四十年前的航天奇觀：“雙機(jī)”展翅飛藍(lán)天

□ 黃昏晨鐘

四十年前的航天奇觀：“雙機(jī)”展翅飛藍(lán)天

□ 黃昏晨鐘

“母機(jī)”帶“小機(jī)”

40年前的1977年，世界上第一種航天飛機(jī)在美國(guó)進(jìn)入了研制的沖刺階段。

早在前一年的3月12日，羅克韋爾國(guó)際公司就按照和美國(guó)宇航局簽訂的合同，在加利福尼亞州莫哈韋沙漠的棕櫚谷裝配廠總裝完成了一架原型機(jī)，即全尺寸軌道器，編號(hào)OV-101，美國(guó)宇航局取名為企業(yè)號(hào)（Enterprise）。同年9月17日，也就是航天飛機(jī)計(jì)劃被批準(zhǔn)的四年零九個(gè)月后，“企業(yè)號(hào)”在樂(lè)隊(duì)吹奏的電視片《星際航行》的主題樂(lè)曲聲中緩緩駛出總裝車間，展現(xiàn)在人們面前。

1977年1月31日，“企業(yè)號(hào)”從棕櫚谷裝配廠運(yùn)往德賴登飛行研究中心。裝配廠距離德賴登飛行研究中心不到60千米，可是要從陸路運(yùn)輸這個(gè)重達(dá)68噸、翼展24米、高17.4米的龐然大物真是費(fèi)了一番功夫。啟運(yùn)前，有關(guān)人員對(duì)沿途道路進(jìn)行了全面細(xì)致的勘查、修整，加強(qiáng)了薄弱路面，清理、轉(zhuǎn)移了電線桿、廣告牌等所有可能造成影響的障礙物。運(yùn)輸當(dāng)天，“企業(yè)號(hào)”由一輛履帶式運(yùn)輸車牽引，以每小時(shí)4.8千米的速度緩緩而行。在它前面，州警察駕駛巡邏車和摩托車為其開(kāi)道，后面是防爆警備隊(duì)和羅克韋爾公司技術(shù)人員乘坐的大客車壓陣。道路兩側(cè)也布置了嚴(yán)加防范的警察，空中甚至還有警察和空軍的直升機(jī)擔(dān)任警戒。這種聲勢(shì)浩大的場(chǎng)面吸引了道路兩旁的行人爭(zhēng)相圍觀。

▲ 參加第一次載人飛行試驗(yàn)的海斯（左）和富勒頓

這次罕見(jiàn)的運(yùn)輸，順利把“企業(yè)號(hào)”送到了德賴登飛行研究中心，目的是接受進(jìn)場(chǎng)和著陸等一系列試驗(yàn)，驗(yàn)證它在沒(méi)有動(dòng)力的情況下重返大氣層以后的滑翔性能。可是“企業(yè)號(hào)”本身不帶噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，怎么升到空中參加試驗(yàn)?zāi)兀窟@個(gè)問(wèn)題不用擔(dān)心，美國(guó)宇航局的專家們?cè)缇拖牒昧艘粋€(gè)絕妙的辦法——用噴氣式飛機(jī)把“企業(yè)號(hào)”運(yùn)到天上去。

▲ “企業(yè)號(hào)”飛越曼哈頓上空

這種“母機(jī)”帶“小機(jī)”的技術(shù)可不是專家們的異想天開(kāi)，它早在第一次世界大戰(zhàn)中期就出現(xiàn)了，具有一定理論基礎(chǔ)，技術(shù)也比較成熟。美國(guó)后來(lái)的兩種火箭飛機(jī)都是靠這種技術(shù)帶到空中的，一種是1946年實(shí)現(xiàn)首次超音速飛行的X-1，由B-29帶到空中；另一種是多次創(chuàng)造世界飛行速度和高度的X-15，攜帶它的是B-52。

▲ 運(yùn)輸途中的“企業(yè)號(hào)”

