美国火箭、航天器、太空探测器的发展史及发展预测

美国火箭、航天器、太空探测器的发展史及发展预测
美国火箭、航天器、太空探测器的发展史及发展预测

美国火箭、航天器、太空探测器的发展史及发展预测
1969年4月,美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划.1972年1月,美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入计划,确定了航天飞机的设计方案,即由可回收重复使用的固体火箭助推器,不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成.经过5年时间,1977年2月研制出一架创业号航天飞机轨道器,由波音747飞机驮着进行了机载试验.1977年6月18日,首次载人用飞机背上天空试飞,参加试飞的是宇航员海斯（C·F·Haise）和富勒顿（G·Fullerton）两人.8月12日,载人在飞机上飞行试验圆满完成.又经过4年,第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台,这是航天技术发展史上的又一个里程碑.
　　航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器,它以火箭发动机为动力发射到太空,能在轨道上运行,且可以往返于地球表面和近地轨道之间,可部分重复使用的航天器.它的轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成.固体燃料助推火箭共两枚,发射时它们与轨道器的三台主发动机同时点火,当航天飞机上升到50千米高空时,两枚助推火箭停止工作并与轨道器分离,回收后经过修理可重复使用20次.外储箱是个巨大壳体、内装供轨道器主发动机用的推进剂,在航天飞机进入地球轨道之前主发动机熄火,外储箱与轨道器分离,进入大气层烧毁,外储箱是航天飞机组件中唯一不能回收的部分.航天飞机的轨道器是载人的部分,有宽大的机舱,并根据航天任务的需要分成若干个“房间”.有一个大的货舱,可容纳大型设备.轨道器中可乘载3名职业航天员（如指令长或机长、驾驶员、任务专家等）和4名其他乘员（非职业航天员）.其舱内大气为氮氧混合气体.航天飞机在太空轨道完成飞行任务后,轨道器下降返航,像一架滑翔机那样在预定跑道上水平着陆.轨道器可重复使用100次.
　　航天飞机是一种为穿越大气层和太空的界线（高度100公里的卡门线）而设计的火箭动力飞机.它是一种有翼、可重复使用的航天器,由辅助的运载火箭发射脱离大气层,作为往返于地球与外层空间的交通工具,航天飞机结合了飞机与航天器的性质,像有翅膀的太空船,外形像飞机.航天飞机的翼在回到地球时提供空气煞车作用,以及在降跑道时提供升力.航天飞机升入太空时跟其他单次使用的载具一样,是用火箭动力垂直升入.因为机翼的关系,航天飞机的酬载比例较低.设计者希望以重复使用性来弥补这个缺点.
　　虽然世界上有许多国家都陆续进行过航天飞机的开发,但只有美国与前苏联实际成功发射并回收过这种交通工具.但由于苏联瓦解,相关的设备由哈萨克接收后,受限于没有足够经费维持运作使得整个太空计划停摆,因此目前全世界仅有美国的航天飞机机队可以实际使用并执行任务.
　　1981年4月12日,在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心聚集着上百万人,参观第一架航天飞机哥伦比亚号航天飞机发射.宇航员翰·杨（John W·Young）和克里平（Robert L·Crippen）揭开了航天史上新的一页.
　　这架航天飞机总长约56米,翼展约24米,起飞重量约2040吨,起飞总推力达2800吨,最大有效载荷29.5吨.它的核心部分轨道器长37.2米,大体上与一架DC—9客机的大小相仿.每次飞行最多可载8名宇航员,飞行时间7至30天,轨道器可重复使用100次.航天飞机集火箭,卫星和飞机的技术特点于一身,能像火箭那样垂直发射进入空间轨道,又能像卫星那样在太空轨道飞行,还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆,是一种新型的多功能航天飞行器.
　　从1981年至1993年底,美国一共有5架航天飞机进行了59次飞行,其中哥伦比亚号航天飞机15次,挑战者号10次,发现号17次,亚特兰蒂斯号12次,奋进号5次.每次载宇航员2至8名,飞行时间从2天到14天.在12年中,已有301人次参加航天飞机飞行,其中包括18名女宇航员.航天飞机的59次飞行中,在太空施放卫星50多颗,载2座空间站到太空轨道,发射了3个宇宙探测器,1个空间望远镜和1个γ射线探测器,进行了卫星空间回收和空间修理,开展了一系列科学实验活动,取得了丰硕的探测实验成果.
　　航天飞机除可在天地间运载人员和货物之外,凭着它本身的容积大、可多人乘载和有效载荷量大的特点,还能在太空进行大量的科学实验和空间研究工作.它可以把人造卫星从地面带到太空去释放,或把在太空失效的或毁坏的无人航天器,如低轨道卫星等人造天体修好,再投入使用,甚至可以把欧空局研制的“空间实验室”装进舱内,进行各项科研工作.
