很多科幻電影中都會出現(xiàn)能夠自由穿梭在天地間的飛行器，讓人看上去不由心生向往?，F(xiàn)實(shí)中，最接近這些飛行器的就要屬航天飛機(jī)了。然而，航天飛機(jī)只輝煌了30年就退出了歷史舞臺，讓許多航天飛機(jī)愛好者都扼腕不已。那么，航天飛機(jī)是一種什么樣的航天器？為什么會被淘汰呢？
科幻電影中形形色色的飛行器（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
我們知道，不管是用來運(yùn)送航天器的運(yùn)載火箭還是帶著航天員翱翔太空的載人飛船都是一次性的，不能重復(fù)使用。而火箭和載人飛船的制造成本很高，因此每次發(fā)射任務(wù)的花費(fèi)不菲。于是，航天工作者們萌生出一個大膽的想法，能不能研制出一種可以像飛機(jī)一樣重復(fù)起飛降落，并且能夠重復(fù)使用的航天飛機(jī)呢？
神舟七號飛船發(fā)射
一旦航天飛機(jī)研制成功，不僅能夠降低航天任務(wù)的發(fā)射成本，縮短發(fā)射周期，而且對于航天員來說更加安全、舒適。最重要的是，航天飛機(jī)功能更加強(qiáng)大，兼具運(yùn)載火箭和載人飛船的功能，一舉兩得。
于是，自二十世紀(jì)七八十年代，美國、蘇聯(lián)、法國和日本等國先后開始研制航天飛機(jī)。然而，這項(xiàng)美好的創(chuàng)想并不容易實(shí)現(xiàn)，數(shù)年之后只有美國的航天飛機(jī)投入到實(shí)際使用中。可見，航天飛機(jī)的研制困難是很大的。那么，航天飛機(jī)長什么樣，它實(shí)現(xiàn)了人們的預(yù)期了嗎？
航天飛機(jī)可不是單指那個黑白色涂裝的巨型飛機(jī)，它是由軌道器、固體燃料助推火箭和外貯箱三部分組成的，我們最熟悉的“飛機(jī)部分”只是其中的軌道器。軌道器的機(jī)艙寬大，可以根據(jù)任務(wù)需要分成若干“房間”，能夠同時搭載3~7名航天員。軌道器中還有一個大貨艙，是專門存儲大型設(shè)備用的。
發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)等待發(fā)射
經(jīng)過回收和維修，固體燃料助推火箭能夠重復(fù)使用20次，軌道器能夠重復(fù)使用100次。至于外貯箱，它裝有軌道器主發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑，在航天飛機(jī)進(jìn)入軌道時與軌道器分離，是不可回收的部件。
航天飛機(jī)入軌后外貯箱被拋掉
既然航天飛機(jī)兼具運(yùn)載和載人的功能，那它的發(fā)射返回與運(yùn)載火箭發(fā)射載人飛船有什么不同呢？與運(yùn)載火箭類似，航天飛機(jī)的發(fā)射也會“逐級分離”。發(fā)射時，它的兩枚固體燃料助推火箭會與軌道器的三臺主發(fā)動機(jī)同時點(diǎn)火。當(dāng)航天飛機(jī)上升到50千米的高空，助推火箭停止工作并與軌道器分離。入軌后，航天飛機(jī)軌道器會與外貯箱分離，隨后正式開始執(zhí)行任務(wù)。
亞特蘭蒂斯號航天飛機(jī)發(fā)射升空
航天飛機(jī)的返回非常有特色，與載人飛船有天壤之別。完成任務(wù)后，載人飛船的返回艙使用彈道式或半彈道式進(jìn)入方式返回，而航天飛機(jī)則使用升力式進(jìn)入方式（了解詳情戳→航天器落在哪聽誰的？主要看升力）。直觀點(diǎn)說就是，載人飛船返回艙會受到各種因素影響，垂直著陸在一定的區(qū)域內(nèi)，而航天飛機(jī)的軌道器返航時，則會像飛機(jī)那樣平穩(wěn)著陸在預(yù)定的跑道上。
