充满魅力的飞行器
航天飞机的本质是一种火箭飞机,它依靠火箭发动机来提供动力。由于航天飞机既可以在稠密的大气层中穿行,又能在行星际空间自由翱翔,所以把航天飞机看作是航空与航天的混血儿一点也不过分。从更广泛的意义上说,它是集卫星、飞机、宇宙飞船于一体的杂交种。显然,它的诞生非同寻常,意义深远。航天飞机比起别的飞行器有自己的特色:
首先,航天飞机是世界上唯一可以部分重复使用的航天飞行器。它可以实现定点着陆和无损返回。用火箭发射航天器的费用很高,平均把一磅重的物体送到太空需要 2000 美元;而航天飞机往返一次的费用只有 1000 万美元,
将每磅物体送入太空只需 100 美元,仅此一点,航天飞机就可为发射减少 90
%的费用。
而且,航天飞机由于货舱很大,一般长约 18 米,直径约 4.6 米,可以容
纳 30 吨左右的货物。这么大的容积比起运载火箭整流罩内的小小空间就宽敞多了。由于人造天体用航天飞机发射时不必过分计较尺寸、重量,所以就相应地减少了研制费用(据估计可减少一半)。
其次,减少发射故障,增加保险系数。近些年来运载火箭发射事故频繁, 1994 年就有四次发射失败;1995 年竟有八次发射失败;1996 年 6 月“阿丽
亚娜 5 号”运载火箭的失事更叫人痛心。但如果使用航天飞机来释放人造天体,就不会有这么多的事故。因为运载火箭一旦发射出去,只能是“有去无回”,人造天体是死是活难以料定,但航天飞机却可以“有去有回”。虽然在 1986 年发生过“挑战者号”航天飞机机毁人亡的事故,但迄今为止,其保险系数还是很高的。航天员在飞机上渡过了一个个险关,避免了一个个意外事故,就是例证。
再者,使用面广,完成的工作量大。航天飞机由于货舱大,一次就可以装载一颗大型人造天体和一批小型人造天体。航天飞机可以在轨道上利用机械手布置任何类型的人造天体。
而且,航天飞机本身可以搭载空间站进行科研活动,“空间实验室—1” 号就是这样。“空间实验室—1”号装在航天飞机内,其工作间由两个连接在一起的圆柱形加压的舱室组成,这儿的科技工作者不必经过严格的宇航训练,因为航天飞机的上升速度与返回速度都不高,这就使航天飞机太空实验的可靠性大大提高。
同时,航天飞机还可以进行空间维修、卫星回收活动,甚至还可以向地球轨道和高轨道发射同步卫星和深空探测器。
再者,航天飞机由于其起飞容易,回归迅速,因此可以参与各种应急救生活动。航天飞机定期返航后,可以像飞机那样进行定时的检查维修与保养, 大大地提高了使用次数。
最后,在军事上是一种新的突破。人造卫星、洲际导弹的产生与运用, 使军事领域扩展到太空。而在地面军事设施对这些“太空武器”束手无策时, 航天飞机却在反卫星的能力上迈出了一步。航天飞机作为空间武器来说,可以对别国空间轨道上的军事人造天体,如间谍卫星,进行拦截、破坏或捕获, 对自己本国的军事人造天体则可以密切监视,加强保护。航天飞机如果配上粒子束武器,还可以摧毁太空中敌方人造天体,当然对地面导弹的拦截能力也就不言而喻了。
航天飞机目前只有美国、俄罗斯两国有,但俄罗斯(以前的苏联)的“暴风雨号”航天飞机只做过一次不载人的试验飞行,一直未能投入使用。美国的航天飞机有六架,即“企业号”、“哥伦比亚号”、“挑战者号”、“发现号”、“阿特兰蒂斯号”和“奋进号”。在这之中,“企业号”只用于各种试验,没有投入使用,“挑战者号”已于 1986 年失事。
美国的航天飞机一般由轨道器加上两个大型固体火箭助推器,以及一个外接的燃料贮箱组成。通常人们把轨道器也叫航天飞机。燃料贮箱中有液氧、液氢燃料,为航天飞机的主发动机提供推力;固体火箭助推器也为航天器提供升力。航天飞机有三个舱段,即前段、中段和尾段。
前段是乘员舱,可以乘坐 4~7 人,最多时可以容纳 10 人。这些人中约有三名为宇航员,其余为各类专家,负责各种实验活动。乘员舱有三层,一层是设备,一层是驾驶室,一层是生活舱。乘员舱里布置得典雅别致,乘员身穿普通的便装即可生活。中段是个货舱,装有各种科学实验仪器、天文望远镜、深空探测器等。货舱中还备有能自动操作的机械手和电视装置,以便于在轨道上释放或捕获人造天体。尾段装有发动机和自动控制系统等。
航天飞机的飞行过程大致有上升阶段(像运载火箭一样)、轨道飞行阶段(像宇宙飞船一样)、返回阶段(像普通飞机一样)。
起初,航天飞机停放在发射台上准备起飞。等起飞命令下达后,航天飞机的三台主发动机和两个固体助推火箭同时点火,推动航天飞机垂直上升。大约到 50 公里的高空后,助推火箭燃料用完,自动分离,借用降落伞系统到
海上溅落,直升机和舰船进行回收。这种助推火箭一般可重复使用 20 次左右。航天飞机携着燃料贮箱在主发动机的作用下继续上升,一直入轨。进入轨道后,燃料贮箱被扔掉,进入大气层烧毁。至此,上升阶段已经完成。
航天飞机入轨后主发动机熄火,由两台小型火箭发动机控制飞行。不过为了更精确地调整飞行姿态,航天飞机三角翼和垂直尾翼上也装有小型发动机,作航向姿态的修正使用。到达预定地点后,航天飞机开始正式工作,它或者进行科学实验,或者释放和回收卫星,或者修复各种太空人造天体,等
等。
航天飞机完成任务后,便开始重新启动发动机进入大气层。大气层阻力很大,航天飞机速度开始放慢,并且可以像普通滑翔机一样滑翔着陆,着陆速度为每小时 300 公里。从这儿大家可以看出,航天飞机的着陆跑道比普通飞机的跑道要长得多。