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    实现飞天理想的载人航天器(中)

    时间:2020-12-10 08:01:50 来源:雅意学习网 本文已影响 雅意学习网手机站


      2011年7月8日,美国阿特兰蒂斯号航天飞机从肯尼迪航天中心39A发射台升空,有超过100万美国民众到现场观看。因为这不仅是阿特兰蒂斯号第33次发射、航天飞机第37次前往国际空间站、第135次升空,还是航天飞机的最后一次飞行。这次的阿特兰蒂斯号航天飞机飞行,给国际空间站送去了一年的给养,随同升空的4名航天员协助站上的航天员回收了一个故障液氨泵,在站上安装了名为“机器人燃料补给任务”的实验装置,标志着国际空间站已经全面建成。此后,航天飞机全部退役,永远退出了太空舞台,持续30年的航天飞机时代宣告结束。阿特兰蒂斯号于7月21日返回地面后被送到美国佛罗里达州肯尼迪航天中心的游客中心展出。
      在此之前,发现号和奋进号航天飞机已分别落户美国首都华盛顿和洛杉矶的博物馆。
      美国先后研制了五架航天飞机,从1981年4月12日哥伦比亚号首次试飞成功以来,到2011年7月的30年间,五架飞机共进行了135次发射飞行,行程8亿多千米,来自16个国家的355名航天员参与升空,向太空运送了1750吨货物,完成2 000多个在轨科学实验。问题是,在成就斐然的同时人类也付出了巨大代价。1986年1月28日挑战者号起飞后发生爆炸和17年后的哥伦比亚号返回地面时空中解体,致使14名航天员遇难。此后只剩下发现号、阿特兰蒂斯号和奋进号三架还在继续使用。航天飞机虽然在空间探测和开发太空资源方面做出了重要贡献,但由于外贮箱泡沫塑料绝缘材料脱落问题一直未能彻底解决,极易撞坏轨道器外表面的隔热层,致使其在返回途中有可能出现危险情况,故而在国际空间站建成后全部退役。
      在航天飞机全部停止使用后,站上人员轮换和大部分物资供应都分别由俄罗斯的联盟TMA号载人飞船和进步号货运飞船承担。这种局面要到美国新型载人飞船试飞成功后才能改变。
      人类在掌握了一次性使用的宇宙飞船技术之后,就追求像在大气层中多次飞行的飞机一样能在太空重复使用的航天器,以降低发射成本和便于载人航天,于是就开始了航天飞机的研制。20世纪70年代至80年代,除美国外,苏联、法国、日本等国也相继开始研制航天飞机,但由于技术、经济等原因,直到目前只有美国和苏联制造了航天飞机,真正投入使用的仅为美国。苏联研制的暴风雪号航天飞机仅于1988年11月15日发射升空,在距地面250千米的圆形轨道上绕地球飞行两圈、历时3小时25分后,准确降落在离发射点12千米外的混凝土跑道上,完成了一次无人驾驶的试验飞行,并未投入使用。
      1981年4月12日,世界上第一架航天飞机哥伦比亚号试飞成功。它从佛罗里达州肯尼迪航天中心起飞,在航天员约翰·杨和罗伯特·克里平的驾驶下进入距地面277千米的近地圆形轨道,环绕地球飞行了36圈,航程160.9万千米,历时54小时30分钟,最后降落在加利福尼亚州爱德华兹空军基地。
      继哥伦比亚号之后,美国依次投入使用的每架耗资20亿美元的航天飞机是:1983年首飞的挑战者号,1984年首飞的发现号,1985年首飞的阿特兰蒂斯号和1992年首飞的奋进号。1986年挑战者号爆炸,2003年哥伦比亚号坠毁,随后只剩下其他三架航天飞机。这种有翼式载人航天器,在完成航天飞行任务后,能在一般机场滑行降落。它在起飞和入轨的上升阶段使用火箭技术,在轨道飞行阶段运用航天技术,而在再入大气层后的滑翔飞行和水平着陆阶段却采用航空技术,曾是当代最先进、最复杂的载人飞行器。
      由于航天飞机系统设计复杂、技术难度大、零部件易耗损,故而返回地面以后要进行大量维修工作,致使每架发射时间的间隔拉长,每年仅能进行大约5~7架次的发射。在载人航天器中,它是运载航天员进入太空人次最多的一种。航天员共计在航天飞机上释放和回收了上百颗不同用途的人造卫星,向地球轨道发射了哈勃、康普顿、钱德拉三座太空望远镜,向深空发射了“麦哲伦号”金星探测器、“伽利略号”木星探测器、“尤利西斯号”太阳探测器等,在太空多次维修哈勃望远镜,还进行了绳系卫星的发电试验。它们多次运载组件飞赴建设中的国际空间站,使空间站具备了航天员长期居住和工作的基本条件。如果没有航天飞机巨大的运载能力,国际空间站是建不起来的。正因为航天飞机铸就了多项太空辉煌,才被美国视为是继“阿波罗号”飞船载人登月之后空间时代的第二个里程碑。五架航天飞机中,发现号是执行任务最多、将航天员送上太空最多的一架,它先后共执行了39次升空任务,在五架航天飞机中是出勤率最高的(排在第二位的是飞行33次的阿特兰蒂斯号,排在第三位的是飞行28次的哥伦比亚号,排在第四位的是飞行25次的奋进号,排在第五位的是飞行10次的挑战者号)。在39次飞行中,发现号总计运送过252名航天员进入太空,共在太空度过了365个日夜,环绕地球运行5830圈,飞行里程2.38亿千米,相当于往返月球310次。发现号曾在太空释放多种航天器,是第一个与俄罗斯“和平号”空间站实现对接的航天飞机,还给国际空间站运送过日本的“希望号”实验舱主体部分等构件。
      美国最早毁掉的航天飞机是挑战者号。1986年1月28日,挑战者号从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射进行第10次飞行时,开始一切正常,谁知升空73秒后,突然一声爆炸,出现了机毁人亡的悲惨景象,致使七名航天员全部丧命。这一可怕事故在世界航天史上留下了深沉的烙印。
      事过17年之后,美国又毁掉了哥伦比亚号航天飞机。2003年2月1日,哥伦比亚号在第28次飞行的返回地面途中,于得克萨斯州上空63千米处突然解体,致使五男二女共七名航天员全部遇难。令人痛心和遗憾的是,事故发生在它遨游太空16个昼夜后,离回家仅差16分钟的时间。
      后经调查分析认为,造成哥伦比亚号失事的直接原因是该机1月16日发射升空81.7秒后,推进剂外挂贮箱表面脱落一块泡沫材料。这块材料撞击导致航天飞机左翼前缘的热保护系统形成裂孔。哥伦比亚号在太空运行时,几乎处于真空状态,裂孔暂无大碍,可到返回途中再入大气层时由于摩擦产生的气动加热使受损部位温度高达1300℃~1600℃,造成内部线路和金属部件熔化,终致结构破坏而解体。
      接受哥伦比亚号失事的教训,美国航天专家耗资13亿美元对外挂贮箱的泡沫材料做了改进,但收效不大。这在此后的三架航天飞机的飞行中都表现了出来,只是脱落的材料未直接击中其要害部位而已。按照美国原来计划,航天飞机寿命最长为20年,每架应飞行100次,但由于成本高、风险大,至今30年来五架航天飞机累计才飞行了135次。不过,总的来看,美国的航天飞机还是交出了不俗的成绩单。
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