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第15章 来去自由的航天飞机(3)

科学家们认为,这次完全靠地面控制中心遥控机上电脑系统,在无人驾驶的条件下自动返航并准确降落在狭长跑道上,其难度要比1981年美国航天飞机有人驾驶试飞大得多。首先,“暴风雪”号的主发动机不是装在航天飞机尾部,而是装在“能源”号火箭上,这样就大大减轻了航天飞机的入轨重量,同时腾出位置安装小型机动飞行发动机和减速制动伞。其次,“暴风雪”号着陆时,可用尾部的小型发动机做有动力的机动飞行,安全准确地降落在狭长跑道上,万一着陆姿态不佳,还可以将航天飞机升起来进行第二次着陆,从而提高了可靠性。而美国航天飞机靠无动力滑翔着陆只能一次成功。第三,“暴风雪”号能像普通飞机那样借助副翼、操纵舵和空气制动器来控制在大气层内滑行,还准备有减速制动伞,在降落滑跑过程中当速度减慢到50千米/小时时自动弹出,使航天飞机在较短距离内停下来。

“暴风雪”号首航成功,标志着前苏联航天活动跨入一个新的阶段,为建立更加完善的天地往返运输系统铺平了道路。原计划一年后进行载人飞行,但由于机上系统的安全可靠性尚未得到充分保证,加之其后政治和经济等方面的原因,载人飞行的时间便推迟了。

航天飞机与宇宙飞船的区别

航天飞机与宇宙飞船,二者最主要的区别是用途不同:航天飞机是运载火箭的升级产品,用途是将地面物体送至地球轨道,也就是说,航天飞机往返于地面与地球轨道之间;而宇宙飞船则是在外太空之间飞行使用的,比如从地球飞往比邻星……由于用途的不同,它们的结构、工作方式、外形也有很大不同。航天飞机最需要的是脱离地球引力,因此它有自己的动力系统和巨大的外挂燃料箱,为了减少空气阻力并在降落时充分利用空气动力,航天飞机有着非常漂亮的气动外形。宇宙飞船也有动力系统,但现阶段的动力源主要是太阳能电池,因此不需要外接动力源,而且宇宙飞船是在外太空飞行,外形没特殊要求,因此看起来比较丑。大家在科幻小说尤其卡通片中看到的那种通用的宇宙飞船,估计在短期内难以被制造。

美国航天飞机大事记

自从1981年美国首架航天飞机发射以来,航天飞机发射已成为美国载人航天事业的一道独特“风景线”。下面是曾引起新闻轰动的历史瞬间:

1981年4月12日,第一架实用航天飞机“哥伦比亚”号首次升空,2天的飞行主要验证其安全发射和降落的能力,这开创了人类航天的一个新时代。

1983年8月30日,“挑战者”号航天飞机首次实现黑夜发射,6天后又在黑夜降落,宇航员队伍中的布拉福德是第一位“登天”的黑人。

1984年2月3日,“挑战者”号再次发射,在7天的飞行任务中宇航员首次进行了不系带的太空行走,此后宇航员“太空漫步”成为航天飞机任务中经常出现的画面。

1984年10月5日,又是“挑战者”号首次搭载了7名宇航员升空,其中女宇航员凯瑟琳·苏利文成为第一位太空行走的女性,从此航天飞机经常运送7名宇航员。

1986年1月28日,“挑战者”号在升空73秒后爆炸,7名宇航员全部罹难,此后美航空航天局暂停了航天飞机发射任务。

1988年9月28日,“发现”号在航天飞机任务中止32个月后升空,5名宇航员释放了一颗卫星,并完成了几项科学实验,这标志着航天飞机项目再次走上正轨。

1990年4月24日,“发现”号航天飞机将“哈勃”太空望远镜送上轨道,人类有了观察遥远宇宙的“火眼金睛”。

1992年9月12日,“奋进”号升空,这架航天飞机成为宇航员马克·李和简·戴维斯的“婚礼特快”,这2位宇航员是第一对在太空缔结良缘的夫妇。

1995年6月27日,“亚特兰蒂斯”号发射,它实现了航天飞机和俄罗斯的“和平”号轨道空间站首次对接,美国和俄罗斯宇航员在外太空互相“串门”,新闻评论说“冷战”已在地球之外结束。

1996年11月19日,“哥伦比亚”号发射,共飞423小时53分钟,创造了航天飞机停留外太空时间最长的纪录。

1998年10月29日,“发现”号搭载着77岁的参议员约翰·格伦起飞。格伦是曾搭乘“水星”飞船升空的美国首名宇航员,这次他又成为最高龄的“太空人”。

1999年7月23日,“哥伦比亚”号发射,这次指挥它的是艾琳·柯林斯,标志着女性首次成为航天飞机的机长。

2003年2月1日,“哥伦比亚”号在返回地面过程中于空中解体,7名宇航员全部罹难。

2005年8月9日,美国“发现”号航天飞机在美国加利福尼亚州的爱德华兹空军基地安全降落,结束了长达14天的太空之旅。这是自“哥伦比亚”号航天飞机失事后,美国航天飞机首次顺利地重返太空,并且平安回家。

2006年17日,“发现”号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心成功着陆。此次“发现”号顺利完成国际空间站维修和建设任务,并为国际空间站送去1名宇航员。

