美国肯尼迪航天中心及其航天飞行

从奥兰多驱车向东南,大约45分钟,就可以到达肯尼迪航天中心(KSC)了。它位于佛罗里达州卡纳维拉尔角,南北最大距离55公里,东西向最宽10公里,是美国重要的载人航天中心,拥有各种独特装备和设施。不过,亲临现场感觉到的不仅仅是现代科技和人类建筑物,还有原始状态的地理环境和众多的野生动植物。头上有老鹰在盘旋,附近有羽毛鲜艳的水鸟在觅食,路边的沼泽里时常漂浮着懒洋洋的鳄鱼,象一段段长年抛弃的朽木。原来,这里还是美国规模庞大的濒危野生动植物及生态环境保护地。当然,人们长途跋涉来到这里,并不是观赏这里的野生环境,而是被这里的航天事业所吸引。题图照片为肯尼迪航天中心飞行大楼,航天飞机在这里与火箭助推器及推进剂组合在一起,然后送往发射台。

美国的航天运输系统

1972年1月5日,美国总统尼克松批准美国国家航空航天局(NASA)研制可重复使用的航天飞行系统,称之为“航天飞机”。它不同于火箭和飞船体系,但也不只是飞行器,而是整个“航天运输概念”,其飞行任务代号即为航天运输系统(SpaceTransportationSystem,简称STS)加上系列号。比如,1999年7月23日第一次由一位名叫艾琳·柯林斯女士担任指令长的飞行任务命名为STS-93。美国航空航天局代表美国政府,全面负责国内外的航天飞行业务。

航天运输系统整个合同由德州休斯顿的美国航空航天局约翰逊航天中心(JSC)负责组织实施,它由四大单元组成:一套轨道飞行器即俗称航天飞机,两套火箭助推器(SRB),一套推进剂箱和三台主发动机。航天飞机由位于加州的洛克韦尔国际集团航天运输系统部制造,它也负责全机系统集成及整套航天运输系统。火箭助推器由犹他州的马顿集团设计制造,但在肯尼迪航天中心完成总装和系统集成。推进剂箱由新奥尔良的马丁·马瑞塔集团制造。发动机系统由美国航空航天局马歇尔航天飞行中心负责,由洛克韦尔集团的加州洛克代尼分部制造。

航天运输系统主要用于近地轨道往返运输,其指挥控制中心在约翰逊航天中心。肯尼迪航天中心负责发射升空、返航着陆和地面周转及保障。

第一架航天飞机代号为OV-101,正式命名为“企业”号,用于地面各类实验和飞行验证。正式用于升空的是OV-102即“哥伦比亚”号,于1979年3月25日由波音747驮载到肯尼迪航天中心。之后,改进过的OV-099命名为“挑战者”,于1982年7月5日交付,OV-103命名为“发现者”,1983年11月9日抵达肯尼迪航天中心。1985年4月3日交付的OV-104命名为“亚特兰蒂斯”。这些名字来源于美国历史上著名的航海舰艇:“哥伦比亚”号是1836年投入使用的挂帆快艇,为美国海军环球航行的主要舰船之一。“挑战者”也是海军舰艇的名字,它参加过1872年至1876年间的大西洋和太平洋远洋探险。“发现者”在1610年至1611年间探索大西洋和太平洋西北方向的捷径,并发现了夏威夷群岛等地。“亚特兰蒂斯”为美国海洋地理研究所1930年到1966年间使用的一艘双桅帆船。

当前,美国有两个航天运输系统发射中心,肯尼迪航天中心负责赤道轨道、加州范登堡空军基地负责两极轨道发射任务。它们也是航天飞机的正常着陆点。加州爱德华兹空军基地作为主备降基地,白沙空军基地供紧急返航着陆使用。如在外地着陆,需用特制的波音747把它驮载回到肯尼迪航天中心,再次飞行准备时间增加一周,费用也增加100万美元左右。但爱德华兹拥有独特的先天条件:11400公顷坚硬广阔的干涸湖床作为基本跑道,长达12公里,还建有一条水泥跑道,用于夜间着陆,以免沙尘过多影响灯光引导系统,天气条件也比肯尼迪航天中心好,特别是航天飞机较重或肯尼迪航天中心天气变化时,只要在着陆之前提前一段时间,都可以临时备降到爱德华兹。目前,在这里着陆次数多达半数以上。

为了获得着陆飞行和地面保障经验,航天飞机头三次返回着陆,也在爱德华兹空军基地进行。1983年6月,由“挑战者”号航天飞机完成了代号为“航天运输系统-7”的航天飞行,原计划首次实现在肯尼迪航天中心着陆,因天气原因,依然在爱德华兹着陆。之后的两次也是如此。一直到了1984年2月11日,代号“41-B”的飞行任务才实现了在肯尼迪航天中心的第一

