航天飞机的三个常见问题

航天飞机的三个常见问题

2003年2月1日哥伦比亚号航天飞机失事以后，美国的其他3架航天飞机也停飞了。在这期间，“国际空间站”与地面之间的运输任务由俄罗斯的宇宙飞船完成。那么，载人飞船和航天飞机区别是什么？航天飞机与普通飞机有哪些不同？美国航天飞机与苏联航天飞机一样吗？

1载人飞船和航天飞机的区别

在载人航天器中，载人飞船和航天飞机主要负责“跑”运输，它们或在太空自由翱翔，或来往于地面和空间站之间，运送航天员和货物。目前正在建造的“国际空间站”就是用它们作为运输工具，接送了一批又一批航天员、各种舱段和仪器设备以及补给用品。所以这俩“兄弟”又称为天地往返运输器，即相当于太空交通车，可以说它们是载人航天的大动脉。

然而，载人飞船和航天飞机两者最显著的不同就是前者无“翅膀”，后者有“翅膀”，因而它们在功能上有很大不同，各有千秋。

由于载人飞船没有机翼，因而无升力或升力很小，只能以弹道式或半弹道式方法返回。其结果是气动力过载和落地误差都较大，返回时采用在海面溅落或在荒原上径直着陆的方式。这种着陆方式不仅对航天员的要求很高，需要长期训练才行，对航天员生命安全也有一定危险。它也使飞船为一次性使用载人航天器。

不过，从另一方面讲，正是由于没有“翅膀”，所以飞船的结构相对简单，无需复杂的空气动力控制面，也没有着陆机构及相关装置，从而可靠性和安全性较高。例如，苏联／俄罗斯自1971年联盟11号返回失事以后，历经联盟、联盟T、联盟TM和联盟TMA 4代，至今已使用了30多年，约80艘飞船上过天，从未出现过灾难性事故。

有很大机翼的航天飞机在再入大气层时可获得足够的升力，控制升力的大小和方向就能调节纵向距离和横向距离，使航天飞机准确地降落在跑道上，能部分重复使用。它的过载也小得多，即从起飞到返回地面的整个过程中，加速和减速都很缓慢，大大降低了对航天员的身体要求，可把稍加训练的科学家、工程师、医生和教师等送上太空。

但是，航天飞机外型极其复杂，而且要携带可重复使用的发动机，所以载人飞船无论在技术上和成本方面都比航天飞机简单和小得多，容易突破载人航天的基本技术，并且很适于长期停靠在空间站上用作救生艇。若用昂贵的航天飞机作救生艇长期停留在空间站上，使用效率太低，还大大增加空间站姿态控制和保持轨道高度方面的费用。

然而，航天飞机可以运送7人外加将近30吨的货物到近地轨道上去，既能独自飞行10～20多天，又可满足大型空间站的需求。在这方面载人飞船只能俯首称臣，因为它最多能运送3人外加几百千克的货物在太空独自飞行数天到10

天左右，为中小型空间站提供服务，若仅用它作为大型空间站的运输工具则显得力不从心。在美国航天飞机停飞阶段，“国际空间站”的建造也随之停止了，因为飞船不能运送空间站的大型部件。

2003年发生了一件有意思的事。美国航宇局要求研制一种名叫“轨道空间飞机”的载人航天器，它能将至少4名乘员送往“国际空间站”。但美国航宇局既没有规定该运输器是有翼的还是无翼的，是水平着陆的还是垂直着陆的，也没有规定是一次性使用的还是多次使用的。所以，有的专家认为它目前不应该叫“轨道空间飞机”，宜改名为“轨道空间飞行器”。

2航天飞机与普通飞机的不同

由于目前的航天飞机是垂直起飞、水平着陆的，所以它在发射时与普通飞机完全不同，而在返回时则基本类似，但一般要借助降落伞减速。虽然航天飞机在外形和返回的方式上与一般的航空飞机很相似，但它们之间有许多不同，前者要复杂得多。例如，它在大气层外飞行，使用火箭发动机，所以氧化剂也要自身携带；航天飞机返回时要再入大气层，因而防热技术非常复杂……

链接：航天飞机是第一次把航天与航空技术高度有机结合起来的创举。它由起飞到入轨的上升阶段运用了火箭垂直起飞技术；在太空轨道飞行段运用了航天器技术；在再入大气层的滑翔飞行和水平着陆段运用了航空飞机技术。

