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[图帖] 看航天飞机30年历程[29P]

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看航天飞机30年历程[29P]


环球网国际军情中心2011年7月22日消息:美国东部时间7月21日5时58分(北京时间21日17时58分),美国航天飞机“阿特兰蒂斯”号(也有译作“亚特兰蒂斯”号)在万众瞩目中平安返回美国佛罗里达州肯尼迪航天中心,这是该机最后一次飞行,也是航天飞机的一次绝唱飞行,至此,美国为期30年的航天飞机项目宣告终结。

  虽然航天飞机这种人类迄今建造的最复杂、功能最多的载人航天器退出现役,但这并不意味着世界载人航天事业的停步。 1971年,当美国总统尼克松首次见到航天飞机三大方案模型的时候,谁也没有料想到这种长相古怪的航天器,能够为人类航天事业的进步作出如此杰出的贡献。航天飞机几乎成为后登月时代,人类航天事业技术发展的代名词。

  在航天飞机服役的30年中,虽然人类和平利用太空的能力得到了日新月异的发展,但仍然没有一样新型航天器能够与航天飞机相提并论,甚至在综合性能上接近于它的水平。从宏观角度上讲,航天飞机并不只是一种简单代替火箭进行空间往返的航天器,通过它,人类打开了一个新型天地往返技术的大门,这扇大门最终将使人类走上星际旅行的宏伟诗篇。 几万年来,从智人手里的简陋工具到国际空间站精密的试验舱段,人类文明总是在不断的挫折和困境中摸索向前的,人类的进步从未因困难而停止,从未因迷茫而徘徊不前。

  诚然,航天飞机在技术领域并非尽善尽美,但40年的航天飞机发展史在某种程度上却象征着人类对于未知世界不屈不挠的探索精神,相信,这种精神将带领人类走上更加美好的未来。(环球网国际军情中心评论员 裴申)


美国自1972年开始投入巨资对航天飞机进行研究,先后生产出6架航天飞机,分别是“企业”号、“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“亚特兰蒂斯”号与“奋进”号。具体简介如下几页呈现:


图为企业号被移至新开放的詹姆斯·史密斯·麦克唐纳(James S. McDonnell)国家航空航天博物馆展出。

  1“企业”号航天飞机Enterprise

  她是从未踏入太空的英雄,其实,Enterprise更准确的翻译为勇往号”或进取号,只是约定俗成之后,企业号的叫法被沿用,该机编号OV-101,是为NASA(即美国国家航空航天局,National Aeronautics and Space Administration,有时也简称为美国宇航局或美国航天局)建造的第一架航天飞机。

  由于“企业号”属于研究阶段的产物,没有进行正式的太空飞行,所以一直没有使用,它是一个测试平台,虽发射过多次,全部为遥控控制,从来没有载过人,但企业号为她的姐妹机上天奠定了基础,在它身上所得到的宝贵的试验数据,为其后的第一架实用航天飞机哥伦比亚号的顺利升空奠定了基础。在完成了测试使命后,企业号现在被收藏在史密桑尼亚协会的博物馆里,直到2003年哥伦比亚号航天飞机事故后,企业号上的玻璃瓦又被拆下进行测试,以调查哥伦比亚号失事原因。

  2“哥伦比亚”号Columbia

  “哥伦比亚”号看成悲剧英雄,(编号OV-102)于1975年由洛克韦尔公司在帕拉姆代尔开始制造(原来的北美/洛克韦尔公司,现在是波音北美),是NASA第一架服役的航天飞机。1981年4月12日“哥伦比亚”号进行第一次航天飞机发射任务(STS-1),她一共执行了28次飞行任务,包括部署“锁眼-11”间谍卫星,“钱德拉”X射线望远镜等工作,并经历了若干次改进。