奮進(jìn)號航天飛機(jī)平穩(wěn)著陸
由于航天飛機(jī)發(fā)射和返回時加速減速較低，不需要像載人飛船任務(wù)的航天員那樣，在發(fā)射和返回時承受很大的過載。因此，執(zhí)行航天飛機(jī)任務(wù)的航天員，訓(xùn)練要求相對更低一些，更加利于非職業(yè)航天員完成航天員訓(xùn)練，盡快融入乘組隊(duì)伍。
日本心臟外科醫(yī)生向井千秋即將執(zhí)行航天飛機(jī)任務(wù)
1981年4月12日，也就是人類首位航天員——加加林進(jìn)入太空20周年的這天，美國哥倫比亞號航天飛機(jī)成功發(fā)射，成為了世界上第一架航天飛機(jī)。哥倫比亞號載著航天員約翰·楊和羅伯特·克里平在近地軌道上繞地球36圈，飛行了54小時30分鐘后返回地面。飛行中，航天員及地面人員全面地考核了航天飛機(jī)各個系統(tǒng)的性能。
哥倫比亞號航天飛機(jī)完成首航平穩(wěn)著陸
之后，美國相繼研制出4架，即挑戰(zhàn)者號、發(fā)現(xiàn)號、亞特蘭蒂斯號和奮進(jìn)號。這些航天飛機(jī)頻繁地來往于天地之間，共飛行135次，飛行總里程近8億7千萬公里，把16個國家的355名航天員送往太空，共飛行852人次，運(yùn)送貨物1750噸，完成涵蓋地球、天文、生物和材料科學(xué)等2000多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。在發(fā)射衛(wèi)星、太空維修、國際空間站的建設(shè)等方面做出了巨大的貢獻(xiàn)，創(chuàng)作了許多航天史上的新紀(jì)錄。可以說，航天飛機(jī)使人類的航天事業(yè)前進(jìn)了一大步。
5架實(shí)際應(yīng)用的航天飛機(jī)
航天飛機(jī)應(yīng)用情況
盡管成果累累，但航天飛機(jī)并不是完美無缺的。一些航天飛機(jī)預(yù)想中的優(yōu)點(diǎn)不僅沒有成為現(xiàn)實(shí)，反而背道而馳，令人大跌眼鏡。
首先一點(diǎn)就是發(fā)射成本，盡管航天飛機(jī)可以重復(fù)使用，但由于巨大的維修需要，它的發(fā)射耗費(fèi)巨大，每次發(fā)射都需要4~5億美元，是運(yùn)載火箭發(fā)射成本的數(shù)倍。再有，維修量巨大也限制了航天飛機(jī)的發(fā)射周期，每年只能發(fā)射5~6次。而最讓人心碎的一點(diǎn)是，航天飛機(jī)的安全性實(shí)在無法恭維，美國的5架航天飛機(jī)中，有兩架在任務(wù)中失事?lián)p毀，14名航天員為此犧牲。
除此之外，由于航天飛機(jī)至今仍有一些問題沒有找到解決方案，再加上結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，成本昂貴等缺點(diǎn)的限制，使它缺少競爭力，不得不退出歷史舞臺。但隨著科技的進(jìn)步，相信未來不僅會出現(xiàn)可重復(fù)使用的載人飛船，也將出現(xiàn)更加理想的航天運(yùn)載器，幫助我們探索太空，揭秘浩瀚宇宙。
參考文獻(xiàn)/
[1] 劉登銳，田如森.飛天的故事[M].北京：中國宇航出版社，2012.
[2] 沈力萍.神舟六號航天專家告訴你100個航天秘密[M].北京：中國宇航出版社，2005.
[3] 戚發(fā)軔，李頤黎.巡天神舟——揭秘載人航天器[M].北京：中國宇航出版社，2011.
出品/中國航天科普&科普中國
編輯/楊斯爽
審校/楊潔
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