2009年,美国东部时间5月11日下午2时左右,美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空,机上7名宇航员将对哈勃太空望远镜进行最后一次维护。美国西部时间24日8时39分,“亚特兰蒂斯”号航天飞机载着7名宇航员安全降落在加利福尼亚州爱德华兹空军基地,圆满完成了对哈勃太空望远镜最后一次维护的飞行任务。

2009年7月15日(北京时间16日6时3分),美国“奋进”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心成功升空,启程前往国际空间站日本舱安装最后一个组件。

2009年8月,美国东部时间28日23时59分(北京时间29日11时59分),美国“发现”号航天飞机搭载7名宇航员,从肯尼迪航天中心发射升空前往国际空间站,运送数吨的补给和设备。此前,“发现”号的发射已3次被延迟。25日因为天气状况推迟,随后于26和28日两度推迟,主要原因是装有液体氢的燃料箱阀门出现问题。

2009年9月,美国东部时间11日晚间7时47分(北京时间12日上午7时47分),“发现”号开始点火进行变轨,于当天晚间8时53分(北京时间12日上午8时53分)在爱德华兹空军基地安全着陆。

未来航天飞机大猜想

未来的航天飞机将是什么样子,人们已设想出了它的大致蓝图。

这种飞机不再需要火箭助推了,它可以从世界上任何一个较大的机场起飞,然后加速至音速的许多倍,在大气层外飞行,然后穿过大气层降落。因为用火箭助推器的航天飞机,使用起来很不方便,世界上只有很少的地方有大型火箭发射场,更谈不上将这种飞机用于民航载客运货了。

幻想未来的航天飞机除了“三角快帆”的垂直发射和母船式发射器的构想外,美国科学家还提出三种可供重复使用的发射器方案:一是带翼单级入轨火箭。从发射坪上垂直起飞,然后滑回跑道着陆。这种选择方案带来短而大的机翼和起落架的额外负荷,而不是德尔塔“三角快帆”火箭所需要的以减速使尾部先着陆的额外燃料。二是吸气式单级入轨火箭。它在以跑道为基础的入轨飞行后,使用一个小火箭。这种X—30国家空天飞机方案寻求开发一种飞行器,它使用的冲压式喷气发动机和超音速冲压式喷气发动机燃烧氢和空气的混合气体,从而无需携带大量液氧。三是垂直发射,跑道着陆,无翼宇宙飞行和高空飞行两用机。致力于这种飞行器研究的洛克希德公司称它为航空弹道火箭。它的尾部可容纳几个矩形火箭推进器。这些方式可大大减少航天器的发射成本。

美国人为了保持领先地位,首先开始了新的计划。这个计划有一个很怪的名字“铜谷”,这种新式飞机不再叫航天飞机了,而叫国家空天飞机。它以氢作燃料,由人驾驶从地球的机场上起飞,加速到大大超过音速的速度,在大气层外绕地球飞行;如果用它来做客机,便给它一个更妙的名字“东方快车”。乘坐这种飞机旅行,从美国的首都华盛顿到中国的首都北京只需2个小时。坐着它,一天可以绕地球好几圈。

这种飞机以氢作燃料,让它与空气混合燃烧,以推动飞机前进。到目前为止,氢是世界上能够找到的最好的燃料。它燃烧后产生水蒸气,不破坏地球的环境。缺点是体积太大,用它作燃料,要占用飞机上的许多空间。不过科学家想出了一种办法,不但使气体状态的氢冷冻到了液态,而且将液态冷冻成了固态,空天飞机就可用一半的液态氢与一半的固态氢混合在一起做燃料了,他们给这种燃料取了一个名字叫氢浆。

目前,美国人正在进行空天飞机的研制,初步计划,1993年作第一次试验飞行,如果能成功的话,人们环绕地球的旅行便会变得十分方便。

在美国大力发展空天飞机的同时,西方先进的工业国家也开始发展自己的空天飞机计划。

欧洲空间局计划制造一种叫“赫尔墨斯”的空天飞机。这种飞机只有15米长,能把3名乘员和约2吨重的东西送入太空,绕地球飞行,准备1998年开始正式载人飞行。

德国的空天飞机很有特点,用“桑格尔”命名,以纪念杰出的航天先驱桑格尔。它分成两级,货机载于有人驾驶的母机上,由母机背上起飞送上太空,货机无人驾驶,可以将1.4吨重的东西送入太空。

英国人的计划与美国人的类似,他们准备制造一架“霍托尔”空天飞机,能水平起飞和降落,使用液氢和液氧作燃料,能够将11吨的货物运上太空。

日本的航天技术起步较晚,他们的方案也要落后一些,仍用火箭发射航天飞机上天,不过是将航天飞机装在火箭的头部发射的。

水平起降的空天飞机对人类有极大的吸引力,同时它的技术难度也非常大。比如,它的发动机与目前世界上任何发动机都不同,制造难度最大,因为当飞机以音速的十几倍速度飞行时,常常会使发动机熄火。由于空天飞机的速度达到了十几倍音速,地面上的一些实验设备无法胜任实验任务。目前,美国人主要是利用世界上最快的计算机进行设计和计算,这种计算机可以每秒做数学计算10亿次,尽管如此,仍嫌计算机速度不够快。

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