  2003年2月1日,“哥伦比亚”号在结束了一次为期16天的太空任务之后,返回地球,在着陆前发生意外,机上7名宇航员全部遇难。

  3“挑战者”号Challanger

  美国正式使用的第二架航天飞机,也是第一架采用平视显示器的航天飞机。开发初期原本是被作为高拟真结构测试体(high-fidelity Structural Test Article,因此初期机身代号为STA-099),但在挑战者号完成初期测试任务后,被改装成正式的轨道载具(Orbiter Vehicle,因此代号改为OV-099),并于1983年4月4日正式进行任务首航。

  “挑战者”号一共执行了9次任务,包括第一次航天飞机夜间发射,三次空间实验室任务等等。1986年1月28日,在发射后的第73秒时,挑战者号解体,机上所有7名成员罹难。


1977年8月12日,企业号“骑”在波音747背上从爱德华兹空军基地起飞。


美国发现号航天飞机最后一次发射升空

  4“发现”号Discovery

  (编号OV-103)是NASA第三架服役的航天飞机,从1984年8月30日的STS-41到2011年2月24日的STS-133,它一共完成了39次任务,包括部署美国电子情报间谍卫星,哈勃太空望远镜,参与支持国际空间站建设,尤其是在“挑战者”号和“哥伦比亚”号两次事故后,“发现”号承担起航天飞机复飞的重任。在27年的服役中,它飞行了2.368亿千米,围绕轨道飞行了5830圈,累计在轨时间达到365天。2011年3月9日,完成最后一次任务的“发现”号着陆在肯尼迪航天中心,退役后被保存在美国国家航空航天博物馆史蒂文•乌德沃尔哈齐中心。


当地时间2011年7月21日凌晨,美国亚特兰蒂斯号航天飞机安全降落在肯尼迪航天中心,这标志着美国为期30年的航天飞机计划划上休止符。

  5“阿特兰蒂斯”号Atlantis

  末路英豪“阿特兰蒂斯”号,编号OV-104,虽不最后一架服役的(是第四架服役的航天飞机),但她完成了人类历史上最后一次航天飞机飞行,它是唯一一架在与国际空间站对接期间需要自身燃料电池提供电力的航天飞机。1985年10月3日,它进行了首飞。至2010年5月的STS-132,“阿特兰蒂斯”号已完成了32次任务,包括部署“长曲棍球”雷达成像侦察卫星,“薄雾”隐形间谍卫星,“大酒瓶”电子侦察卫星,建设国际空间站。它已绕地飞行了4600圈,在太空飞行了1.92亿千米。退役前NASA已经为其安排了最后一次国际空间站建设任务,STS-135。在退役后,NASA计划将“阿特兰蒂斯”号保存在卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心展示。


“奋进”号踏上谢幕之旅。

  6“奋进”号Endeavour

  奋进号,NASA编号OV-105,是最后一架服役的航天飞机,是NASA为替代因事故损失的“挑战者”号而决定制造的。它于1992年5月7日进行了首飞,并在那次任务中捕获并重新部署了国际通信卫星组织的Intelsat VI卫星。至2010年2月的STS-130,它已完成了24次任务,其中很大一部分是国际空间站的建设任务。NASA已经安排了“奋进”号的最后一次任务STS-134,它在完成了该任务后将会退役,并被保存在洛杉矶的加利福尼亚科学中心。


——航天飞机之功留当世——卅载踪迹走苍穹

  毫无疑问, 航天飞机仍是人类迄今建造的最复杂、功能最强大的多用途航天器,它是继“阿波罗”登月计划后,美国又一大规模的载人航天活动,是一种具有重要民用与军用价值的多用途航天器,它的出现让美国航天技术发展实现一次飞跃,实现了航天运载器由一次使用向部分重复使用的过渡,它是人类征服太空史上的一大壮举,为人类的航天事业做出了卓越的贡献。

  航天飞机卸甲归田的这一刻,它的身前身后仍不安宁——回首成败,其身前事究竟会剩得几行青史几句是非?

