在人类的航天史上，航天飞机曾画下过浓墨重彩的一笔。它是第一种能够重复往返于地面和宇宙空间的航天器，20世纪踟年代至21世纪初，它是人类进行载人航天活动的主力工具，曾运送过最多数量的航天员前往太空，为哈勃太空望远镜、国际空间站的建造以及众多卫星的发射做出了不可磨灭的贡献，可谓是那个年代航天事业的标志性产物。 2011年7月21日清晨，亚特兰蒂斯号航天飞机降落在美国佛罗里达州肯尼迪航天中心，结束了13天的太空之旅。这次着陆，为美国为期30年的航天飞机项目正式画上了句号，也意味着人类航天史上“航天飞机”时代的终结。通过30年的航天飞机计划，人类对于载人航天的工具有了新的认识，也积累了宝贵的经验。本期就让我们一起来了解一下航天飞机的故事吧！ 缘起：冷战时期的产物 1969年4月，在耗资巨大的“阿波罗登月计划”行将结束之际，沉溺在太空探索激情中的NASA认为如果要巩固美国的“太空霸主”地位的话，需要加大进入太空的频率。然而密集的太空探测项目让NASA觉得不够经济，因为用火箭发射载人航天器需要的是巨型火箭，并且都是一次性的，不可回收重复利用。 因此，建设一种可重复使用的航天运载工具就被提上了日程。NASA将目光投向了早年间一些科学家及科幻作家的概念化?计图纸，航天飞机的想法就是这样应运而生的。航天飞机是从火箭推进式宇宙飞船直接发展而来的，一直可以追溯到1928年弗里茨·冯·欧宝的“鸭子号”飞行器。20世纪20年代赫尔曼·奥博特和赫尔曼·波托奇尼克的空间站计划中，专门设计了用来搭载乘客和物资往返地球轨道的火箭。20世纪50年代，在沃纳·冯·布劳恩和达雷尔·罗米克早期的太空计划中，航天飞机也起到了关键作用。 时任美国总统尼克松在1969年成立了一个航天飞机任务小组，该小组的第一项任务就是确定航天飞机的最佳构型应该是什么样的。他们最终认为它应当是一架有人驾驶的飞机，有两台火箭推进式的发动机，很像沃特·多恩贝格尔和克拉夫特·恩里克在20年前提出的宇宙飞船。同样，尤金·桑格尔的空天轰炸机也启发了这一小组。这架飞机也是升力体研究的成果，分为两部分：一个是火箭推进器，另一个则是轨道飞行器。它们会一起发射，在特定的高度分离，推进器会飞回基地，而轨道飞行器则会继续进入太空。这个概念完全就是可重复使用的航天飞机，没有像土星五号那样昂贵的抛弃型火箭：在长110.6米、重2 966 494千克的火箭中，只有ll米X 3.7米的指令舱返回了地球，这无疑是非常不经济的。 诞生：史无前例的设计方案 预算的限制困扰着航天飞机的设计。尽管从长期来看，拥有一个可重复使用的火箭推进器可能更便宜，但是初始开发成本限制了这一计划只能针对轨道飞行器——而这一飞行器将通过不可重复使用的组件来发射。经过研究发现，如果轨道飞行器不需要携带自己的燃料，那么就可以节约更多的成本。取而代之的是一个不可重复使用的外部燃料箱，这也使得轨道飞行器更小、更便宜。但是，由于航天飞机的主发动机可能无法单独提供使宇宙飞船进入轨道的推力，所以还会加上一枚捆绑式的固体燃料助推火箭。1972年1月，航天飞机的设计方案诞生了，航天飞机差不多变成了它最终的模样：一个有着外部燃料箱和两个可重复使用的固体燃料推进器的升力体轨道飞行器。 在很多版本的翻译中，译者会把航天飞机的英文名“Space Shuttle翻译为“太空梭”。这个翻译体现了航天飞机的外形特点：很像一枚往来于天地之间的梭子。