　　美国航天飞机创造了许多航天新纪录.航天飞机首航指令长约翰·杨6次飞上太空,是世界上参加航天次数最多的宇航员.1983年6月18日女宇航员莎丽·赖德（Sally K·Ride）乘挑战者号上天飞行,名列美国妇女航天的榜首.1983年8月30日,挑战者号把美国第一个黑人宇航员布鲁福德（Guion S·Bluford）送上太空飞行.1984年2月3日乘挑战者号上天的麦坎德利斯（B·McCandless）,成为世界上第一位不系安全带到太空行走的宇航员.1984年4月6日挑战者号上天后,宇航员首次抓获和修理轨道上的卫星成功.1984年10月5日参加挑战者号飞行的莎丽文（Kathryn D·Sullivan）成为美国第一位到太空行走的女宇航员.1985年1月24日发现号升空,首次执行秘密的军事任务.1985年4月29日,第一位华裔宇航员王赣骏（Tayler Wang）乘挑战者号上天参加科学实验活动.1985年11月26日,亚特兰蒂斯载宇航员上天第一次进行搭载空间站试验.1992年5月7日奋进号首次飞行,宇航员在太空第一次用手工操作抢救回收卫星成功.7月31日亚特兰蒂斯号上天,首次进行绳系卫得发电试验.9月12日奋进号将第一位黑人女宇航员,第一位日本记者和第一对宇航员夫妇载入太空飞行.
　　暴风雪号航天飞机首航成功
　　1988年11月15日莫斯科时间清晨6时,前苏联的暴风雪号航天飞机从拜科努尔航天中心首次发射升空,47分钟后进入距地面250千米的圆形轨道.它绕地球飞行两圈,在太空遨游3小时后,按预定计划于9时25分安全返航,准确降落在离发射地点12千米外的混凝土跑道上,完成了一次无人驾驶的试验飞行.
　　暴风雪号航天飞机大小与普通大型客机相差无几,外形同美国航天飞机极其相仿,机翼呈三角形.机长36米,高16米,翼展24米,机身直径5.6米,起飞重量105吨,返回后着陆重量为82吨.它有一个长18.3米,直径4.7米的大型货舱,能将30吨货物送上近地轨道,将20吨货物运回地面.头部有一容积70立方米的乘员座舱,可乘10人.科学家们认为,这次完全靠地面控制中心遥控机上的电脑系统,在无人驾驶的条件下自动返航并准确降落在狭长跑道上,其难度林比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,而是安装在能源号火箭上,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,万一着陆失败,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,暴风雪号能象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辅平了道路.原计划一年后进行载人飞行,但由于机上系统的安全可靠尚未得到充分保证,加之其后政治和经济等方面的原因,载入飞行的时间便推迟了.
　　附:“挑战者”号航天飞机爆炸
　　1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机在第10次发射升空后,因助推火箭发生事故凌空爆炸,舱内7名宇航员(包括一名女教师)全部遇难.造成直接经济损失12亿美元,航天飞机停飞近3年,成为人类航天史上最严重的一次载人航天事故,使全世界对征服太空的艰巨性有了一个明确的认识.
　　遇难宇航员为斯科比、史密斯、麦克奈尔、杰维斯、鬼冢(夏威夷出生,日裔)、朱迪恩·雷斯尼克(女)、麦考利芙(女教师).
　　美国东部时间当日上午11时39分12秒,美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航空中心10英里上空,在“轰”的一声巨响之后,“挑战者”号航天飞机凌空爆炸.美国全部航天飞机飞行因而暂停了3年,“星球大战”计划也遭受严重挫折.
　　美国哥伦比亚号航天飞机失事 7宇航员罹难
　　美国当地时间2003年2月1日,载有七名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机在结束了为期16天的太空任务之后,返回地球,但在着陆前发生意外,航天飞机解体坠毁.
　　美东时间上午九9点(北京时间22:00),也就是在哥伦比亚号着陆前16分钟,该机突然从雷达中消失.电视图像显示,解体的哥伦比亚号在德州的上空划出了数条白色的轨迹.
　　美国航空航天局并没有立即宣布包括一名以色列宇航员在内的全体船员已经遇难,但是肯尼迪机场现在已经降下半旗.目前在德州地区寻找哥伦比亚号残骸的工作仍在继续,航空航天局已经向民众发出警告,不要接触任何碎片,因为在航天飞机引擎上覆有毒性极强的化学涂料.
　　哥伦比亚号进行紧急着陆的航空可能性是不存在的,航天局的发言人凯勒-赫尔林向CNN表示：“在当时的情况下,恐怕哥伦比亚号根本没有选择的机会.”
　　事发之后,布什总统立即结束了戴维营的短暂休假,返回了白宫,密切关注事态的进一步发展.
　　哥伦比亚号是美国现有的四架航天飞机中服役时间最长的,此次的意外事件使人们回想起了1986年1月28日挑战者号的失事,当时机上七名宇航员全部罹难.
