飛機（也就是軌道器）像載人飛船一樣在太空中運行，完成任務以後，就脫離軌道，向地面返回。在進入大氣層時，由于機身與空氣發生劇烈摩擦，產生巨大的熱量，機頭的溫度高達1000多攝氏度，但由于機頭、機身、機翼前緣都蓋上了一層耐高溫材料做的防熱瓦，這種防熱瓦能耐1000多攝氏度的高溫，所以航天飛機的座艙里安然無恙。最後在低空大氣中滑翔，在機場水平著陸。
　　航天飛機經過一番清洗和整修後，可以重新起飛，重復使用幾十次。這樣就經濟多了。
　　航天飛機可最多乘坐7名航天員。它的構造也與飛機相似，分為駕駛員艙、貨艙和尾艙三部分。
　　駕駛員艙位于機頭部分，又可分為上、中、下三層。
　　上層是駕駛室，有前後兩排共4個座位，前排兩個是機長和駕駛員的座位，後排兩個供工程師、科學家或其他人員乘坐。駕駛室的前面有飛行控制、顯示儀表等設備；駕駛室頂上有一個可以打開的艙門。在緊急情況下，航天員可以從這里逃生。
　　中層是航天員的生活區，里面有食品櫃、小廚房、洗漱間、臥室和廁所等生活設施。
　　下層是調節駕駛艙內空氣壓力、成分、溫度和濕度等環境控制設備間。
　　

　　貨艙位于機身的中部，直徑4.5米、長18米，一次可裝載29噸多的貨物。貨艙上部有兩扇大門，進入太空以後可以打開。貨艙兩側各安裝有一只機械臂，能屈能伸，可以任意轉換方向，最遠可以伸到15米遠的地方。駕駛艙里的航天員通過目視或電視觀察，操縱機械臂裝卸貨物。
　　尾艙是發動機艙，裝有主發動機、軌道機動發動機、姿態控制發動機以及氣瓶、貯箱等。
　　航天飛機在太空軌道上運行時，顯示出與其他航天器不同的功能︰它既能夠為太空中的空間站接送航天員和運送物資，又可以在軌道上捕捉衛星。它伸出機械手將衛星捉住，放進貨艙，對它進行檢查修理，或者將衛星帶回地面修理。航天員也可以親自走出航天飛機，充當太空修理工，對失靈的衛星進行空間維修，使它“起死回生”。
　　由于航天飛機的貨艙很大，一次可以裝下好幾顆衛星，因此它可以一次發射2～3顆衛星，這樣也能夠節省發射費用。
　　人們發展航天飛機的主要目的是要降低發射費用。但是由于到目前為止，每次發射前對航天飛機的整修和發射時的準備工作所需的人力、物力和時間都還比較多，每次發射費用高達3.5億美元，所以，原來指望的降低發射成本的目的並未達到。航天飛機還遠未成為經濟的航天交通工具。盡管如此，航天飛機的出現標志著航天技術的重大突破，並進入了一個新的歷史階段。
　　1981年4月12日美國“哥倫比亞號”航天飛機首次載人航天飛行試驗成功，並于1982年11月正式投入使用，到2003年1月為止，一共發射了113次，成功111次，其中，第25次，1986年1月28日，“挑戰者號”航天飛機起飛不久發生爆炸，機毀人亡；最後一次，2003年2月1日，“哥倫比亞號”從太空返回再入大氣層時解體，再次發生機毀人亡的慘劇。此後，航天飛機全部停飛，改進和加強航天飛機的飛行安全措施，預計要到2005年4～5月間才能恢復飛行。
　　甦聯于1988年11月15日首次成功地發射了它的“暴風雪號”航天飛機，在軌道上飛行3小時後，安全水平著陸，但是這是一次不載人的飛行。按原計劃，“暴風雪號”航天飛機將再進行一次不載人飛行，第三次進行載人飛行，但是這個計劃至今沒有兌現。

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文章作者:朱毅麟
責任編輯:skylook

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