次着陆。但在1985年的一次着陆中,由于刹车过度,一个机轮爆破,导致有关方面再次考虑肯尼迪航天中心着陆的安全性。在加装了前轮操纵系统和改进了刹车系统后,1986年元月,“挑战者”代号“61-C”的飞行计划才重新安排肯尼迪航天中心作为返航着陆点,但因天气恶劣再次改降爱德华兹。两周后,“挑战者”自身在发射中不幸损失,因此重新考虑肯尼迪航天中心的着陆设施是否足够安全。之后,改进了航天飞机的主起落架和碳刹车,增强了前轮操纵性,更换了轮胎型号。1991年交付的“奋进”号就是第一架改进后的航天飞机。同时,重新设计了肯尼迪航天中心的跑道表面摩擦性,减少了两端头1066米正常接地区域对轮胎产生的磨损,加长了安全道长度。1991年,肯尼迪航天中心得以重新作为返航着陆基地使用。

复杂繁多的准备

发射前的准备工作在肯尼迪航天中心飞行保障中心大楼内进行,在那里,航天飞机与火箭助推器组合在推进剂箱上,姿态垂直向上,然后,用履带式平板运载车把它们整体运往指定的发射台。肯尼迪航天中心第一个用于航天运输系统任务的发射台代号为39-A。在正常情况下,机组人员通过旋转悬臂式通道进入航天飞机,该通道高44.8米,回转幅度70度,时间30秒,航天飞机在点火前7分24秒与它脱离。机组的紧急撤离通道为封闭式消防撤离滑梯,一共有7套,每套里面有一个直径1.5米、高度1.05米的撤离笼,可搭载3人,经4组缆索吊落到发射台下,然后,机组通过台下的防爆斗,撤离可能爆炸的发射台。在正常情况下,它在发射前30秒脱开。

专门为航天运输系统设计了着陆设施,于1976年完成。跑道长度4571米,宽91米。中间高,两侧低,以形成良好的排水能力。此外,有300米延长道。跑道南停机坪为常规停机坪,东北停机坪为装卸停机坪,用于将航天飞机装在波音747机背上,或者从该机机背上卸下来。专用的装卸台长45米,宽28米,高32米。在跑道中段外侧,设有指挥塔台、救护队和消防队,还有一个供舆论界和宾客观赏着陆过程的看台。

航天飞机相当于DC-9飞机大小。从这个角度说,并不需要这么长的跑道。但它没有动力,又以超音速大速度下滑,以及没有复飞能力,必须尽量为其着陆操作创造便利条件。

跑道异物对这样大速度着陆的飞机十分危险。因此,在飞机接地前15分钟,地面人员要对跑道进行最后检查。然而,飞鸟很容易打伤航天飞机表面的隔热瓦。作为野生自然保护区,这里的鸟类有300多种。工作人员使用驱鸟广播,经常修剪跑道两侧草坪,以免鸟类接近跑道。

飞机接地后,由于它没有动力,需要用柴油牵引车把它拖回飞行保障中心。训练用的航天飞机飞行模拟器也坐落在这里。航天飞机的飞行技能也通过T-38教练机来训练。这些飞机也停放在这个区域。此外,用于保障工作的其它运输机和直升机也在这里作业。

此外,还有一套由电子控制的精密着陆灯光辅助系统。从高度2285米起,如果航天飞机高于预定的下滑道,机组人员看见的灯光是红色的,反之,是白色的。只有飞机处于预定的下滑道之内,他们才可以同时看见红白两色的灯光信号。整个着陆机动阶段均有灯光引导信号,机组人员只要调整飞机姿态,同时看见红白相间的灯光信号,就说明飞机处于正确的下滑道上。在离地面高度676米左右时,可以看见4组,每组各24个灯源的接地指示信号。如果机组人员看见它们为红白两色,就可以放下起落架,使飞机进入接地状态。夜间着陆时,跑道灯光呈背光照明状态,以免机组人员感觉眩目。

在气象条件要求方面,在航天飞机处于轨道上,要决策是否开始着陆时,从时间上说,大约距离着陆点90分钟时,要求肯尼迪航天中心当地低于3047米的云不多于20%,能见度不小于8公里,侧风不大于22公里/小时。如果本次着陆重量较大,则还需要把侧风条件提高到不大于19公里/小时。同时,在着陆地带55公里范围内,不得有雷暴条件,在19公里内,不得有降水的可能。

气象预报由约翰逊航天中心航天飞行气象中心发布,也需要肯尼迪航天中心现场观测小