命運多舛的航天飛機

在“阿波羅”登月計劃快要結束時，美國開始考慮其未來的太空計劃。當時美國太空計劃使用的是一次性火箭，但美國到此時已開始考慮采用一種更可靠、更便宜和可能重復使用的火箭。

1972 年，美國宣布要研發可重復使用的航天飛機（當時其名稱是空間運輸系統）：由外形酷似飛機的軌道器、一個外掛燃料貯箱和兩臺固體火箭推進器組成。

經過多年的建造、測試后，航天飛機終于起飛。最終，美國一共建造了5 架航天飛機。

航天飛機的主要部件

典型的航天飛機任務流程

進入軌道 從發射臺把航天飛機發射到上升軌道中。

軌道活動 宇航員在航天飛機上的活動。

重入地球大氣層

在地面著陸

一次典型的航天飛機任務持續7～14 天。

發射航天飛機

為了把航天飛機發射進距離地面185～643千米的軌道，需要用到以下組件：

兩臺固體火箭推進器

軌道器的三臺主發動機

外掛燃料貯箱

軌道器上的軌道機動系統

軌道器

進入太空后，根據任務目標，軌道器的貨艙門既可以面朝地球，又可以背對地球。事實上，在整個任務過程中航天飛機的姿態都可調整。航天飛機的機長要做的事情之一，就是打開貨艙門來給軌道器降溫。

航天飛機上的生活

航天飛機的軌道器必須提供與地球上類似的環境，必須有空氣、食物、水以及合適的溫度，必須處理好人體產生的廢物（二氧化碳和大小便），也必須防火。

合適的溫度是如何實現的？

軌道器靠外掛燃料貯箱提供液氧和液氫。外掛燃料貯箱位于機身中部。機艙加壓系統將氫、氧在一個大氣壓下以適當的比例混合。

軌道器內有5 圈風扇來循環空氣，這些空氣帶走二氧化碳、熱量及濕氣。

（1）多個二氧化碳吸收罐通過讓二氧化碳與氫氧化鋰反應來去除二氧化碳。這些罐子位于機組艙的下層甲板，每12 小時更換一次。

（2） 活性炭罐移除塵埃和泄漏的揮發性化合物。

（3） 位于下層甲板的座艙熱交換器降低艙內溫度，同時凝集濕氣，濕氣被吸濕器收集。吸濕器中的水被壓入分選離心機，該機器通過高速轉動來把水分分離出空氣。此后空氣被再循環，水則進入廢水箱。

11千克

航天飛機的燃料電池用液氧和液氫制造水，每小時制水量為11千克。水箱由氮氣加壓，這樣水能流到中層甲板供機組使用。

控溫

太空相當寒冷，軌道器不同部位的溫度變化劇烈。不過，電氣設備能為軌道器提供足夠的熱量，并且能排除多余的熱量，以穩定溫度。

食物

食物存儲在機組艙的中層甲板上，其中包括脫水食品、中水分食品、熱穩定食品、輻照食品和自然態食品。

防火

火是航天器在太空中最大的風險之一。軌道器中有頂級的防火、滅火系統。火熄滅后，空氣中的微粒和有毒物質會被專門的設備過濾掉。

保潔

軌道器必須保持清潔，因為在太空中飄浮的塵埃和碎屑可能造成危險。清潔、進食、工作都可能產生廢物。為了保潔，軌道器內配備了干濕、消毒、洗滌等各種擦拭布，還配備了各種清潔劑、消毒劑，以及干濕吸塵器和多種過濾器。垃圾被裝進干濕兩種袋子，其中濕垃圾袋被放進蒸發器去除水分。所有垃圾袋最終都被放進下層甲板，送回地球處理。來自衛生間的固體廢物經壓實、干燥后放進垃圾袋，送回地球后焚燒。來自衛生間的液體廢物進入廢水箱，排出航天飛機。

航天飛機上的工作

航天飛機的設計任務也包括部署或取回人造衛星、把負載送進地球軌道和在太空做實驗。當需要更多的任務空間時，就需要用到安裝在貨艙里的太空實驗室艙。機組艙的中層甲板上有通道通往這個艙。不過，在2003 年哥倫比亞號航天飛機事故中太空實驗室艙損毀，此后大多數太空實驗都在國際空間站上進行。

航天飛機返回地球

航天飛機要成功返回地球，并不是一件容易事。

首先，軌道器必須呈現合適的姿勢。開始時軌道器背對地球，機組點火軌道機動系統的發動機組，讓軌道器減速并轉向至面朝地球。此后要花大約25 分鐘，航天飛機才能到達地球大氣層的上層。在此期間內，機組點火反應控制系統的推進器組，使軌道器傾斜，讓軌道器以40°角朝向大氣層。

最終，機組燒盡前部反應控制系統剩余的燃料，以此作為一種安全防范，因為該系統所在部位在航天飛機返回地球的過程中會極大升溫。因為航天飛機的移動速度高達大約每小時2.8 萬千米，所以軌道器會沖擊空氣，與大氣層摩擦生熱（溫度可達大約1650℃）。軌道器表面覆蓋有陶瓷絕緣材料，使軌道器能承受這樣的高熱。

在返回地球過程中，后部噴氣射流會讓軌道器保持適當的角度。軌道器周圍大氣層的熾熱電離氣體會導致航天飛機與地面的無線電通信中斷大約12 分鐘。在重入地球大氣層成功后，軌道器能夠像飛機那樣飛行。這便是航天飛機既是航天器又是航空器的原因。

“挑戰者”號的悲劇

1986 年1 月，美國向太空發射了一艘航天飛機——“挑戰者”號。由于低溫導致“挑戰者”號航天飛機密封橡膠圈縮小，無法密封航天飛機上的連接部位。在“挑戰者”號升空過程中，熾熱氣體從推進器的一個節點逸出，沖破了外部燃料箱，點燃了箱中的液氫燃料。挑戰者號因此爆炸、解體，機上7 名航天員全部殞命。

“哥倫比亞”號的災難

2003 年2 月，“哥倫比亞”號航天飛機重入地球時在距離地面6000 米的高空中解體，機上7 名宇航員喪生。經調查發現，在“哥倫比亞”號發射時，從外部燃料箱上墜落的絕緣泡沫材料擊中了航天飛機的左翼，損壞了機翼上的隔熱瓦。當“哥倫比亞”號重入地球時，熾熱氣體經過機翼上的受損區域進入機翼內部，“哥倫比亞”號最終失控而爆炸、解體。

退出歷史舞臺

雖然后來的航天飛機設計制造吸取了上述教訓，但航天飛機的缺點不斷暴露，尤其是航天飛機能搭載入軌的負載量很有限。航天飛機并非是重型運載工具，不能逃出地球的引力場，無法進入能前往月球或火星的軌道。因為這些原因，航天飛機的研發和制造已經全面停止。

（編輯：王川）