在航天飞机出现之前,人类往返于太空之间主要靠运载火箭发射宇宙飞船来完成,美苏两个航天大国利用宇宙飞船完成了载人首飞太空和登月等一系列航天活动,中国的神州飞船也是以美苏飞船设计理念而来的。
但是宇宙飞船的单次发射成本太高,所有单元组件都是一次性使用,使得一次航天任务耗费糜高。为了降低成本,也为了完成更多、更复杂的航天任务,航天飞机应运而生了。
航天飞机进入国人视野还得从1986年挑战者号航天飞机失事说起。
1986年1月28日,挑战者号航天飞机在执行第10次航天飞行任务时,在发射升空73秒后发生爆炸解体坠毁,机上7名航天员全部遇难。事后经过调查,是因为其右侧固态火箭推进器上一个O形环因低温而失效,导致一连串连锁反应造成了不可挽回的巨大损失。
挑战者号的失事是人类航天史上损失最为惨重的一次,震惊世界,美国的航天事业也遭到了沉重的打击。但是美国并没有停下航天飞机的脚步,甚至还继续建造了新的航天飞机来替代挑战者号——奋进号。
2003年2月1日,完成飞行任务正在返航的哥伦比亚号航天飞机在距地面63公里降落轨道上解体爆炸,机上7名宇航员全部罹难。这是航天飞机第113次飞行,也是第二次发生机毁人亡的惨重事故。
事故原因是因为在发射起飞阶段,外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的隔热瓦,造成左翼出现孔洞,使返航时超高温气体进入,造成航天飞机解体,最终酿成事故。
两起事故造成14名航天员遇难,使美国载人航天遭受了巨大挫折。
航天飞机是一种往返于近地轨道和地面间的、可重复使用的航天器。它既能像运载火箭那样垂直起飞,又能和飞机一样在返回大气层后在机场自行着陆,除了装载货物还能最多同时搭载7-8名航天员。
航天飞机发射前由航天飞机(轨道飞行器器)、一个外挂燃料箱和两个固体火箭助推器三大部分组成。
发射起飞时,三台主发动机和两个固体火箭助推器相继点火,装有600吨液氧和100吨液氢的外挂燃料箱给三台主发动机提供液体燃料,固体火箭使用自身内置的固体燃料,产生巨大推力,使重达100吨的轨道飞行器垂直离开地面。发射航天飞机的场面非常壮观和震撼!
起飞后约2分钟,达到40公里高度,两个固体助推器燃料耗尽,自动熄火并与航天飞机分离,三台主发动机持续工作,航天飞机继续与外挂燃料箱持续上升。脱落的两个助推器打开减速伞在海上被回收。
起飞约12分钟后,到达100多公里高度,外挂燃料箱推进剂耗尽并自动与轨道器分离,坠入大气层烧毁。
此时航天飞机依靠自身的44个小型喷气发动机,继续以28800公里的时速飞行,进入距地球约300公里的轨道,发射即为成功。
返航时,航天飞机启动自身的动力系统,脱离近地轨道,进入大气层。到达距地球约100公里时航天飞机头部上翘40度,机腹朝下,与稠密大气层摩擦产生1648度的高温,形成电离,使航天飞机与地面无线电通讯中断16分钟,就是俗称的“黑障区”。
距离地面40公里时,航天飞机改为手动驾驶,关闭所有发动机开始无动力滑翔降落,最后以340公里的时速拖带减速伞像普通飞机一样降落在跑道上。
这样一次航天飞行任务就完美结束了。
完成飞行后的航天飞机会被运回位于美国东部佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心,进入专用的维修车间进行维护,以便进行下次飞行。
航天飞机最早由美国研发并投入使用,先后建造了五架投入实际载人飞行,分别是:哥伦比亚号、挑战者号、发现号、阿特兰蒂斯号、奋进号。
自1981年4月12日开始的30年间,NASA的这5架航天飞机先后共飞行135次,帮助建造国际空间站,发射、回收和维修卫星,开展科学研究。2011年7月21日,亚特兰蒂斯号完成了最后一次航天飞行任务,标志着航天飞机时代的结束。
航天飞机最大的优点是可以重复使用,执行任务较灵活。机身中部的货仓可装载24吨物品,货舱内还有加拿大制造的遥控空间机械臂,可以满足各种低、中、高轨道卫星和星际探测器的释放、回收、维修,空间运输、空间实验和生产、空间探测。
发现号曾把著名的哈勃望远镜送上了太空;亚特兰蒂斯号曾7次前往和平号空间站,11次造访国际空间站。
为了不被美国超越,前苏联也研发了自己的航天飞机——暴风雪号。
1988年11月15日,苏联用能源号运载火箭将无人驾驶的暴风雪号航天飞机送入距地面250公里高的预定圆形轨道,并实现无人控制返回地面。这是人类航天飞机历史上的首次不载人自动轨道飞行,也是前苏联唯一的一次航天飞机飞行任务。
1989年以后,随着前苏联的解体和经济状况不佳,1993年,叶利钦政府正式决定中止航天飞机计划,相当于前苏联投入大量人力物力研发的航天飞机没有执行过一次有效的飞行任务,即被下马,最终成为了博物馆的展品。
美国也因发射维护大幅超出预算,财政不堪重负等等原因,于2011年亚特兰蒂斯号完成了最后一次航天飞行任务后终止了航天飞机计划,自此航天飞机彻底退出历史舞台,属于航天飞机的太空时代结束了。
航天飞机作为先进航天技术的代表作,凭借垂直起飞、水平降落、部分重复使用的优越性能,为人类自由进入太空提供了很好的工具,是航天史上一个重要里程碑,它曾把700多人次宇航员送入太空,开展了大量科研活动,大大开拓了人类探索太空的边界,它的先进前沿技术对后续的航天发展带来了深远的影响。
如今,中国航天通过自主研发,也加入到了载人航天的第一梯队,中国的神州飞船带着我们自己的航天员飞上太空,建立了中国人自己的近地轨道空间站,通过几代航天人的共同努力,她将带领着我们飞继续向深空,探索更遥远的宇宙。
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