  “有翅膀的太空船”,在航天飞机早期的活动中,人们总爱这样形容它。

  航天飞机只是外形像飞机而已,其实是往返于地球与外层空间的航天器,身负机翼则是为了在返回到地球时起到空气刹车作用,并在降落跑道时提供升力。但也因为这对机翼的关系,航天飞机的有效荷载比例偏低——历史纪录单次最多载员8人,运送物资最重25吨。按照它的设计理念,应该是以“第一款可重复使用的飞行器”这一点来弥补上述不足。

  论其技术背景,航天飞机是在美苏冷战时期进行技术竞赛所带来的空间成就。这阶段竞争美国抢得头筹,成为世界上第一个拥有与实际操作航天飞机的国家,也是机队阵容最庞大的国家。

  作为美航天飞机的管理机构, NASA一向是该国的科学精神支柱,而曾在颇长的一段时间里,美国民众把对国家的信心以及对于航天事业的支持,物化为了对航天飞机这个具体设备的喜爱。

  最初设计理念认为,航天飞机相对较安全,又省地方,减少了空间活动的费用,还担负了多种任务——建设国际空间站、释放卫星进入近地轨道、搭载宇航员进入太空、回收在轨失效卫星等。

  据航天专家庞之浩介绍,目前的载人飞船每次最多只能运送3人和几百公斤货物,即使是最先进的无人货运飞船,运载能力也不超过10吨。而航天飞机可运载4至7人以及20至30吨货物,几乎是“万能运输器”。正因其超强运载能力,航天飞机能将一些无法用运载火箭发射的航天器送上太空,大大放宽了对有效载荷体积、质量的限制,降低了有效载荷的研制费用。同时也可以携带更多有效载荷的分系统,以延长航天器的寿命,或增加其功能。

  事实上,这些任务被完成得相当出色,甚至美国最后服役的3架航天飞机——“发现”号、“奋进”号、“阿特兰蒂斯”号在临退休前,仍然尽职尽责地完成了空间站的基本建设任务。就连本次的“阿特兰蒂斯”号告别飞行,亦在最后给国际空间站运送一次一整年份的给养,并回收了一个故障设备。指令长克里斯•弗格森谈起这一点不无深情:“没有航天飞机,国际空间站根本无法建设。”


1990年4月,“发现”号航天飞机升空,将大名鼎鼎的“哈勃”太空望远镜送上天,自此开启了一个新的天文观测时代。美国用航天飞机5次在轨维修‘哈勃’空间望远镜,使这一价值连城的太空巨眼不断‘焕发青春’,功能多次增强,取得了无与伦比的科学成果。而“哈勃”的维护工作,比如换个电池、修修陀螺仪、取回数据等,无一例外都是由航天飞机带宇航员前来完成。现如今,“哈勃”仍在轨道上向故园地球默默致意,却再不会隔三差五地碰见当年的“老友”了。

  航天飞机设有起重能力很强的机械臂等装置,可以在轨道上精确部署各种类型的有效载荷,从而扩展了人类的空间活动规模和范围,“国际空间站”就是最典型的例子。1995年6月,“阿特兰蒂斯”号与俄罗斯和平号空间站实现历史性的一幕——对接。这是宇航员们在太空的一次走访,也是两国太空探索合作的开始。

  航天飞机能在轨回收、检修卫星,更换或升级卫星的组件。这不仅能节省费用,还能缩短研制周期、提高使用效果。除以上外,借航天飞机之力,人类还实施了生物学、材料科学、天文学等2000多个在轨科学实验,以及数次漂亮的太空行走,数不清的数据返回。

  2011年5月17日,美国宇航局(NASA)最年轻的航天飞机——“奋进”号航天飞机在肯尼迪航天中心成功发射升空,此次为期16天的太空之行主要任务是为国际空间站运送名为“阿尔法磁谱仪2”的设备,开始长达十余年的寻找反物质、暗物质、多重宇宙以及探测宇宙射线之旅。这一项目由美国麻省理工学院华裔诺贝尔奖获得者丁肇中负责,包括中国科学家在内的全球600多名科研人员参与了该项目。



