在“阿波羅”登月計劃快要結(jié)束時，美國開始考慮其未來的太空計劃。當(dāng)時美國太空計劃使用的是一次性火箭，但美國到此時已開始考慮采用一種更可靠、更便宜和可能重復(fù)使用的火箭。

1972 年，美國宣布要研發(fā)可重復(fù)使用的航天飛機（當(dāng)時其名稱是空間運輸系統(tǒng)）：由外形酷似飛機的軌道器、一個外掛燃料貯箱和兩臺固體火箭推進(jìn)器組成。

經(jīng)過多年的建造、測試后，航天飛機終于起飛。最終，美國一共建造了5 架航天飛機。

航天飛機的主要部件

典型的航天飛機任務(wù)流程

進(jìn)入軌道 從發(fā)射臺把航天飛機發(fā)射到上升軌道中。

軌道活動 宇航員在航天飛機上的活動。

重入地球大氣層

在地面著陸

一次典型的航天飛機任務(wù)持續(xù)7～14 天。

發(fā)射航天飛機

為了把航天飛機發(fā)射進(jìn)距離地面185～643千米的軌道，需要用到以下組件：

兩臺固體火箭推進(jìn)器

軌道器的三臺主發(fā)動機

外掛燃料貯箱

軌道器上的軌道機動系統(tǒng)

軌道器

進(jìn)入太空后，根據(jù)任務(wù)目標(biāo)，軌道器的貨艙門既可以面朝地球，又可以背對地球。事實上，在整個任務(wù)過程中航天飛機的姿態(tài)都可調(diào)整。航天飛機的機長要做的事情之一，就是打開貨艙門來給軌道器降溫。

航天飛機上的生活

航天飛機的軌道器必須提供與地球上類似的環(huán)境，必須有空氣、食物、水以及合適的溫度，必須處理好人體產(chǎn)生的廢物（二氧化碳和大小便），也必須防火。

合適的溫度是如何實現(xiàn)的？

軌道器靠外掛燃料貯箱提供液氧和液氫。外掛燃料貯箱位于機身中部。機艙加壓系統(tǒng)將氫、氧在一個大氣壓下以適當(dāng)?shù)谋壤旌稀?/p>

軌道器內(nèi)有5 圈風(fēng)扇來循環(huán)空氣，這些空氣帶走二氧化碳、熱量及濕氣。

（1）多個二氧化碳吸收罐通過讓二氧化碳與氫氧化鋰反應(yīng)來去除二氧化碳。這些罐子位于機組艙的下層甲板，每12 小時更換一次。

（2） 活性炭罐移除塵埃和泄漏的揮發(fā)性化合物。

（3） 位于下層甲板的座艙熱交換器降低艙內(nèi)溫度，同時凝集濕氣，濕氣被吸濕器收集。吸濕器中的水被壓入分選離心機，該機器通過高速轉(zhuǎn)動來把水分分離出空氣。此后空氣被再循環(huán)，水則進(jìn)入廢水箱。

11千克

航天飛機的燃料電池用液氧和液氫制造水，每小時制水量為11千克。水箱由氮氣加壓，這樣水能流到中層甲板供機組使用。

控溫

太空相當(dāng)寒冷，軌道器不同部位的溫度變化劇烈。不過，電氣設(shè)備能為軌道器提供足夠的熱量，并且能排除多余的熱量，以穩(wěn)定溫度。

食物

食物存儲在機組艙的中層甲板上，其中包括脫水食品、中水分食品、熱穩(wěn)定食品、輻照食品和自然態(tài)食品。

防火

火是航天器在太空中最大的風(fēng)險之一。軌道器中有頂級的防火、滅火系統(tǒng)?；鹣绾?，空氣中的微粒和有毒物質(zhì)會被專門的設(shè)備過濾掉。

