书城科普读物科学奥秘丛书-航空航天工程
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第10章 航空与航天的混血儿——航天飞机(1)

魅力何处寻

航天飞机通过火箭发动机来提供动力,它其实是一种火箭飞机。由于航天飞机既可以在稠密的大气层中穿行,又能在行星际空间自由翱翔,所以把航天飞机看作是航空与航天的混血儿一点也不过分。从更广泛的意义上说,它是集卫星、飞机、宇宙飞船于一体的杂交种。航天飞机比起别的飞行器有自己的特色。它的诞生非同寻常,意义深远。

首先,航天飞机是目前唯一可以部分重复使用的航天飞行器。它可以实现定点着陆和无损返回。用火箭发射航天器的费用很高,平均把一磅重的物体送到太空需要2000美元;而航天飞机往返一次的费用只有1000万美元,将每磅物体送入太空只需100美元,仅此一点,航天飞机就可为发射减少90%的费用。

而且,航天飞机货舱很大,一般长约18米,直径约4.6米,可以容纳30吨左右的货物。这么大的容积比起运载火箭整流罩内的小小空间宽敞多了。由于人造天体用航天飞机发射时不必过分计较尺寸、重量,所以就相应地减少了研制费用(据估计可减少一半)。

其次,减少发射故障,增加保险系数。近些年来各国运载火箭发射事故频繁,1994年就有四次发射失败;1995年竟有八次发射失败;1996年6月“阿丽亚娜5号”运载火箭的失事让叫人痛心。但如果使用航天飞机来释放人造天体,就不会有这么多的事故。因为运载火箭一旦发射出去,只能是“有去无回”,人造天体是死是活难以料定,但航天飞机却可以“有去有回”。虽然在1986年发生过“挑战者号”航天飞机机毁人亡的事故,但迄今为止,其保险系数还是很高的。航天员在飞机上渡过了一个个险关,避免了一个个意外事故,就是例证。

再者,使用面广、完成工作量大。航天飞机由于货舱大,一次就可以装载一颗大型人造天体和一批小型人造天体。航天飞机可以在轨道上利用机械手布置任何类型的人造天体。

而且,航天飞机本身可以搭载空间站进行科研活动,“空间实验室-1”

号就是这样。“空间实验室-1”号装在航天飞机内,其工作间由两个连接在一起的圆柱形加压的舱室组成,这儿的科技工作者不必经过严格的宇航训练,因为航天飞机的上升速度与返回速度都不高,这就使航天飞机太空实验的可靠性大大提高。

同时,航天飞机还可以进行空间维修、卫星回收活动,甚至还可以向地球轨道和高轨道发射同步卫星和深空探测器。

第四,航天飞机由于起飞容易,回归迅速,因此可以参与各种应急救生活动。航天飞机定期返航后,可以像飞机那样进行定时的检查维修与保养,大大地增加了使用次数。

最后,在军事上有新的突破。人造卫星、洲际导弹的产生与运用,使军事领域扩展到太空。而在地面军事设施对这些“太空武器”束手无策时,航天飞机却在反卫星的能力上迈出了一步。航天飞机作为空间武器来说,可以对别国空间轨道上的军事人造天体,如间谍卫星,进行拦截、破坏或捕获,对自己本国的军事人造天体则可以密切监视,加强保护。航天飞机如果配上粒子束武器,还可以摧毁太空中敌方人造天体,当然对地面导弹的拦截能力也就不言而喻了。

展望各国航天飞机

美国的航天飞机

我们先来作详细了解一下美国的各个航天飞机。

“哥伦比亚号”,长约56米,高约23米,起飞重量为2200多吨,航天飞机发动机总推力可达3140吨。该机于1981年首次试飞成功后,由波音747大型喷气客机运回肯尼迪。后来航天中心为此机装置了加拿大制造的“机械手”,机身还贴着防高温的硅瓦。

“挑战者号”,比“哥伦比亚号”轻4.5吨。它施放过一颗2.5吨重的卫星,它的宇航员也进行过空中行走。该机于1986年爆炸。

“企业号”是美国航天飞机的正规检测机,1977年制造。

“发现号”,1984年8月30日首次发射入轨,它载有五名宇航员,不仅发射了3颗地球静止轨道卫星,还进行了各种实验。到1991年为止,它已被使用13次。

“阿特兰蒂斯号”,1985年10月3日首次发射,载有5名航天员。

“奋进号”于1992年5月7日发射成功。该机在空间轨道的时间得到延长。

美国20世纪80年代提出过“东方快车”的构想,后来不知是什么原因,销声匿迹了。

据称,美国国防部正在加紧研制X-30空天飞机。该机能够水平起飞,整机入轨、返回并能水平着陆。X-30空天飞机全长45米,起飞重量约90吨。它有喷气式发动机、高超声速喷气式发动机、火箭发动机,分别用于水平跑道起飞、加速、太空运行三个飞行阶段。

1996年7月7日,美国副总统戈尔宣称,洛克希德——马丁公司开发的可重复使用的新一代航天飞机X-33被选中,该机性能与X-30相似,可能在2000—2006年投入使用。

日本的航天飞机

日本东京宇宙和宇航科学研究所从20世纪80年代初开始研究一种叫“HIMES”

的宇宙运输飞船。此飞船最大有效载荷约半吨,最高飞行高度为300千米,它能够垂直起飞和水平降落,所以其实质是一种航天飞机。

HIMES全长13.7米,用1.5吨的液氢、一吨的液氧作推进剂,装有两个可重新点火的发动机。该航天飞机有一个三角形支撑面,支撑面末端旁边还有两个用液氢作动力燃料的发动机,以备不测。有关HIMES的技术已经存在,但目前它尚未真正露面。

此外,日本空间厅及国家航空航天实验室从1987年开始研制了一种叫“Hope”的H-Ⅱ轨道飞机。此机长约13米,翼展9.2~12米,总质量约一吨。Hope飞机将由日本H-2火箭发射上天,进入380千米高的轨道后,它能与空间站对接。在返回时,Hope飞机能到普通跑道水平着陆。1996年2月12日,日本从种子岛将Hope号小型航天飞机试验机发射升空,该试验机以15倍音速飞行了19分钟,但溅落在小笠源群岛东北300千米的海上后回收失败。

英国的“雷托尔”航天飞机

英国航空航天公司和罗尔斯——罗伊斯公司正在研制一种水平起降的小型航天飞机“雷托尔”。“雷托尔”起飞重量约2000吨,运载能力为7~11吨,雷托尔属无人驾驶飞机。它能在任何普通机场起飞和降落。该飞机设计需要40亿美元以上。

德国的“森格尔”航天飞机

1986年,前联邦德国梅塞施米特——伯尔特——布洛姆公司提出了“森格尔号”航天飞机设计方案。此飞机能在普通机场上降落和起飞,并分两级。

飞机第一级装有涡轮喷气发动机,能把第二级送到30千米的高空后再返回地面;飞机第二级装有氢氧火箭发动机,重约50吨。