1986年1月28日,挑战者号航天飞机自位在佛罗里达州的肯尼迪航天中心升空。此时没有人特别想到:这将会是挑战者号最后一次飞行。

——航天飞机之过在当时——樽前拭尽英雄泪

  航天专家庞之浩认为,航天飞机的许多技术,至今也是很先进的,然而一些致命缺陷,导致它最终退出太空舞台。

  在航天飞机问世之前,人们充满期待,为其预想了五大优越性。人们期盼,除功能强大外,她应该还有:

   1发射成本低:按照预想,航天飞机的轨道器可重复使用100次、轨道器上的主发动机可用50次、固体助推火箭可用20次,由此推算,每次发射费用只需3000万美元。为此,美国甚至关停了运载火箭生产线,认为用航天飞机替代火箭发射卫星更经济。

  实践证明,由于航天飞机的着陆场与发射场相距甚远,每次降落后要用大型客机运回发射场检修,额外增加了成本,每次发射费用高达4至5亿美元,财大气粗的美国一旦遭遇经济上的困难,也难以承受。

  想当年在太空竞赛初期,美国航天项目可谓一掷千金,为了输赢已顾不上钱包。但随着向军事战争等问题的慢慢倾斜侧重,航天预算严重受限——上个世纪60年代NASA计划的59亿美元,到了航天飞机动工建造的70年代初,已骤减至34亿美元。因此,在航天飞机设计期间,曾有几次提及发射逃生系统(发射逃生系统欠缺被认为是出事故的“挑战者”号船员无从逃脱最终酿成悲剧的原因)。但NASA的最终结论是:航天飞机固有的值得期待的高可靠性,可以排除对这一系统的需要。而发射逃生系统却被认为技术复杂、作用有限且价格不菲。同样的,在航天飞机轨道任务前4次测试飞行中,本都使用到了经改良的侦察机弹射座椅及一整套的增压服。但在后来正式的任务中,却移除了这些装置。

  发射间隔短——当时人们以为,航天飞机可以像民航客机一样,返回后简单维修就能再次发射。他们乐观地估计,每1至2周就能进行一次发射。

  然而,实践证明,由于航天飞机的着陆场与发射场相距甚远,每次降落后要用大型客机运回发射场检修,每次发射费用高昂,由此也产生了另一个副作用,它的发射间隔也不像想象的那么短,实际上每年最多只能进行5至6架次的发射。这些情况都超出了NASA最初的美好预期,使得航天飞机经济效益大打折扣。


 在这张照片中可以见到分离的挑战者号航天飞机主发动机和固体火箭助推器在烟雾包围下飞出,而球状气体的烟尘则是外部燃料舱所制造的。由于在挑战者号出事前,航天飞机已有24次的任务成功经验,并宣告美国已脱离使用火箭的年代。

  2更安全:相比宇宙飞船径直着陆或海面溅落的返回方式,航天飞机可以水平着陆,这使人们认为其安全可靠性大体接近航空标准。

  但是,航天飞机的安全性和可靠性让人失望——数据显示,其134次飞行中就有两次事故,14人遇难,按照百万公里死亡人数计算的风险,这要比民航客机高138倍。

  航天飞机是迄今为止人类建造的最复杂的机器,它的主要部件包括:固体火箭推进器、外部燃料箱、航天飞机的主发动机及轨道飞行器,航天飞机有3500多个分系统、250多万个部件,只要其中一个重要的分系统或关键零部件失灵,就可能导致重大事故。

