進入21世紀,中國航天領域打開新篇章,短短二十年間完成了神舟飛船發射、太空行走、北鬥衛星建成以及嫦娥登月等項目,每一步都是全新的嘗試和突破,都是我國向世界航天先進行列靠攏的步伐。
有觀看過航天發射的夥伴都知道,現在無論是衛星發射、載人航空還是星外探索都是利用運載火箭作為載體進行發射從而将主要部件送入太空的。但在此之前,美蘇兩大航天強國都曾有過用航天飛機進行航天作業,雖然現已經銷聲匿迹,但其中很多技術都仍在運用。所以,今天我們就來聊聊它。
航天飛機
20世紀70年代,沉浸在太空探索激情中的美國國家航空航天局(NASA)認為需要建設一種可重複使用的航天運載工具。經過近十年的研制和試驗,1981年第一架載人航天飛機終于出現在航天發展曆史舞台。
航天飛機是一種可載人往返于近地軌道和地面間的有人駕駛、可重複使用的運載工具。它既能像運載火箭那樣垂直起飛,又能像飛機那樣在返回大氣層後在機場着陸。
美國作為首個研發者,先後制造出挑戰者号,奮進号等多個航天飛機,成功實現發射并回收,是唯一成功利用航天分級進行載人任務的國家。美國航天飛機由軌道飛行器、外挂燃料箱和固體火箭助推器三大部分組成。而蘇聯航天飛機本身不具備運載能力,更多的隻是個航天器。
如何發射航天飛機完成升空入軌需要很多的燃料,光是由航天飛機裡面的儲存來完成是不科學的,因此它需要有助推的固體火箭,以及可以為航天飛機主發動機提供更多燃料的外挂燃料箱。
首先,需要把這個以上部件按如下方向完成組成,助推固體火箭有兩個分别位于航天飛機兩側,而外挂燃料箱由兩部分組成,一部分是由于儲存液氫,另一部分用于儲存液氧,挂與航天飛機的内側。準備就緒後,将會由運輸裝置将其移送到發射平台上靜候發射。
移動發射平台上有與主發動引擎和助推器相适應的幾個洞,用來容納發射時它們所産生的火焰,并且由下面的傳焰通道引向兩側。在發射幾秒前,發射台上會從不同地方湧出水,這将限制聲波在離開地方時的反彈,避免損壞飛行器件。此外,還需要完成有效載荷的垂直裝載等工作。
在發射前幾個小時,開始進行外挂箱的燃料裝載。随後,宇宙員通過連接的機械臂進入軌道器飛行器内。到了發射前幾分鐘,會完成對主引擎等部件進行最後的測試。随後主引擎發動機完成點火動作,與此同時通氣臂與周圍的服務連接器等都是全部縮回,釋放出航天飛機,随着助推器點火完成,航天飛機發射升空。
離開地面不久後,航天飛機将完成翻轉,使得升空時大部分時間飛機頭朝下減小機翼的空氣阻力。到距離地面45公裡左右時,兩側助推器完成任務,自帶發動機點火實現分離。由于飛行過程中燃料不斷被消耗,主體的質量變小,為了确保航天員在能承受的重力過載内,此時會節流以減小加速度。随後,在外挂燃料箱用完之前要關閉航天飛機的主引擎,并完成外挂燃料箱的分離。
此時由于航天飛機還尚未進入環地球軌道,因此仍然需要再次加速。航天飛機會利用自己艙内攜帶的燃料進行發動加速,給航天飛機最後進入軌道的推力。進入軌道後,就可進行一系列的科學研究,或是釋放衛星、或是停靠空間站等等。
退出曆史舞台
美國航天飛機在2011年完成最後一次飛行任務後,就徹底退役了。而蘇聯的暴風雪号現在也處于棄用狀态。航天飛機的發明是航天技術發展史上的又一個裡程碑,從早期的研制和運用到後來的銷聲匿迹這個過程也就僅為30來年。
究其緣由,其一是建設成本以及維護成本十分昂貴,航天飛機老化速度較快,每年用于發射也就有限的幾次,但是長年的維護成本卻極高。其二,由于航天計算機技術的不斷升級,很多航天操作都可以通過遠程操控實現,這種為人為駕駛操控而設計的運載工具就顯得沒那麼大作用。
當然,對于人類航天發展而言,航天飛機退出曆史舞台,僅僅意味着一個階段的結束,但也意味着另一個更高起點的開始。
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