航天飞机中的各个细节（起底美苏两国疯狂的航天飞机）

航天飞机中的各个细节（起底美苏两国疯狂的航天飞机）1.2 美国航天飞机首飞过程及命运该计划的第二项又在后来的1980年获得批准 经过种种演变发展成了如今的国际空间站.1969年9月 太空任务组向尼克松提交了"太空运输系统"项目 也称"STS计划"(Space Transportation System). 按照该项目的规划 人类将在最早1983年 最迟不超过二十世纪末期登陆火星. 而为达成这一目标 "太空运输系统"项目将承担研发包含以下但不限于以下的分系统:美国航天飞机 (图片源自Simon Scarr)美国总统尼克松仔细审查了该项目计划书 出于经费考虑 最终尼克松否决了除第一项航天飞机项目以外的所有计划. 这就是美国航天飞机的由来.

本文总字数: 3467

预估阅读时间: 五分钟

01 美国航天飞机篇

1.1 美国航天飞机计划起源

上世纪六十年代末期 "阿波罗"飞船登月在即 美国决定再继续发展一种除"阿波罗"之外的太空计划 以确保美国继续对苏联保持一定的太空技术领先地位. 1969年2月 时任美国总统理查德·尼克松正式任命副总统斯皮罗·阿格纽（Spiro Agnew) 领导"太空任务组"(Space Task Group) 希望该由副国级领导的科学任务小组能够给美国提供一种除阿波罗以外的人类太空发展项目.

1969年9月 太空任务组向尼克松提交了"太空运输系统"项目 也称"STS计划"(Space Transportation System). 按照该项目的规划 人类将在最早1983年 最迟不超过二十世纪末期登陆火星. 而为达成这一目标 "太空运输系统"项目将承担研发包含以下但不限于以下的分系统:

1. 一种可以重复使用 成本低廉的用于往返地球表面与低轨道空间站的化学航天飞机
2. 一种离地面500公里的低地球轨道太空空间站 预计可以搭载6至12位乘客，并作为永久月球轨道站。该空间站将采用模块化设计可用于未来扩展 最终创建成一个50至100人的永久空间站.
3. 一种化学燃料的太空拖船，用于转移运输在低轨道太空空间站与更高的地球同步轨道(离地面约35000公里)之间移动机组人员和设备，也可以将其用作登月轨道到月球表面之间的运输.
4. 使用NERVA核动力发动机的星际飞船，用在运输低地球轨道与地球同步轨道 月球轨道或者太阳系中的其他行星轨道之间移动机组人员与补给品.

美国航天飞机 (图片源自Simon Scarr)

美国总统尼克松仔细审查了该项目计划书 出于经费考虑 最终尼克松否决了除第一项航天飞机项目以外的所有计划. 这就是美国航天飞机的由来.

该计划的第二项又在后来的1980年获得批准 经过种种演变发展成了如今的国际空间站.

1.2 美国航天飞机首飞过程及命运

1976年 第一架航天飞机企业号建造完成 企业号是一架测试样机 仅用于测试起降 不具备轨道运输能力. 在此基础上 美国建造了首批四架具有实际运载能力的航天飞机: 哥伦比亚号 挑战者号 发现号和亚特兰蒂斯号.

1981年4月12号 哥伦比亚号发射成功

1983年4月4号 挑战者号发射成功

1984年8月30号 发现号发射成功

1985年10月3号 亚特兰蒂斯号发射成功

好景不长 挑战者号在完成了三年九次的发射任务后 于1986年发射失败坠毁 造成七名机组成员死亡. 为补充挑战者号坠毁带来的发射损失 美国建造了第五架航天飞机奋进号 于1992年发射升空.

美国航天飞机发射升空 (图片源自网络)

2003年 哥伦比亚号在返航过程中坠毁 七名机组成员丧生. 最终造成两次十四名宇航员丧生 人们开始质疑航天飞机的安全性. 原计划五架航天飞机飞行五百次的目标也未能完成 在五架飞机飞行了135次后 最后一架航天飞机亚特兰蒂斯号于2011年退役.

美国航天飞机飞行总结 (原创图)

1.3 美国航天飞机结构及载荷详情

美国的航天飞机分为三个部分: 轨道器 助推火箭 外接燃料箱

航天飞机及轨道器结构图 (图片源自NASA)

轨道器 也就是我们狭义上说的航天飞机 最多可以乘载八人. 可以垂直起飞 水平滑翔降落. 自身拥有动力 配备三台液氢液氧火箭发动机RS-25. 三台RS-25发动机总计可以为航天飞机自身提供约5250千牛的海平面推力 即约525吨推力 支持重复点火. 在三台主推进火箭旁边 还有两台小推力的姿态调控火箭 用于轨道器在太空中调整姿态.

美国航天飞机后视结构 (图片源自NASA)

整个轨道器分上中下三层. 上层为主仓 包含飞行控制室、卧室、洗浴室、厨房、健身房(兼储物室)等. 中层也是航天员活动空间. 下层主要布置一些通风管道及设备等.

机体背部为一个长18米 宽4.6米的可自动展开载荷空间舱 用来存放需要投放的卫星设备及其他太空载荷 近地轨道可以装载25吨有效载荷. 左右两侧各有两扇铰接的载荷舱门铰接 并有了一定的气密性 以保护有效载荷在发射和重新进入大气返航期间不被加热损坏. 有效载荷固定在载荷托架中并被固定在纵梁上. 同时载荷舱门还充当了轨道飞行器热量的散热器 在到达一定轨道时打开进行飞船散热.