  1986年1月28日,挑战者号航天飞机由于发射时右侧的航天飞机固体助推器的O型环(密封圈)碎裂,在发射后的第73秒时解体,机上所有7名成员惨遭罹难。

  另外,航天飞机发射时,轨道器只能与外贮箱并联在一起,很容易被从外贮箱掉下来的保温材料撞击,这是极大的安全隐患。2003年哥伦比亚号失事,就是由于发射过程中,外储箱脱落的保温泡沫材料击中了航天飞机左翼防热瓦,形成了损伤,最终酿成悲剧。

  “哥伦比亚号”惨案发生后,美国航天飞机一度停飞,直至2005年5月,才由“发现号”重返太空。虽然复飞后航天飞机再无事故,但每次发射仍是很大的冒险。

  3更舒适:航天飞机从起飞到返回的过程中,加速和减速都很缓慢,因此航天员所承受的超重约为载人飞船的一半。

  事实证明,航天飞机确实功能更强、更舒适,而它的成本和安全性非但没有优势,反倒成为致命缺陷。

  庞之浩认为,对于航天飞机的应用缺陷和事故,应从技术、管理、文化等方面总结。苏(俄)一直是采用循序渐进的发展战略;而美国则是采用争先跳跃的发展战略,一味追求技术先进性,结果绕了很大的弯路。如今,美国又回归飞船,正在研制更安全、低成本、运载量大、有多种用途、可重复使用的新一代飞船。

  结合中国航天事业,庞之浩认为,中国航天事业近年来飞速发展,取得了一系列辉煌成就,但此事值得我们引以为戒。应把握科学规律,将跨越式发展与循序渐进相结合。


E-207相机拍到了挑战者号右侧固体火箭助推器(RSRB)与外部燃料箱连接处,出现了异常的烟羽以及火焰。

  1986年1月28日,挑战者号航天飞机由于发射时右侧的航天飞机固体助推器的O型环(密封圈)碎裂,泄露的高温高压气体影响到外部燃料箱,随着结构崩溃和气动阻力等一系列问题的出现,在发射后的第73秒时,挑战者号解体,机上所有7名成员惨遭罹难。

  人们在电视上见到挑战者号的机体分解时都感到十分震惊,甚至许多人仍无法相信航天飞机会发生意外,直到美国国家航空航天局出来证实这项悲剧事故。事实上,在悲剧瞬间发生后,连身在地面飞行指挥室(FCR)的总指挥都呆若木鸡。短暂的错愕后控制中心立刻开始寻找数据,试图发现宇航员可能成功逃生的蛛丝马迹,然而得到的只有遥测数据连接失败的答复。

  后来的调查显示,“挑战者”号并没有所谓的“爆炸”。坚固的船员舱与固体火箭助推器在解体的过程中幸存了下来——后者执行了自毁程序,而船员舱则以抛射轨道下坠。但在最后冲向海面时,约有334千米的时速,随之产生的超过200个g的瞬间减速,已远超人员可以存活的极限值,亦使船员舱支离破碎。

  由于最后的碰撞之猛烈,其后几秒内迹象都被抹除了。据推测,宇航员在空中解体阶段没有丧生,因为有3人打开了应急供氧设备。但这套设备不具有保持人员神智清醒的功能,因此在下坠的3分钟内,他们很可能已失去意识甚至死亡。

  “挑战者”号事故的原因,就是那个著名的“O型环”——这个小零件失去了密封功能。在听证会上,天才物理学家费曼用一杯冰水,就向人们解释了这个零件在低温下失效的原理。而这也使事故责任方变得更加明显。“确切地说,基本问题在于NASA高层与承包商人员多年来拙劣的技术决策,他们未能果断地行动,去解决固体火箭助推器接缝存在的日益严重的异常。”这是众议院听证会的结论。

部分工程师也在与NASA进行的会议中,一再陈述对O型环的不信任,他们的表达已非常具体——就是没有足够数据能保证该零件有效密封,而一旦密封失效机组人员将面临丧生危险。


