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航天飞机科普知识

编辑:未知 时间:2019-03-04 来源:未知

  飞机只能在大气层中活动,离开了空气它就寸步难行,因此飞行高度一般在30公里以下,最高记录也不过36240米。巨大的火箭可以直冲云霄,把载人飞船送到大气层外,使其环绕地球或者登上月球。可惜,火箭只可使用一次。

  

  从发射第一颗人造卫星以来;每年送入地球轨道的有效载荷(如卫星、飞船等)的数量不断增加,每枚火箭的有效载荷从几十公斤(第一颗人造卫星重83.6公斤),提高到100多吨(美国“土星”5号发射的“阿波罗”登月飞船,重约120吨)。目前,全世界每年要向宇宙空间发射出几百至几千吨的飞行物体。可是这些飞行体都是一次使用的。

  

  航天飞机是飞机、宇宙飞船和火箭的结合体,既可以重复使用,又能在宇宙空间飞行。同时,航天飞机也是一种最经济的航天器。那么,什么是航天飞机呢?

  

  航天飞机是可以重复使用的、往返于地球表面和近地轨道之间、运送有效载荷的飞行器。它既是用火箭发射的航天飞行器,又可像飞机那样在机场降落。这种飞行器第一次把现代空间技术有机地结合在一起。

  

  美国第一架航天飞机于1981年4月12日首次试飞成功。它由上下两部分组成,上部是轨道器,其形状与大型喷气式客机相似。驮着轨道器的是两台固体推进器和一个外贮箱。处于两台固体助推器之间的的外贮箱也是一个庞然大物,内部装有上千吨的“燃料”一一一液氢和液氧。这些液氢液氧,也是轨道器上主发动机的推进剂。

  

  轨道器是航天飞机的主体,又是航天飞机中惟一可载人的部分,也是真正在地球轨道上飞行的部件。轨道器分前、中、后三段。前段是处于常压下的乘员舱,有四个座位,一般情况下乘3~7名航天员,应急情况下可载10人。轨道器的中段是一个很大的运载舱,可装载30吨左右的货物。运载舱可以装载人员、卫星、科学仪器、航天武器等,在运载舱中还载有遥控机械手,以便在空间装卸货物。轨道器的后段装有三台主发动机,每台主发动机长4米多。三台主发动机的真空推力共约6.2兆牛。除了三台主发动机外,轨道器后段还装有使航天飞机作机动飞行、保持飞行稳定、进行姿态变换和反推控制等动力系统。

  

  航天飞机发射时,三台主发动机和位于外贮箱两旁的两台固体助推器同时点火。霎时间,尾部喷出了浓浓的烈焰,航天飞机从发射场上腾空而起,依靠约30兆牛的推力,使它直插蓝天。航天飞机上升到45公里的高空,两台固体助推器燃烧完毕,自动脱落,并打开降落伞降落,以便回收后下次再用。当两台固体发动机分离之际,航天飞机的时速超过5000公里。这时,主发动机还在继续燃烧,依靠主发动机的推力,继续向高空冲去。从点火开始,经过8分钟左右的时间,航天飞机己达到了预定的轨道附近。此时,轨道器下部庞大的外贮箱中的液氢和液氧已经耗尽,致使主发动机停机,外贮箱同时被抛弃,坠入大气层烧毁(外贮箱是不回收再用的)。这样,整个航天飞机就剩下轨道器了,由于装在后段的机动发动机的作用,轨道器入轨飞行。

  

  航天飞机入轨后,运载舱上的舱门打开,就可执行各种任务。在轨道中,航天飞机可以根据需要,依靠控制系统,进行各种姿态变换。航天飞机在轨道上的飞行时间可达一个月。

  

  轨道器在空间完成了预定的任务之后,就启动机动发动机,使其脱离原来的地球轨道,高度逐渐降低,再人大气层。在大气阻力的作用下,速度减慢,在大气中作无动力滑翔飞行,着陆时,可以由航天员操纵,也可以自动着陆系统操纵。返回地面后,经过维修保养,补充推进剂、加装助推器和外贮箱之后,又可再次升空飞行。目前所设计的航天飞机,重复使用次数在l00次左右。

  

  l969年,美国开始研究航天飞机。在早期设计中,飞机是带翼的,可重复使用的助推器也是带翼的,到1972年,才确定了目前这种结构形式。美国原计划制造五个轨道器。其中第一个轨道器101号取名为“企业”号,1976年9月建成出厂。这架航天飞机于1977年2月18日进行了第一次试飞,它被固定在波音747飞机机身上,无人驾驶,只供飞行试验;6月26日,它又固定于飞机上,在有人驾驶下进行了三次飞行试验;1977年10月26日,它进行了有人驾驶的自由飞行试验,并在加利福尼亚州爱德华空军基地的跑道完成了着陆试验。这些飞行和着陆试验表明,只要增添其设备和发动机,并进行试验后,航天飞机就可以在太空飞行了。第二个轨道器102号取名为“哥伦比亚”号。它是进入空间轨道的第一架航天飞机,1981年2月12日首次试验成功。它共进行了四次空间轨道飞行试验,1982年11月11日作首次商业性飞行。1982年11月28日 它首次运载欧洲航天局制造的“空间实验室”1号飞行,第三个轨道器099号取名为“挑战者”号。它于1982年12月初送到卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心39A发射台上,进行点火试验,1983年4月4日首次发射上天,成功地进入预定轨道,施放了一颗“跟踪和数据中继卫星”,在以后的各次飞行中,两次用机械臂将德国制造的卫星放人轨道,进行编队飞行,最后像普通喷气式客机那样,对准约5公里长的跑道俯冲着陆。航天飞机还进行了卫星再抓回货舱等试验活动。第四个轨道器103号取名为“发现”号,1984年8月30日首航,它施放了三颗通信卫星。在以后几次飞行中,施放了一颗新型的秘密电子侦察卫星,回收了两颗进入错误轨道的通信卫星。第五个轨道器104号取名为“阿特兰蒂斯”号,已建造完毕,于1985年10月3日作处女飞行。

  

  1986年1月28日上午,在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心39号发射台上,“挑战者”号航天飞机载着七名航天员升空后爆炸,成为美国航天史中损失最大的一次悲剧,也是载人航天史上最大灾难。

  

  1992年5月7日,为代替“挑战者”号而建造的航天飞机“奋进”号顺利升空,在人类航天史上记下了新的一页。

  

  “奋进”号是美国第五架使用的航天飞机,建造于1991年4月,造价20亿美元,与其他四架航天飞机(“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号和“阿特兰蒂斯”号)相比,它采用了更为先进的航天技术。“奋进”号的处女航行共绕地球飞行141圈,行程59万公里,进行了四次太空行走,创造了美国航天飞机第一次飞行太空行走的纪录。

  

  苏联的“暴风雪”号航天飞机是苏联历经10多年秘密研制,耗费00多亿美元。“暴风雪”号首航成功,为苏联建立一个更加完善的大地往返运输系统铺平了道路,并为其大规模开发和利用宇宙资源创造了有利条件。