航天飞机是由三个不同的主要构件构成的可重复使用的飞行器。第一个是可重复使用的轨道飞行器本身，为一架有着单个垂直尾翼的三角翼飞机，它装有可以在大气层内飞行的传统操纵面和在真空的太空中进行操纵的推进器。第二部分是一个巨大的外部燃料箱，它容纳着为三个航天飞机主发动机提供燃料的液氢和液氧一总共202519升，航天飞机本身则并不携带燃料（除了运行它的姿态控制推进器所需要的少量燃料）。最后一部分是两个固体燃料推进器。 应用：荣耀与血泪交织的历史  从1981年4月12日哥伦比亚号航天飞机划时代的首次发射开始，直到2011年7月21日亚特兰蒂斯号航天飞机执行完最后一次任务，航天飞机共计完成135项任务。所有航天飞机均是从佛罗里达州的肯尼迪航天中心起飞，共计飞行耗时1322天19时21分23秒。STS-80是其中轨道飞行时间最长的任务，为时17天15时：最短的则是仅1分13秒的STS-51-L，因挑战者号航天飞机升空后突然爆炸导致。所有航天飞机先后9次停靠苏联/俄罗斯的和平号空间站，相比之下，造访国际空间站的次数则要多得多，有37次。所有任务中达到的最高海拔高度约为563千米，是在维护哈勃望远镜时完成的。共有代表16个国家的355名航天员曾参与飞行任务，有78次飞行任务是以航天飞机在肯尼迪航天中心降落告终，另有54次在加利福尼亚州的爱德华兹空军基地降落，还有1次在新墨西哥州唐娜安娜县的白沙。人类航天史上的两座重要里程碑——哈勃太空望远镜与国际空间站的建造，都是依托于航天飞机完成的。 NASA建造航天飞机的初衷，是要实现可重复利用。毋庸置疑，这项要求航天飞机圆满地完成了。只有巨大的外部燃料箱需要在每次任务后替换，轨道飞行器和固体燃料推进器在臣务执行完毕之后大部分都得到了有效的回收。然而，在取得巨大成功的同时，NASA所未曾料想的弊端也开始逐渐显现出来。 首先出现的是经费方面的问题。从1981年到2011年，美国研制并投入使用5架航天飞机，平均每架研发费用20亿美元，总共发射135次，平均每飞行一次费用高达5亿美元，返回后还要进行大量费时费力的检修，这让NASA的财政不堪重负。尽管提出航天飞机39初衷是为了降低整个载人航天研制和发射过程中的花销，但是美国人在执行这一计划的过程中却发现真实情况并非如此。早先有数据显示从1985年到1988年10月间，航天飞机39发射价格增加了85%，即每次发射费用飙升到9000万美元。这笔花费完全超出了NASA最初设计航天飞机的预算。NASA在确定航天飞机的结构布局时，曾估计航天飞机发射费用为每千克200美元，每次发射费用不超过6000万美元。 尽管NASA采取了种种措施节约开支，但研制费用还是连年超支。1978年9月，NASA宣布航天飞机的研制费用可能比原计划增加8% -9%。1980年4月，NASA透露整个航天飞机计划费用将增加到89亿美元。这种情况下，NASA只得一再向国会申请继续增加拨款，而当时的卡特政府考虑航天飞机对国家安全有利，对科学研究和商业开发也有很高价值，因此对追加经费基本不持异议，所以航天飞机计划的费用才得以解决。此外，航天飞机的着陆场与发射场相距甚远，每次降落后要用大型客机运回发射场检修，额外增加了成本。这些情况都超出了NASA最初的美好预期，使航天飞机经济效益大打折扣。 经费问题还可以跟政府商量着解决，但是更为致命的是安全问题。