1986年1月28日,挑战者号发射当天清晨,位在肯尼迪太空中心被冰雪覆盖的发射塔。事后证实在当天异常寒冷的天气下,仍让失去弹性的O型环继续使用而造成严重后果。在发射后不久,固体火箭助推器的O型环破裂,结果导致七名机组人员因挑战者号的机体分解而丧生。


美国国家航空航天局的D-67相机拍到右侧SRB尾部处,靠近连接该部件与外部舱的支架处喷出了一股黑灰色的烟雾。


挑战者号在升空后不久开始解体。


挑战者号遭火焰吞没。


挑战者号解体后,身在任务控制中心之一的飞行指挥室(FCR)工作人员皆不可置信。照片为任务飞行指挥杰伊·格林在他的控制台前愣了一会儿,他身后方的艾伦·L·布里斯可则紧盯的挑战者号的爆炸画面。随后杰伊·格林要求指挥小组注意数据资料,寻找任何可能成功逃生的迹象。


此次STS-51-L任务的挑战者号船员。从左到右为分别为(前排)迈克尔·J·史密斯、迪克·斯科比、罗纳德·麦克奈尔、(后排)鬼冢承次、克丽斯塔·麦考利夫、格雷戈里·贾维斯和朱迪丝·伦斯尼克。


美国总统罗纳德·里根于白宫椭圆形办公室,发表了这次挑战者号航天飞机事件的声明,并形容这如同是一场民族灾难。


在海上搜寻和重建小组不断寻获下,成功把部分固体火箭助推器的残骸捞制船上,准备运往肯尼迪太空中心调查事故原因。从金属表面上残留着燃料剂化学物质,以及对照雷达轨迹图所消失的海上位置,研究人员判断残骸属于左侧固体火箭助推器。


挑战者号罹难成员位在阿林顿国家公墓的航天飞机挑战者号纪念墓碑


载有七名挑战者航天飞机的船员遗体的灵车,透过C-141从美国国家航空航天局肯尼迪太空中心航天飞机着陆设施飞往美国德拉瓦州的多佛空军基地。


哥伦比亚号航天飞机的机组人员


哥伦比亚号碎片飞速坠落情景

  在“挑战者”号事故之后,NASA做出了一副洗心革面的姿态,包括重新设计零件、加入逃生装置、建立独立的安全机构,并更改了此前过度乐观的飞行计划。在耐心等待了32个月的航天飞机停滞后,飞行任务重新启动了。

  尽管大兴改革之姿,但当时已有媒体评论指出,NASA不会在组织文化与管理结构上做出持久有效的改变。“挑战者”号事故17年之后,悲剧再次降临: 2003年2月1日, “哥伦比亚”号在结束了一次为期16天的太空任务之后,返回地球,在着陆前发生意外,因热防护系统受损而最终导致飞机结构解体坠毁失事,机上7名宇航员全部遇难。

  事后查明,2003年1月16日,“哥伦比亚”号从肯尼迪航天中心起飞,执行第28次飞行任务(STS-107),在起飞时左翼被外部燃料箱上一块脱落的绝缘泡沫(重约0.75公斤))击中,砸出一个窟窿,从而让超高温气体渗入。这是一场看来纯属技术意外的事故。但当地媒体评论指出,导致上次“挑战者”号事故


祭奠


NASA基地











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本来,美国人认为航天飞机可以像民航客机一样,返回后简单维修就能再次发射。但是事实上航天发射每次都需要全面的检测和维修,风险和费用更大。

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航天飞机主要是二次发射的成本太过昂贵,才无奈退役,不知道美国下一代会使用怎样的飞行器,比起美国,我们的差距还是很大,不知道有生之年能不能看到赶超的那一天,不管怎么样,美国对现代文明的贡献,超越了历史上任何一个国家,虽然有点崇洋媚外,但是不得不说,美国确实是个伟大的国家,有很多值得我们学习的地方
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