妙在一舉兩得

決定用大飛機(jī)運(yùn)載航天飛機(jī)后，選型標(biāo)準(zhǔn)也隨之確定了，一是具備與航天飛機(jī)質(zhì)量相當(dāng)?shù)倪\(yùn)載能力，二是要有一定的巡航速度和較大航程，三是具備較高的安全性和可靠性。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，美國(guó)宇航局購(gòu)買了一架美國(guó)波音公司的B-747客機(jī)作運(yùn)載機(jī)。

B-747采用懸臂式下單翼、低置平尾、單垂尾和翼吊式發(fā)動(dòng)機(jī)的總體布局。翼展59.64米，機(jī)長(zhǎng)72.66米，機(jī)高19.33米，最大起飛質(zhì)量37950千克，最大商載63730千克，最大平飛速度每小時(shí)969千米，航程10560千米。客艙分上下兩層，容積789立方米，可載555名乘客。

飛機(jī)有了，采用什么樣的攜帶方式又成了問(wèn)題。以前的試驗(yàn)都是“小機(jī)”懸掛在“母機(jī)”機(jī)翼下，可是航天飛機(jī)軌道器的尺寸大，如果也懸掛在機(jī)翼下的話必須要配平，將增加“母機(jī)”的載荷質(zhì)量。另外，采取機(jī)腹掛裝的辦法也很困難，而且起降過(guò)程中難以保證飛行安全。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，最后確定了馱運(yùn)方式，就是用“母機(jī)”把“企業(yè)號(hào)”“背”到天上去。它的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)場(chǎng)和著陸試驗(yàn)時(shí)飛機(jī)的中心容易得到控制，容易確保穩(wěn)定性；飛行中軌道器容易與“母機(jī)”分離；改裝時(shí)不用作太多改動(dòng)，不會(huì)影響飛機(jī)的主要性能；在后來(lái)的改裝時(shí)只為薄弱的地方增設(shè)了加強(qiáng)筋，在水平尾翼外端加裝了垂直安定面，在機(jī)身背部安裝了用于固定航天飛機(jī)的支架。改裝后，第一架航天飛機(jī)馱運(yùn)機(jī)命名為NASA905。

后來(lái)多年使用的結(jié)果證明，對(duì)現(xiàn)成的大型客機(jī)進(jìn)行改裝不僅費(fèi)用低、周期短、成功率高，而且能立即投入使用。1988年美國(guó)宇航局又訂購(gòu)了一架飛行了32000多小時(shí)的B-747飛機(jī)，花費(fèi)5500萬(wàn)美元改裝成了第二架航天飛機(jī)馱運(yùn)飛機(jī)，命名為NASA911。

用飛機(jī)馱運(yùn)航天飛機(jī)的辦法妙就妙在它能一舉兩得：不僅解決了軌道器空中飛行試驗(yàn)的難題，而且從根本上解決了它從發(fā)射場(chǎng)到裝配廠之間的往來(lái)運(yùn)輸問(wèn)題。因?yàn)楹教祜w機(jī)投入使用后，軌道器要經(jīng)常往來(lái)于工廠和發(fā)射場(chǎng)之間，如果飛行中出現(xiàn)意外，緊急降落在世界各地的備用機(jī)場(chǎng)也需要一種簡(jiǎn)便的辦法把它運(yùn)回美國(guó)。因此最初有人設(shè)想在軌道器上安裝一臺(tái)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，讓軌道器像普通飛機(jī)一樣來(lái)回飛行，可是后來(lái)發(fā)現(xiàn)這個(gè)想法不可取。要安裝噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)就必須對(duì)軌道器作大“手術(shù)”，拆掉很多東西，包括三臺(tái)主發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)翼和反作用控制系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑貯箱等。也有人提出用氣墊船從海上運(yùn)輸?shù)霓k法，卻需要很大投資和較長(zhǎng)時(shí)間。專家們經(jīng)過(guò)比較，最后一致認(rèn)為飛機(jī)馱運(yùn)是最佳選擇。

