三、航天飞机：架起人神约会的“金桥”
1.航天飞机的研制经历
航天飞机又称太空—地面间的往返穿梭器。它的思想最早是美国NASA于1969年4月提出的。航天飞机计划实际上是建造一种可重复使用的航天运载工具计划。1972年1月，美国开始正式研制航天飞机，并把此列入空间运输系列计划。研制内容包括航天飞机方案设计，可回收的固体火箭助推器，不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器三部分。经过5年多时间的研制，于1977年2月研制出“企业号”航天飞机轨道器，由波音747飞机驮着进行了机载试验。1977年6月18日首次载人用飞机飞上蓝天试飞，8月12日载人在飞机上试飞成功，试验圆满完成。又经4年完善，最终于1981年4月12日第一架载人航天飞机在美国东南部的佛罗里达州的卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心升空，在太空宇航中，树立了航天史上的又一丰碑。
与飞机起飞需要机场一样，航天飞机起飞也需要航天港。美国NASA花24亿美元把佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪空间中心加以改建，将那些原来为“阿波罗”登月计划服务的设施，改为适合于航天飞机的发射和降落，成为有一条长4500米、宽91米跑道的名副其实的航天港。
2.巧夺天工的航天飞机
航天飞机由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三部分组成。全长约56m，高23m，起飞重量约2000t。外形像一架“DC-9”型飞机。
它的固体燃料助推火箭共两枚，每个长45m，直径4m，推力1315t。发射时，它们与轨道器的三台主发动机同时点火，总推力约3140t。航天飞机起飞上升至50公里高空时两枚助推火箭停止工作并与轨道器分离，回收后经过修理可重复使用20次。用固体燃料助推火箭发射载人飞行器这在航天史上还是第一次。迄今为止，强大的固体燃料助推器只用于军事方面和发射自动卫星。
外储箱是一个长47m、直径8m的巨大壳体，内装供轨道器主发动机用的燃料。在航天飞机入轨之前主发动机熄火，轨道器与外储箱分离，此时外储箱内燃料已用光，它进入大气层烧毁。
轨道器是整个航天飞机的中心，也是惟一载人的部分。它长37m，翼展23.7m，自重68t。货舱长18.3m，直径4.6m，可容纳人造卫星、各种科学仪器等设备近30t。乘员舱可乘3名航天员（指令长驾驶员和飞行专家各一人）。舱内大气为氧、氮的混合气体。在这里航天员可不穿航天服。轨道器在轨道上运行时间为7天，以后可望延至30天。飞行期间航天员执行各项预定任务。
任务完成之后轨道器通过机动发动机的工作制动减速，并离开运行轨道，下降返航，像一架滑翔机那样在跑道上水平着陆。轨道器可重复使用100次。
3.形态各异：航天飞机的种类
（1）形态各异
不同国家不同型号的航天飞机其尺寸、形状、载重量、性能等指标都不完全相同。下边举例看一下几种型号航天飞机的情况。
①“哥伦比亚”号航天飞机（美国）
1984年4月12日首次发射。机身总长56米，翼展宽24米，火箭及航天飞机起飞重量约2040吨，起飞总推力达2800吨，飞机最大有效载荷29.5吨。核心部分货舱长37.2米，每次飞行最多载客量为8人。飞行时间7～30天。它可重复用100次。
②“暴风雪”号航天飞机（前苏联）
该航天飞机大小类同普通大型客机，外形同美国航天飞机相仿。机翼成三角形。机长36米，高16米，翼展24米，机身直径为5.6米，起飞重量为105吨，返回后着陆重量为82吨。它的货舱长18.3米，直径4.7米。能将30吨货物送上近地轨道，将20吨货物运回地面。头部是乘员舱，容积为70立方米，可乘10人。用地面遥控机上的电脑系统顺利升空与返航。在跑道着陆，难度高于1981年美国有人驾驶的航天飞机试飞和着陆的难度。
③欧洲宇航局的航天飞机
欧洲10国组成的欧洲宇航局也在不断地研制航天飞机。其各国研制情况为：
