飞天大符号——美国航天飞机结构解读
时间：2020-12-08 16:06:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
从1981年开始的25年，这是一个属于它们的时代。航天飞机倚一“机”之长独步太空，穿梭于天地之间，堪称“一代天骄”。它们显赫的身世、辉煌的历程让世人为之震撼。
经历过无数代人百折不挠的努力，人类的飞天梦想终于在上世纪60年代变成了现实。时至今日，腾空而起的火箭，往返于天地之间的宇宙飞船、航天飞机，在太空长时间运行的空间站、宇宙探测器等，将人类的飞天梦想表现得淋漓尽致。其中的航天飞机，以其重要的运载作用和优越表现，开创了一个辉煌的航天飞机时代，从这个意义上说，航天飞机不只是一件普通的太空运输工具，它更像是一个飞天符号和象征。
航天飞机是指可以重复使用的、往返于地球表面和近地轨道之间运送人员和货物的交通系统。它集航空技术、火箭技术和空间技术于一身，既能作为运载工具，发射各类航天器，又能像普通飞机一样绕地球轨道运行后返回地面，并经过维修再次发射。它在轨道上运行时，可在机载有效载荷和乘员的配合下完成多种任务。
美国、前苏联、法国、日本和英国等国家都曾对航天飞机方案做过探索性研究工作，但最终只有美国研制出实用型航天飞机。耗资数百亿美元研制出来的美国航天飞机由轨道飞行器（简称轨道器）、固体推进剂助推器（简称助推器）和外部推进剂贮箱（简称外贮箱）组成，全长约56米，高约23米，最大翼展24米，起飞推力约3000吨，起飞质量约2 000吨。按照设计要求，轨道器可以重复使用100次，助推器可以重复使用20次，外贮箱只能使用一次。
解读一：核心部位——轨道器
轨道器是美国航天飞机的灵魂和核心，它的外型和一架普通三角翼飞机没什么两样，全长37.2米，翼宽23.8米，总质量为68吨左右。
它的前段是航天员座舱，分上、中、下三层。上层为主舱，有飞行控制室、卧室、洗浴室、厨房、健身房兼贮物室，最多可容纳10人；中层为中舱，也是供航天员工作和休息的地方；下层为底舱，是设置冷气管道、风扇、水泵、油泵和存放废弃物等的地方。
它的中段是载货舱，直径4.6米，长18.3米。可把30吨左右的卫星、实验器材等送入近地轨道，并可从太空运回10吨左右的货物。舱内装有遥控机械臂，可用于装卸卫星等货物，最远可伸到15米远的地方。
它的后段有垂直尾翼、3台主发动机和两台轨道发动机。三角形小机翼和垂直尾翼可使航天飞机在返回地球时具有良好的稳定性和操纵性，像普通飞机一样飞行自如。主发动机在航天飞机起飞时工作，使用外贮箱中的推进剂，3台总共能产生640吨的推力，约为航天飞机起飞时总推力的20%。两台轨道发动机在入轨和离轨时启动，总共能产生5.4吨的推力。此外，在轨道器的头锥部和尾部内，还有用于轻微轨道调整以及飞机侧翻、转向等调整的小发动机，叫调姿控制发动机，总数量达44台之多。
整个轨道器由普通铝合金制成，贴有3万多块防热瓦，以保证航天飞机在发射和返回过程中能够经受最高达1600多摄氏度的高温。
解读二：大力神——助推器
助推器由2台长46米，直径3.6米，质量为590吨的固体燃料火箭助推器组成，平行位于轨道器双翼下、外贮箱两侧。
固体燃料火箭发动机是为太空飞行研制的最大的固体推进剂发动机，也是第一种为有人驾驶飞机研制的发动机。这个巨大的发动机包含一个装载固体推进剂的极状发动机箱、一个点火系统、一个可移动的喷嘴和必要的仪器及整合硬件。除了固体燃料火箭发动机外，助推器还包含结构、推力矢量控制、分离、回收、电子和仪表等子系统。每台固体燃料火箭助推器携带450吨推进剂，这种推进剂是由高能量的钵以及其他材料浇灌、固化而成，形状和手感都有点像我们平常看到的橡皮。
航天飞机起飞时，固体燃料火箭发动机与主发动机同时启动，两台总共能产生2 300多吨的推力，占航天飞机起飞上升阶段总推力80%。一般在起飞后2分钟、航天飞机上升到45千米高空时，助推器的燃料耗尽，光荣使命完成。它与航天飞机外贮箱分离，依靠装在前锥段的降落伞下落，最后落进固定的海域。船只将其打捞上来，送回陆地，经过检查、维护后供下一次使用。
解读三：巨大“液化气罐”——外贮箱
外贮箱是航天飞机最大的部件，也是唯一不可回收的部件，它总长47.1米，直径8.3米，净重33.5吨，加注液氢和液氧推进剂后重约740吨，是个名副其实的巨大“液化气罐”。
这个“液化气罐”由前端的液氧箱、后端的液氢箱以及中间箱组成。液氧箱和液氢箱的容积比是2:5，中间箱用于存放仪表和燃料处理设备。外贮箱由铝合金制成，外表面敷有泡沫和软木隔热层，起隔热作用。航天飞机起飞时，外贮箱中的液氢和液氧推进剂在压力系统的作用下，通过一根直径达43厘米的连接管输送给轨道器，然后由轨道器内的三个稍细的管子输送给3台主发动机。
航天飞机起飞后大约8.5分钟、距离地面大约113千米的太空，也就是接近预定轨道阶段时，外贮箱的燃料基本耗尽，使命完成。它与轨道器分离，依照事先设计好的线路下落，在大气中焚毁。
我们在这里只是对航天飞机的“三大件”的结构和飞行原理进行了简要阐述，而实际上航天飞机是相当复杂的一个航天器，由3 500多个分系统和250多万个零件组成，其中任何一个分系统和小部件的纰漏都可能导致航天飞机出现险情，同时对其进行保养、维护、更新需要耗费巨额资金。正是基于这些考虑，航天飞机将在2010年左右停止服役，退出航天大舞台，其位置将由下一代航天飞行器取代。
航天飞机VS载人飞船
航天飞机和载人飞船两者最显著的不同就是前者有“翅膀”，后者无“翅膀”，因而它们在功能上有很大不同，各有千秋。
航天飞机之优势：1、有机翼，可以精确控制飞机返回。在再入大气层时可获得足够的升力，控制升力的大小和方向就能使航天飞机准确地降落在固定地点。2、其中的轨道器和助推器可以重复使用。3、过载小。即从起飞到返回地面的整个过程中，加速和减速都很缓慢，大大降低了对航天员的身体要求，可把稍加训练的科学家、工程师、医生和教师等送上太空。4、有效载荷大，运输能力强。每次的最大运输量远大于载人飞船的最大运输量，并且还能运送修建空间站的大部件，这是飞船所不能比的。
载人飞船之优势：1、技术简单。载人飞船在技术上比航天飞机简单，容易突破载人航天的基本技术，并且很适于长期停靠在空间站上用作救生艇。2、安全性能高。由于没有“翅膀”，所以飞船的结构相对简单，无需复杂的空气动力控制面，也没有着陆机构及相关装置，因而可靠性和安全性较高。3、造价相对较小。每艘载人飞船的造价只是每架航天飞机造价的十分之一甚至百分之一，虽然航天飞机的轨道器可以重复使用，但是其维护费用也是高得惊人，对比下来，载人飞船还是更为经济。