▲ 在B-747機(jī)身背部安裝了用于固定“企業(yè)號(hào)”的支架

▲ 在B-747水平尾翼外端加裝了垂直穩(wěn)定面

▲ X-1由B-29帶到空中

▲ “企業(yè)號(hào)”以機(jī)頭抬高六度的姿態(tài)牢固地“趴”在B-747的背上

緊張忙碌了一年

“企業(yè)號(hào)”運(yùn)到德賴登飛行研究中心后，先用升降設(shè)備把它提升起來(lái)，再把B-747拖到它下面，然后固定在一前兩后的三個(gè)支架上，這樣“企業(yè)號(hào)”就以機(jī)頭抬高六度的姿態(tài)牢固地“趴”在B-747的背上。為了安全起見(jiàn)，兩機(jī)“聯(lián)姻”后先進(jìn)行了三次滑行，確認(rèn)沒(méi)問(wèn)題后才開(kāi)展飛行試驗(yàn)。

1977年2月18日上午8時(shí)30分，世界上最大的雙機(jī)系統(tǒng)——182噸的B-747客機(jī)和68噸的“企業(yè)號(hào)”軌道器，在四臺(tái)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)下呼嘯著沖向愛(ài)德華茲空軍基地上空，開(kāi)始第一次無(wú)人機(jī)載飛行試驗(yàn)。它在4900米高空以460千米的時(shí)速環(huán)繞基地飛行了約兩個(gè)小時(shí)后安全降落。

這次絕妙的飛行試驗(yàn)相當(dāng)成功。機(jī)上各種儀表對(duì)數(shù)據(jù)的分析表明，“企業(yè)號(hào)”的氣動(dòng)特性與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完全一致。飛行員報(bào)告說(shuō)，雙機(jī)的總質(zhì)量比B-747從洛杉磯到倫敦航行時(shí)滿載貨物還輕，甚至感覺(jué)不到它上面背著一架大型航天器。

1977年6月18日，在五次無(wú)人機(jī)載飛行試驗(yàn)都取得令人滿意的結(jié)果，以及后續(xù)進(jìn)行的一系列地面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，B-747馱運(yùn)“企業(yè)號(hào)”進(jìn)行了第一次載人飛行試驗(yàn)。飛行指令長(zhǎng)是參加過(guò)“阿波羅16號(hào)”登月飛行的弗雷德·華萊士·海斯，駕駛員是查爾斯·戈登·富勒頓。為了能在意外情況下確保飛行員的生命安全，“企業(yè)號(hào)”專門安置了彈射座椅和逃離出口。萬(wàn)一飛行中遇到危險(xiǎn)，指令長(zhǎng)和駕駛員頭頂艙壁上的兩塊彈射板將被彈掉，露出兩個(gè)逃逸出口，眨眼間兩具彈射座椅就能將他們彈射出去，然后安全著陸。

▲ 在T-38護(hù)航飛機(jī)的陪伴下“企業(yè)號(hào)”成功著陸

▲ 準(zhǔn)備安裝在“企業(yè)號(hào)”尾部的整流罩

▲ “企業(yè)號(hào)”與B-747成功分離

第一次載人飛行試驗(yàn)持續(xù)了56分鐘，完成了顫振試驗(yàn)、陀螺儀試驗(yàn)等項(xiàng)目。此后，“企業(yè)號(hào)”又進(jìn)行了兩次同類型試驗(yàn)，試驗(yàn)了分離操縱、自動(dòng)著陸、放下起落架等操作，為后面的首次自由飛行試驗(yàn)作好了技術(shù)準(zhǔn)備。