A.英国正在研制“霍托尔号”单级航天飞机。它长52米，翼长20米，其大小、重量与一架协和式喷气客机差不多。可在3500米长的跑道上起飞，起飞重240吨，这是一种重复使用、水平起飞、无人驾驶的航天飞机，主要用于释放、回收卫星，为有人操纵的空间站和无人操纵的空间平台运送物资，也可用作空间实验室或用于军事目的。
B.德国已着手研制“桑格尔号”两级航天飞机，计划2006年正式飞行。它的第一级是一架装有航空发动机的高超音速运输机，第二级是一个装有火箭发动机的有翼轨道飞行器。
C.欧洲空间局以法国为主研制的“海尔梅斯号”航天飞机，将用“阿丽亚娜5”型运载火箭发射入轨。它可载6名宇航员和4.5吨有效载荷，载荷容积为35立方米，计划每年飞行6次，机长17.9米，宽10.2米，相当于一架歼击机大小。
（2）功能齐全
大运载能力的空间运输工具——航天飞机的出现，将使开发、利用空间的幻想变为现实。
首先，航天飞机具有平稳性。众所周知，人所能承受的加速度极限为10g左右（g为重力加速度，为9.8米/秒2）。现在宇航员乘坐飞船在发射加速阶段所受到的超重大约是5至6倍地面正常重力的压力（即加速度为5～6g）。那滋味绝不是普通人忍受得了的；而乘坐航天飞机，这种超重将减少一半，只有大约3倍于地面正常重力的压力（即加速度为3g）。这将使任何一个没有晕车病的健康人都可以承受得了。于是科学家也可乘航天飞机去太空试验。
这就为航天飞机在太空开发中广为应用。有人预计，航天飞机将会给工业和科学技术带来一场革命。
譬如说，空间中的高真空和零重力条件，这就提供了地面上无法取得的优越技术环境。在没有重力的条件下，人们可以制造出完美的球体，比如滚珠轴承。由于没有重力妨碍，人们还可以把化学性质极不相同的材料——如钢和玻璃混合在一起，从而可能制造出在地面上不可能得到的超强度的抗热金属合金，以及新型半导体材料。在空间也能够制备出无缺陷的大块硅单晶和锗单晶，从而极大地改进了许多电子器件的性能。由于许多生物物质——从各种酶到血细胞在空间能够更有效地分离出来，空间制药工业看来也有发展前途。例如，在1975年“阿波罗-联盟号”合作飞行中有一项实验证明，有一种溶解血栓的特效药尿激素酶，在空间就很容易从肾细胞中分离出来。这种药物在地面上很难制造，因而十分昂贵。所以，随着航天飞机费用的降低，这样一类药物如果在空间制造，它的价格便有可能大幅度地下降了。
此外，在太空活动中，利用航天飞机还创造了许多前所未有的记录，从而为人类认识太空，认识宇宙发挥自我能力提供了第一手资料。
4.航天飞机创造的神话
航天飞机上天10年，探索成果累累，取得的成就让世人瞩目，无论是在民用方面，科学实验方面，还是在军事应用方面，都获得了难以估量的巨大效益。目前，一些国家正在积极抓紧研制这种飞机。10年来取得的成果，可简要概括为如下几点。
（1）价值非凡的经济效益
1983年11月28日，“哥伦比亚”号把欧洲空间局的“空间实验室-1”号送上太空轨道，进行了73项科学实验，取得丰硕成果。1984年4月6日，宇航员乘“挑战者”号在轨道上捕获、修复失灵的“太阳峰年”探测卫星，仅此一颗就价值2.4亿美元。在1990年底以后又进行了多次修复故障、失灵、老化的卫星都取得很大效益。例如，1992年5月13日，“奋进”号首次升空，就拯救了“国际通信卫星-6”号，这颗卫星价值2.7亿美元，而且需要两年才能制造出来，而这次捕获、修复、重新释放才仅花了9300万美元和只用了三天（实际是只用了几个小时就完成了）。这项修复后可使该卫星寿命继续延长12年，为全世界转播3套彩色电视和12万路电话，每天使国际卫星组织净收24万美元。1990年2月20日，“哥伦比亚”号将美国释放的“LDEF（长期暴露装置）卫星”带回地面，为获得设计永久性空间站所必要的实验数据提供了极宝贵的材料。至于在释放和捕捉各种航天器所获的经济价值，简直难以计数。
（2）战略威慑的军事应用
航天飞机在军事用途方面更是广泛，而且是具有独特能力的军用航天器。