　　联邦调查局发言人安吉拉-贝尔表示,目前没有直接证据显示此次事件与恐怖分子有关.
　　哥伦比亚号发生意外时的飞行高度为203,000英尺,时速为12,500英里.
　　航空航天局的发言人凯瑟琳-沃森向全国公共广播网表示：“目前所有的飞行控制器都在努力寻找能够说明到底发生了什么问题的数据.”但在被问及是否能够有宇航员幸存时沃森流下了眼泪.
　　此次在哥伦比亚号上遇难的七名宇航员分别是：里克-赫兹本德、威廉-麦克库尔、麦克尔-安德森、大卫-布朗、凯尔帕娜-乔拉、劳里尔-克拉克以及以色列人伊兰-拉蒙.
　　以色列总理沙龙表示：“此次事件对于两国政府、两国人民以及遇难宇航员的家庭来说都是一个巨大的悲剧.”
　　目击者：巨大爆炸声
　　“哥伦比亚”号解体后,可能带有有毒物质的碎片散布在得克萨斯州东部约190公里长的狭长地带.一条160公里长的烟雾和金属微粒带还悬在该州和路易斯安那州广漠土地的上空.坠落的碎片也击穿德克萨斯州多间房屋屋顶,并且引起居民区火灾,至少27人受伤.
　　按原计划,哥伦比亚号航天飞机是在美国东部时间2003年2月1日9时16分(北京时间2月1日22时16分)着陆.但是在9时左右,地面控制中心突然与航天飞机失去联系.同时,德克萨斯北部的居民向警方称,他们听到一声音巨大的爆炸声.当地进行直播的美国当地电视上也出现了一道亮光,紧随其后的是浓浓的黑烟划破碧空万里.
　　中央社报道说,失去联络的航天飞机哥伦比亚号,大量的残骸散落在达拉斯、沃斯堡(达福)地区,并延伸到东德州,甚至残骸散落到东边的路易斯安那州.但截至目前为止,尚未传出有人、车或房舍遭残骸砸伤、损毁的消息.
　　由于事先预知哥伦比亚航天飞机将在上午八时飞过北德州上空,因此有许多人在周末起个大早,就为了目睹航天飞机的飞越,而居住在布兰诺市(Plano)的柯林汉夫妇便是其中之一.据他们指出,他们看到航天飞机从天空的西方飞入视野,后来看到火焰以及航天飞机主体旁有四个物体,原先他们以为航天飞机就是这样,直到看了电视报道才知道出事了.
　　在艾迪逊市(Addison)宠物医院工作的林维尔(Chris Linville)表示,他正好看到航天飞机起火,似乎是引擎之类的地方出了问题.但究竟是怎么会这样,他完全不了解.
　　今年六十岁住在卡罗顿市(Carrollton)的费罗利特,形容他听到的声音就像是汽车撞上了房屋一样.
　　而在航天飞机碎片散落最集中的纳可杜契斯市(Nacogdoches),有许多的航天飞机机件与金属片散落在整个市区,据该市警察局发言人稣维尔表示,纳可道奇斯市已成立了紧急运作中心,派人处理这些残骸.他呼吁民众,千万不要碰触这些可能含有剧毒的残骸.
　　哥伦比亚号是美国最老的航天飞机,已进行飞行任务二十八次,原预订美国东岸时间上午九时十六分(德州为八时十六分),降落在佛罗里达州卡纳维尔角,在降落前约十五分钟与太空总署最后一次通讯后,即失去联络.机上有七名乘员,其中四人为第一次飞行,包括一名首次参与航天飞机飞行任务的以色列航天员.
　　哥伦比亚号航天飞机失去联络时的飞行高度是二十万七千英尺,飞行速度十八倍音速,因此若在高处解体,航天飞机碎片势必分散非常广阔.
　　------根据CCTV10《探索*发现》报道,哥伦比亚号失事原因是：外挂燃料箱隔热泡沫脱落,尽管这块泡沫仅仅0.77千克,还是在哥伦比亚左翼防热瓦上砸了个小洞,哥伦比亚号带着这个洞在太空飞行了16天后,在降落时与大气层摩擦的巨大热量透过这个洞进入机体,引起爆炸.
　　哥伦比亚号是承载科研项目最多的航天飞机,其中还包括中国学生设计的一个项目：蚕在太空中吐丝结茧.
　　1986年,美国挑战者号航天飞机在升空后不久就爆炸,造成所有宇航员遇难的惨痛事故.
　　展望
　　航天飞机所有的使命即将结束,美国宣布将在2010前将其所有的航天飞机退役.仍在研制中的航天飞机的下一代将是空天飞机,它将不再使用液氧或液氢作为燃料,不再象航天飞机一样使用火箭垂直起飞,而是象普通飞机一样从跑道上水平起飞,它以液氟做燃料,能自由出入大气层.