1977年8月12日，“企業(yè)號(hào)”進(jìn)行了首次自由飛行試驗(yàn)。為了確保這次關(guān)鍵試驗(yàn)飛行成功，“企業(yè)號(hào)”采取了一些技術(shù)保障措施，包括尾部加裝了整流罩，以便形成平滑氣流，減少兩機(jī)組合后產(chǎn)生的氣動(dòng)阻力；專門設(shè)置了一套自動(dòng)飛行控制與導(dǎo)航系統(tǒng)，能從地面發(fā)射電子波束始終瞄準(zhǔn)軌道器，以便萬(wàn)一手動(dòng)控制失靈時(shí)，地面人員可以依靠波束制導(dǎo)，幫助飛機(jī)自動(dòng)著陸。

當(dāng)天上午8點(diǎn)，在五架T-38護(hù)航飛機(jī)的陪伴下，B-747飛機(jī)馱著“企業(yè)號(hào)”沿著跑道平穩(wěn)起飛，47分鐘后爬升到6949米高空。當(dāng)“企業(yè)號(hào)”上的電源和所有飛行控制系統(tǒng)都正常運(yùn)行后，B-747開(kāi)始俯沖，分離倒計(jì)時(shí)為0時(shí)，海斯按下了“企業(yè)號(hào)”控制面板上的發(fā)射按鈕。剎那間，七支分別安裝在三個(gè)支座上的爆炸螺栓起爆，干凈利索地完成了分離動(dòng)作，雙機(jī)上的飛行員卻只感到了適度的撞擊力。海斯和富勒頓稱贊說(shuō)：“妙極了，‘企業(yè)號(hào)’是一架很穩(wěn)定的飛機(jī)。”

脫離B-747后，“企業(yè)號(hào)”徑自向前飛去，機(jī)頭向下接連完成了兩個(gè)90度右拐彎，兩分鐘后進(jìn)入著陸階段。等到看見(jiàn)跑道時(shí)，海斯趕緊減速降低高度，而“企業(yè)號(hào)”仍以極高的速度向跑道沖去，結(jié)果沒(méi)在預(yù)定時(shí)間著陸在預(yù)定地點(diǎn)，而是以每小時(shí)338千米的速度在跑道上滑行了2743米，眼看就要沖出跑道時(shí)才停下。整個(gè)飛行過(guò)程歷時(shí)5分28秒。

首次自由飛行之后，“企業(yè)號(hào)”又放了四次“單飛”。最后兩次自由飛行和前三次相比有些不同，一是“企業(yè)號(hào)”尾部沒(méi)有再加裝整流罩；二是第五次不像以往那樣降落在寬闊的湖床上，而是降落在長(zhǎng)度有限的水泥跑道上。

五次自由飛行試驗(yàn)完全成功，證明軌道器具有良好的亞音速適航性，以及機(jī)上儀器設(shè)備的可靠性。因此，美國(guó)宇航局取消了后續(xù)的三次飛行，并宣布從1977年2月18日開(kāi)始的著陸進(jìn)場(chǎng)試驗(yàn)圓滿結(jié)束。

接著，“企業(yè)號(hào)”又在1977年11月15日至18日，連續(xù)四天進(jìn)行了遠(yuǎn)距離運(yùn)輸試驗(yàn)，最長(zhǎng)時(shí)間為4小時(shí)13分，最大時(shí)速667千米，最大高度8000多米。 緊張忙碌了一年，“企業(yè)號(hào)”圓滿完成了進(jìn)場(chǎng)著陸和運(yùn)輸飛行試驗(yàn)，被運(yùn)到德賴登飛行研究中心檢修。第二年3月，它搭乘B-747前往阿拉巴馬州的馬歇爾航天中心，與外掛推進(jìn)劑燃料貯箱和固體助推器總裝在一起，進(jìn)行了9個(gè)月的地面試驗(yàn)，之后它完成了使命被送進(jìn)機(jī)庫(kù)保存。

后面“真刀真槍”的軌道飛行試驗(yàn)在1981年由“哥倫比亞號(hào)”完成。★

責(zé)任編輯：薛滔