航天飞机的循环工作程序包括地面准备工作、飞行和回收3方面，具体过程是这样的。

先在肯尼迪航天中心或爱德华兹空军基地的装配大厅把航天飞机呈垂直状

态装配在可移动的发射台上，再运到发射塔架旁的导流槽上方。航天飞机经测试检查合格后，开始加注推进剂。

发射时，轨道器的3个主发动机先点火，然后2个固体火箭助推器点火。航天飞机垂直起飞，按预定的飞行程序上升。2分钟后，固体火箭助推器关机并分离，此时飞行高度约为45千米。固体火箭助推器分离后靠降落伞悬吊落在海面上，由回收船回收，供下次再用。3台主发动机继续推进轨道器和外贮箱的结合体。

起飞后8分钟，主发动机关机，外贮箱与轨道器分离，此时高度约109千米，速度约7470米/秒。外贮箱分离后在坠入大气层时烧毁。轨道机动系统发动机点火，用小推力把轨道器精确地送入预定的近地轨道。轨道参数随任务的不同而异，通常高度在185～1100千米之间，轨道倾角在28.5°～105°之间。轨道器可在近地轨道上运行3～30天，执行各种航天任务。

飞行中，在航天飞机指令长的左边有一个旋转式手控制器，指令长可用此控制器控制航天飞机的姿态，并能用来命令喷射器点火，以保持轨道器的正确航向。再入大气后则用来控制航天飞机的副翼与升降舵。驾驶航天员位置也有一个旋转式手控制器，功能与指令长的一样。

返回时轨道机动系统发动机点火，使轨道器减速，脱离卫星轨道再入大气层。进入大气层后按大攻角姿态飞行以增加气动阻力，进行减速和控制气动加热。飞行攻角随飞行速度下降而逐渐减小，最后进入亚音速滑翔飞行状态，在导航系统引导下寻找机场和着陆。着陆速度约为340～365千米/小时，需要的跑道长度为3000米。轨道器着陆后，首先要进行安全处理，然后维修和测试检查，以备下

次飞行使用。

在起飞之后到飞行262秒之前，如发现轨道器不能入轨或没有必要继续飞行，轨道器可按应急返回程序紧急飞回发射场区的机场着陆。

3美国与苏联航天飞机的差异

天地往返运输能力不足是苏联和平号空间站存在的一个致命弱点，光用一次性使用的飞船难以承担百吨级空间站的运输要求。为此，苏联曾考虑在和平号扩建之后用可重复使用的航天飞机作为其运输系统，因为其往返能力可达30吨(而飞船只可运2吨多货物或2~3人和350千克货物)。

1988年11月15日苏联第1架不载人航天飞机暴风雪号由能源号运载火箭

发射成功，经过3小时绕地飞行2圈后，航天飞机安全返航。暴风雪号航天飞机外形与美国航天飞机酷似，而且它们在尺寸、内部分系统及其布局、防热系统等方面也都差不多。对此，苏联的解释是，外形相同是由于空气动力要求的结果，况且科学无国界。

它们之间的最大区别是苏联暴风雪号航天飞机本身没装备主发动机，因而只是航天器，不是运输器，需借助能源号火箭才能送上太空。这样做既有利，也有弊，因为没有主发动机，所以暴风雪号可携带更多的有效载荷，但发射它的能源号是一次性使用运载火箭，故主发动机不能重复使用，这似乎不太经济。当然，能源号火箭还可以发射别的航天器，因而用途广。

暴风雪号航天飞机上虽没有主发动机，但由于安装了2台小型发动机，所以着陆时如果第一次着陆失败，还可以拉起来进行再次着陆，安全系数较高。美国航天飞机只能靠无动力滑翔着陆。

鉴于美国挑战者号惨痛事故，苏联暴风雪号航天飞机增设了逃逸系统并决定先进行无人飞行。而美国与其反之。

美苏航天飞机均装有机械臂，不过美国的机械臂可回收轨道上的卫星和释放卫星进入空间，苏联的则不行，因为其机械臂仅能用于把和平号空间站的1个对接口上的专用实验舱移到另一个对接口上。

暴风雪号航天飞机一开始就设有与空间站对接装置，原计划在第2次飞行时就与和平号空间站对接。而在 1995年以前，美国无空间站，故其航天飞机没有安装对接装置，在此期间均是独自飞行执行各种任务。后来，为了与俄罗斯和平号空间站对接，才增设了对接装置。