航天飞机:一段苦涩插曲
时间：2020-12-08 16:08:29 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
2011年7月21日，“亚特兰蒂斯”号成功返航，夹杂于鲜花和掌声中的，更多却是公众和研究者惆怅失落的目光。按照美国航天规划，航天飞机至此全部退役。
高昂的成本和安全隐患，使航天飞机终成人类航天征途上的苦涩插曲。
“亚特兰蒂斯”号，是美国投入使用的第四架航天飞机，专业名称为OV-104，即“轨道飞行器104”，净重约68.6吨，曾将“伽利略”号木星探测器、“麦哲伦”号金星探测器和“康普顿”伽马射线望远镜送入太空，并多次执行国际空间站建设任务。
航天飞机曾是美国引以为傲的科技霸主象征，更为直白的称呼是“太空梭”，可重复使用，并往返于太空和地面之间。它结合了运载火箭、载人飞船和航空飞机等多种功能，能够把人造卫星等航天器送入太空，也能在轨道上运行，同时还可以在大气层中滑翔着陆。自1981年4月12日第一架航天飞机“哥伦比亚”号升空后，航天飞机家族安装和维修“哈勃”太空望远镜、建设国际空间站等功绩均被写入人类认识宇宙的历史进程中。
继阿波罗登月计划之后，航天飞机被看做是空间时代的第二个里程碑，这也激发了美国公众的爱国情绪。但业内对航天飞机争议不断，尤其是1986年“挑战者”号爆炸和2003年“哥伦比亚”号解体事故，使业内更加坚信其安全性和可靠性都远低于相对简单的载人飞船。
曾参与航天飞机计划的航天员希勒斯在对媒体回顾整个航天飞机计划时表示， 这计划最重要的贡献就是让美国人把在太空中运作和组装变成一门高级艺术，“如果我们要到其他地方去，例如火星，我们将需要在轨道上组装飞船，我们现在知道怎么做了。”
但是，经费和安全因素却追逼航天飞机退役，中国科学院国家空间科学中心主任、国际宇航科学院院士、美国电气和电子工程师协会（IEEE）高级会员吴季告诉《财经》记者，冷战结束，政治驱动力减弱亦是其退役的重要原因之一。另外，航天飞机对美国在外交、科技以及激励青少年方面作用巨大。但如果总是重复同一个动作，公众关注度就会下降，正如美国在2004年论证新的航天远景时提到的，其在300公里－400公里近地轨道上逗留时间太长了，公众已失去了兴趣。
美国对于实惠的计较终于超越了政治。但航天飞机的终结并未打击美国欲登陆更遥远莫测的火星再次引领世界航天走向的雄心。
可重复但不经济
可重复使用是航天飞机的初衷之一，此举理论上可节约发射费用。但事实上航天飞机发射和维护成本高昂，其助推火箭和外部燃料箱等主要部件的重复使用亦难实现。加之30年中，美国5架航天飞机总共只飞行了135次，而每架航天飞机的设计使用寿命是100次，这就使得航天飞机的价值大打折扣。
航天飞机设计堪称完美，由轨道飞行器、助推火箭和外部燃料箱三部分组成。1972年3月美国政府批准的航天飞机研制经费为51.5亿美元，但到1981年底已实际耗费100.84亿美元。实际上，自研发时日始，美国共为该项目支出1960亿美元，分摊到每次发射总成本上约15亿美元，仅发射费用一项每次就达5亿美元，其成本远超载人飞船。
吴季介绍，在研发测算中，航天飞机每次发射的费用仅数千万美元，但这是基于飞行100次的计算，并且没有充分考虑货币贬值和成本的提高。目前看即使通盘考虑人的运输和货运，也不如俄罗斯的“联盟号”和现在欧洲和日本的自动货运飞船来得经济。