保潔

軌道器必須保持清潔，因為在太空中飄浮的塵埃和碎屑可能造成危險。清潔、進(jìn)食、工作都可能產(chǎn)生廢物。為了保潔，軌道器內(nèi)配備了干濕、消毒、洗滌等各種擦拭布，還配備了各種清潔劑、消毒劑，以及干濕吸塵器和多種過濾器。垃圾被裝進(jìn)干濕兩種袋子，其中濕垃圾袋被放進(jìn)蒸發(fā)器去除水分。所有垃圾袋最終都被放進(jìn)下層甲板，送回地球處理。來自衛(wèi)生間的固體廢物經(jīng)壓實、干燥后放進(jìn)垃圾袋，送回地球后焚燒。來自衛(wèi)生間的液體廢物進(jìn)入廢水箱，排出航天飛機。

航天飛機上的工作

航天飛機的設(shè)計任務(wù)也包括部署或取回人造衛(wèi)星、把負(fù)載送進(jìn)地球軌道和在太空做實驗。當(dāng)需要更多的任務(wù)空間時，就需要用到安裝在貨艙里的太空實驗室艙。機組艙的中層甲板上有通道通往這個艙。不過，在2003 年哥倫比亞號航天飛機事故中太空實驗室艙損毀，此后大多數(shù)太空實驗都在國際空間站上進(jìn)行。

航天飛機返回地球

航天飛機要成功返回地球，并不是一件容易事。

首先，軌道器必須呈現(xiàn)合適的姿勢。開始時軌道器背對地球，機組點火軌道機動系統(tǒng)的發(fā)動機組，讓軌道器減速并轉(zhuǎn)向至面朝地球。此后要花大約25 分鐘，航天飛機才能到達(dá)地球大氣層的上層。在此期間內(nèi)，機組點火反應(yīng)控制系統(tǒng)的推進(jìn)器組，使軌道器傾斜，讓軌道器以40°角朝向大氣層。

最終，機組燒盡前部反應(yīng)控制系統(tǒng)剩余的燃料，以此作為一種安全防范，因為該系統(tǒng)所在部位在航天飛機返回地球的過程中會極大升溫。因為航天飛機的移動速度高達(dá)大約每小時2.8 萬千米，所以軌道器會沖擊空氣，與大氣層摩擦生熱（溫度可達(dá)大約1650℃）。軌道器表面覆蓋有陶瓷絕緣材料，使軌道器能承受這樣的高熱。

在返回地球過程中，后部噴氣射流會讓軌道器保持適當(dāng)?shù)慕嵌取＼壍榔髦車髿鈱拥臒霟犭婋x氣體會導(dǎo)致航天飛機與地面的無線電通信中斷大約12 分鐘。在重入地球大氣層成功后，軌道器能夠像飛機那樣飛行。這便是航天飛機既是航天器又是航空器的原因。

“挑戰(zhàn)者”號的悲劇

1986 年1 月，美國向太空發(fā)射了一艘航天飛機——“挑戰(zhàn)者”號。由于低溫導(dǎo)致“挑戰(zhàn)者”號航天飛機密封橡膠圈縮小，無法密封航天飛機上的連接部位。在“挑戰(zhàn)者”號升空過程中，熾熱氣體從推進(jìn)器的一個節(jié)點逸出，沖破了外部燃料箱，點燃了箱中的液氫燃料。挑戰(zhàn)者號因此爆炸、解體，機上7 名航天員全部殞命。

“哥倫比亞”號的災(zāi)難

2003 年2 月，“哥倫比亞”號航天飛機重入地球時在距離地面6000 米的高空中解體，機上7 名宇航員喪生。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在“哥倫比亞”號發(fā)射時，從外部燃料箱上墜落的絕緣泡沫材料擊中了航天飛機的左翼，損壞了機翼上的隔熱瓦。當(dāng)“哥倫比亞”號重入地球時，熾熱氣體經(jīng)過機翼上的受損區(qū)域進(jìn)入機翼內(nèi)部，“哥倫比亞”號最終失控而爆炸、解體。

退出歷史舞臺

雖然后來的航天飛機設(shè)計制造吸取了上述教訓(xùn)，但航天飛機的缺點不斷暴露，尤其是航天飛機能搭載入軌的負(fù)載量很有限。航天飛機并非是重型運載工具，不能逃出地球的引力場，無法進(jìn)入能前往月球或火星的軌道。因為這些原因，航天飛機的研發(fā)和制造已經(jīng)全面停止。

（編輯：王川）