航天飞机是凝结着人类尖端航天技术的结晶，但是恰恰因为它过于精密和先进，导致其安全性难以得到保障。航天飞机由于重复使用，因此其技术难度大、系?设计复杂、零部件更容易耗损，从起飞、上升、轨道运行，再入大气层直到返回着陆过程中，需要经受各类极度严酷的环境。航天飞机的弱点是在使用中逐渐暴露出来的，它的系统远不止将载人飞船和运载火箭两者单纯相加那么简单。单次运行成本过高时，风险也不容忽视。航天飞机的发射频率从计划中的每年24次下降到5次。而航天飞机的事故率非常高，美国的5架航天飞机中，有2架在执行任务时候发生了爆炸、解体，有14位航天员为此丧命。而与火箭、飞船等一次性飞行器不同，航天飞机的火箭发动机需要多次重复使用，寿命期间的总工作时间累计长达数小时之久，这也为其执行任务带来安全隐患，随着飞行任务的增加，潜在危险势必越来越多。 同时在航天飞机的使用中，NASA发现同研制和发射费用一样，航天飞机的维护和运行费用也在直线飙升。比如1984年航天飞机一次飞行的花费为1.5亿-2亿美元，而在商业发射中可以得到的最高补偿仅为7 100万美元，用航天飞机发射卫星甚至比使用火箭发刺卫星的费用还要多。因此，1988年之后，NASA决定不再承揽商业载荷的发射任务，每年航天飞机飞行次数逐渐减少。按照计划，美国的航天飞机寿命最多为20年，每架应飞行100次。而实际上，5架航天飞机加起来才飞行了135次，其中2架在飞行中爆炸，2架已严重超期限服役。 新生：探索太空永不止步  随着5架航天飞机或是失事，或是退役，人们开始逐渐思考它的替代方案。有人曾经提出过，将搭载重型货物和乘客的工作分给两艘不同类型的飞船，一枚无人的重型运载火箭专门用于承载重型的有效载荷，而一架更小的航天飞机会搭载乘客往返太空。 早在NASA刚将航天飞机运用于载人航天的时候，世界各国就已经开始了对这种新型运载工具的研究和学习。暴风雪号航天飞机是苏联对美国航天飞机的回应，它在1988年进行了一次成功的无人轨道飞行，后来就和它的姊妹船小鸟号一起退休了，再没进入过宇宙空间。暴风雪号是通过当时制造的最大、最具威力的能源号运载火箭发射的。由于能源号自带推进系统，即使没有航天飞机，它也可以被用来发射无人货物舱，这是美国的航天飞机做不到的。 我国的载人航天事业同样也借鉴了美国航天飞机的经验。我国早在1988年就已提出来4种航天飞机方案和1种宇宙飞船方案，当年被誉为“五朵金花”，其中长城一号航天飞机采用无垂尾布局，自带火箭发动机。鉴于航天飞机的安全系数得不到保障，在反复论证之后，我国最终选择了宇宙飞船作为载人航天的工具，这就是著名的神舟系列载人飞船。 进入21世纪以后，美国对宇宙飞船重新产生了兴趣，认为它比航天飞机更安全，成本也低许多。美国现正在研制新一代载人飞船——猎户座，它将于2018年执行飞往月球背面的无人测试任务——探索任务—1（EM-l），为之后的载人航天任务做准备。而美国政府对太空探索的注意力转向更为纵深的小行星与火星，这也促进了私人航天企业的热情。有美国媒体认为，私营航天企业将成为未来美国载人航天的主角，而政府大包大揽的时代已经结束了。 经历过辉煌，也经历过低谷，在众望所归之际，航天飞机出现在了人类航天灾上的关键节点，并出色地完成了它的使命；然而由于种种问题，属于它的时代已经结束。我们有理由相信，属于航天飞机的这三十年定会给后人留下宝贵的财富，人类的航天灾也必足会给这架穿行于宇宙的“太空梭”留下一个显赫的位置！