当年美国决定研制航天飞机的主要理由之一是，采用重复使用技术，可以使货运每公斤单价从一次性运载火箭的几千美元，下降到600美元。但上世纪80年代货运单价实际差别之大令人吃惊。航天飞机的低轨道货运单价，包括航天员运费，按1984年值计为每公斤11600美元，与其他一次性使用的低轨道运载器的同年货运单价，比如美国大力神Ⅱ号火箭相比，后者仅为每公斤3326美元。前苏联质子号火箭为每公斤1866美元，中国长征二号为每公斤2860美元。
这意味着，美国航天飞机的货运费用是大力神Ⅱ号的2.2倍，是中国长征二号的2.6倍，是前苏联“质子”号的4倍。
不仅如此，实际上，如中国卫星和卫星返回技术专家王希季在其名为《重复使用的并不都是经济的》一文中所指，航天飞机减少了有效载荷。也就是说，为适应重复使用，航天飞机多出很多冗余设计，本来可以有102吨的载荷入轨，因其自重加大，真正运送入轨的重量只有28.5 吨，有效率仅为28％。
问题还在于，重复使用的航天硬件与一次性硬件相比，采用的技术种类多，要求寿命长和可靠性高，研制费用和生产费用较高；而只有在硬件有效寿命期间达到相当的使用次数，才能获得重复使用的经济性。
另外，美国宇航局（NASA）对其技术难度以及发射市场的需求量亦缺乏确切估计。由于航天飞机的工程进度远落后于原计划，而且卫星发射市场也比预期的小，因此，NASA对外收费价格从每次飞行收费3800万美元，到1985年就已涨至每次8700万美元。
中科院国家天文台研究员李竞对《财经》记者分析，世界上大概没有另外一个国家能撑得起航天飞机项目。美国是世界上唯一投入使用航天飞机的国家，前苏联只是制造了样机。
该计划最早的目的主要是争霸太空，美国为了拖垮前苏联。但有趣的是，美国航天飞机退役后，俄罗斯就成为唯一拥有能往返于地面和国际空间站的载人宇宙飞船的国家，“联盟”号飞船将负责把美国宇航员和物资送往国际空间站。根据美俄签订的合同，其付给“联盟”号的费用是：美国将为每位航天员每次升空向俄支付4340万美元，而到2016年，“联盟”号上的每个座位将高达6300万美元。
不过这也比航天飞机要经济得多，尽管其中还包括了俄方的利润。
过于复杂难保安全
航天飞机结构复杂，技术风险大，每架航天飞机有3500多个分系统、250多万个部件。它不仅应用了固体和液体的燃料， 一次使用的和重复使用的部件，而且还使用了最复杂的主发动机。
这也意味着系统的复杂度太高，可靠度很难达到要求，连航天飞机的设计师们都认为它是一个难以驯服的工具。
尤其是“挑战者”号爆炸事故后，暴露出大量复杂的隐患。该事故调查发现有750个事故隐患，甚至包括设计方案问题，如应急救生系统方案、低温环境下的固体火箭助推器密封圈方案等。
“挑战者”号失事的直接损失共14.2亿美元，其中包括一架航天飞机12亿美元、两颗卫星0.9亿美元、发射费1.3亿美元。
NASA在2010年的一份内部安全报告中指出，现在航天飞机的安全性比30年前提高了10倍，但发生灾难性事故的风险仍达九十分之一。
“哥伦比亚”号失事后，NASA组成调查组，对得克萨斯州和路易斯安娜州收集来的8.4万片飞机残骸重新按原位组装，提供实际数据进行分析，通过分析和再现模拟试验来论证事故原因。2003年8月26日，事故调查委员会公布了这起灾难的最终报告：“哥伦比亚”号升空81.7秒后脱落的一块泡沫材料撞击到航天飞机左翼前缘的隔热瓦形成裂缝。因此，当其重返大气层时，超高温气体从裂缝处进入机体，直接导致航天飞机解体。
此时，美国科技界和政界就发出声音要求重新评价航天飞机。而上世纪80年代中后期，中国航天专家在863计划出台后，就对载人航天技术途径进行反复论证，这其中即有航天飞机与载人飞船之争。