——释放、回收军用卫星。同释放和回收民用卫星一样，航天飞机在已释放的（截止到1990年底）46颗卫星中，有占比例很大的军用卫星，这些军用卫星的释放既可节约发射费用，更能灵活机动，保密性好，具有重要军事意义。
——试验“星球大战”（SDI）激光。1985年6月21日，“发现”号航天飞机成功地进行了激光高精度跟踪试验，验证了激光跟踪低轨道高速运动目标的能力。这是美国“星球大战”计划中的重要项目。
——建立完整的空间军事系统。航天飞机具有运载量大的突出特点（一次最多载荷29.5吨），就可把特大构件运上轨道。1985年1月24日，“发现”号把一颗绰号“大耳朵”的大型军用侦察卫星，送入了地球同步轨道。这颗卫星能截获前苏联向太平洋发射远程导弹的遥测信号，还可窃听欧、亚、非三大洲大部分地区的军事和外交情报。
——直接从事军事行动。航天飞机有很大的军用潜力。在担负侦察任务时，在200公里高空拍摄地面照片，可辨别1米长的物体，可作为高能激光武器、粒子束武器和小型导弹的发射平台；能攻击敌方飞行中的导弹，也可直接攻击地面目标；能成为太空杀手，既可消灭别国卫星，也可捕获据为己有，还可在太空试验各种军事装备；同时，由于它具有往返天地之间的能力，自然可作为军事后勤保障的重要工具，成为“太空军事后勤部”。
四、航天站：人造天空的“灵霄宝殿”
1.日行百万里的天上“宫殿”
迄今为止，各国人造卫星、载人飞船和各类宇宙探测器，由于受到外廓尺寸、起飞重量、工作空间、生活条件，以及能源供应等条件的制约，多数只能执行短期的（几天至几个月，最多几年）、单一的（诸如通信、导航、气象、侦察和星空探测等）航天任务。使得发射费用庞大、运载火箭坠毁、航天器本身被迫放弃，并造成太空垃圾骤然增多等多种损失，特别是经济损失巨大，使航天事业发展受到一定制约。航天飞机的发展，虽然已部分解决了重复使用和在轨道上执行发射任务的问题，但仍没有一个可靠的长期停靠的轨道空间站可供使用。这就需要发展一种能长期滞留在轨道上、体积空间较大、可完成多重综合任务的巨型航天器。这正是航天站产生的内在原因。
航天站比一般航天器规模宏大、容积宽阔、配置设备多、能源供应足、机动动力大，不仅可装载更多的仪器设备和更多的航天乘员，执行多种综合任务，更重要的是它的长寿命，这是一个突出的特点。航天站能在轨道上运行5年、8年（“礼炮-6”号工作了5年，“礼炮—7”号工作了8年），甚至更长的10年、20年、30年。只要能及时供应、维修、局部更新，就可以长期运行下去。而供宇航员工作、生活的必需条件尤如在地面工作一样，可较长期驻站，也可定期不定期轮换。
而且，航天站还具有七大用途，主要包括：一是进行科学实验，利用站上各种实验室和舱外平台等设施，可进行各种科学实验活动，包括生命科学、生物工程、天文观察、对地探测和空间环境考察等多种空间学科的研究实验；二是开发空间资源，利用航天站“得天独厚”的有利位置，可获得诸如超高空、超洁净、超真空、超无菌、超微重力以及超阳光辐射等地面所不可能具有的自然条件，进行多种生产、科研活动；三是发展空间产业，利用站上所获得的空间资源，进行特种材料加工和医药生产以及种种新产品生产；四是进行高新技术试验，利用站上的特殊环境条件，进行通信、太阳能、空间推进、对地遥感等多种技术领域的实验工作；五是在轨服务，可在站上对本体维修，还可对其他航天器进行维修、设备的更新换代、建造大型空间设备等服务活动；六是太空驿站，可作为飞往月球、火星等各大行星的过渡站、加油站、换乘站、供应站等；七是军事作战，这是所有航天器的共同用途，但航天站有着独特的有利条件，成为外层空间的第四战场指挥中心，可从事各种军事活动，包括侦察、照相、太空兵器发射和试验、指挥控制、协调联络等，无疑可成为“天军”作战司令部。
2.巡视宇宙的多舱风险专列
一般航天站的基本构架，由大型运载火箭发射入轨，本体可以载人入轨，也可先不载人，随后上天；或短期载人，长期自行工作。根据需要，随后发射货运飞船或航天飞机把有效载荷运送入轨与之对接，采取积木式建造逐步扩展。
航天站通常由本体即中心构架、对接舱、气闸舱、轨道舱、生活舱、服务舱、专用设备舱和太阳能电池阵列板等组成。