载荷舱里配置了一个机械臂 也叫外太空远程工作辅助系统(Remote Manipulator System 简称RMS). 由加拿大公司(Spar Aerospace)研制 宇航员可以操控机械臂进行大型的外太空作业.

外接燃料箱剖面图 (原创图)

外接燃料箱 我们经常航天飞机中间有一个巨大的红色壳体 实际上就是装满液氢液氧的外接燃料箱 由高强度铝合金制成. 为了提高航天飞机载荷量 NASA不断改进给外接燃料箱减重以增加载荷. 外接燃料箱里含有独立的两个液氧和液氢储藏箱. 液氧储藏箱直径8.4米 长16.6米 可以装载629吨液氧. 液氢储藏箱直径8.4米 长29.6米 可以装载106吨液氢.

最左侧为美国航天飞机固体助推火箭 (图片源自网络)

助推火箭 红色燃料箱两侧的巨型发动机为固体燃料助推器火箭 长45米 直径3.7米 装有500吨固体推进剂. 单台海平面推力达12500千牛 即1250吨推力 比冲242秒. 在距离地球表面46千米的高度内 承担着航天飞机80%的推力 此后固体助推火箭与航天飞机分离.

02 前苏联航天飞机篇

2.1 前苏联航天飞机计划起源

前苏联的轨道飞行器计划也叫"暴风雪"航天飞机计划. 相比于美国的航天飞机计划 前苏联的"暴风雪"航天飞机计划则显得断断续续. 早在上世纪五十年代末期 前苏联就已经有了航天飞机计划的雏形 希望发展一种可重复使用的飞行器 能向美国投掷核弹并能安全返航 但一直没有任何实际产物产出.

直到美国公布了太空运输计划后 前苏联的军事顾问于国防部长震惊于美国航天飞机巨大的运载能力及重复使用能力 担心美国的航天飞机能突然从外太空进入大气层对前苏联投掷核弹. 1971年 前苏联"暴风雪"号计划正式立项.

左图为美国航天飞机 右图为前苏联"暴风雪"号航天飞机

最初 前苏联工程师不愿设计外观与航天飞机完全相同的航天器. 但随后进行的风洞测试表明 NASA的设计已经很理想. 也有传言 由于美国航天飞机计划前期保密不严 前苏联间谍组织克格勃趁机侵入美国麻省理工 加州理工等大学窃取了美国航天飞机的资料图纸.

1.2 前苏联航天飞机的首飞过程及命运

1983年7月 "暴风雪"号比例模型进行了太空亚轨道试飞 此后又进行了五次比例模型的试飞. 期间 "暴风雪"号开发人员估计 如果使用"现有"方法（以汇编语言编写）编写程序 则软件开发将需要数千名程序员. 因此他们向Keldysh应用数学研究所寻求帮助 开发一种新的高级的“面向问题”编程语言. Keldysh的研究人员为此开发了两种语言: PROL2(用于车载系统的编程语言)和DIPOL(用于地面测试的编程语言) 以及开发和调试环境SAPO PROLOGUE.

"暴风雪"号的运载火箭推力比美国版本更加巨大

1988年11月 "暴风雪"号 由"能源"号运载火箭搭建 成功完成了首次无人飞行. 此后"暴风雪"号再也没有进行过发射任务. 直到前苏联解体 "暴风雪"号被丢弃在废仓库尘封.

1.3 前苏联航天飞机结构及载荷详情

"暴风雪"号由两部分组成: 轨道器和"能源号"运载火箭. 除了轨道器外 其他全部为火箭助推器 简单粗暴.

"暴风雪"号结构图

轨道器 前苏联航天飞机与美国航天飞机不同的是 "暴风雪"号轨道器自身并不具有推进能力 机上只安装两台小推力姿态调控火箭. 最大质量105吨 最多可以运载十人 并将三十吨的有效载荷运上近地轨道. 该机首飞时即采用无人驾驶 震惊世界 这也是美国航天飞机所不具备的. 以下为基本参数

机长: 36.37米

翼展宽度: 23.92米

机背载荷舱长度: 18.55米

机背载荷舱直径: 4.65米

"能源号"运载火箭 "能源号"运载火箭不仅可以用来发射航天飞机 还可以独立用来发射其它载荷. 甚至可以根据任务情况来调节助推火箭捆绑数量以提高经济效率. "能源号"最大可以将270吨有效载荷运上地球近地轨道 是目前已知最大推力火箭.

"能源"号主发动机为煤油液氧发动机RD170 可以重复使用. 单台海平面推力7259kN(即725吨)，真空比冲达到337秒. 捆绑的助推发动机为液氢液氧发动机RD-0120，真空推力达190吨 比冲为454.5秒. 可以说 在发动机方面 "能源"号运载火箭完胜美国的航天飞机.

03 美苏两国航天飞机总结

在发射时间上 美国的航天飞机发射比前苏联早 并且航天飞机的数量和发射次数也远远比前苏联多. 但前苏联占据了后发优势 在航天飞机控制系统(无人驾驶系统) 以及运载火箭方面则比美国更加先进. 以至于美国在苏联解体后 直接在自己的运载火箭上安装前苏联的火箭发动机. 虽然航天飞机已经退出国际市场 但当时激烈的航天飞机竞赛 着实鼓舞了那一代的航天人 甚至对当今及未来一段时间的航天技术 都产生着深远影响.

喜欢本文的朋友可以点个关注哦 您的支持就是我的最大动力 持续更新