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航天飞机

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航天飞机
航天飞机
航天飞机是一种新型的多功能航天飞行器,是承运卫星等航天器材到达太空的重要工具。航天飞机集火箭,卫星和飞机的技术特点于一身,它能像火箭那样垂直发射进入空间轨道,又能像卫星那样在太空轨道飞行,还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆,随着科学技术的发展,航天飞机已成为发射火箭卫星上天的重要载体。

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简介编辑本段回目录

作为一种可重复使用的天地往返运输器,航天飞机是现代火箭飞机飞船三者结合的产物。它能像火箭一样垂直起飞,像飞船一样绕地球飞行,像飞机一样水平着陆。

航天飞机是人类有史以来建造的最复杂的机器,强大的运载能力使其成为独一无二的航天器。正是在航天飞机强大运载能力支持下,人类才有可能一步步修建国际空间站——这个世界上最大的太空轨道实验室,为人类未来登陆月球、奔向火星乃至更广阔的宇宙空间铺平了道路。

航天飞机
航天飞机
航天飞机是世界上唯一的可重复使用的航天运载器。70-80年代,美国苏联法国日本等国相继开始研制航天飞机,但由于技术和资金等原因,到目前只有美国研制的航天飞机投入使用。航天飞机用途广泛,可进行空间交会、对接、停靠、空间科学实验、发射回收或检修卫星。它曾在空间捕获一颗未能进入同步轨道的国际通信卫星6号,进行修理后,又把它送入同步轨道。它还发射过并三次整修哈勃空间望远镜。航天飞机通常可乘7人,飞行时间一般在2周以下,最长可达28天。

目前航天飞机的主要任务是向国际空间站运送宇航员和各种建设用部件和补养。美国原设想使用可多次重复使用的航天飞机可以节约花费。但结果全然不同,每架航天飞机的研制费非常高,最新的奋进号研制费达20亿美元,而且每次发射费用1亿多美元。因此至今只做了6架航天飞机,其中一架企业号为样机,另外有五架工作机,分别是哥伦比亚号挑战者号发现号阿特兰蒂斯号奋进号。航天飞机的可靠性还是非常高,自1986年1月挑战者号发射失败后一直到2002年4月为止已成功飞行过110次。2005年7月26日任务STS-114——哥伦比亚号解体意外后首次航天飞机返回太空任务 

飞行原理编辑本段回目录


 航天飞机由轨道飞行器、固体火箭助推器和外挂贮箱3大部分组成,航天飞机起飞的动力源自两台巨大的集束式助推器和3台液体推进剂。在这些起飞动力装置中,中心部分是一个外形像一架三角翼滑翔机的轨道飞行器,它垂直发射,是航天飞机飞行时必不可少的配件,它在进入地球大气层后像普通飞机那样下滑着陆。

航天飞机在起飞时,利用外挂贮箱内的液氢推进剂作为主发动机的动力,贮箱随着推进剂的使用完毕而投弃,另外,航天飞机还依据轨道飞行器顺利飞行;一般情况下,航天飞机的轨道飞行器可使用次数在100次以上,它有一个巨大的货仓,可以作为卫星及其他材料的存储点;大规模的太空作业时,还可将外挂贮箱带入轨道,作为航天站的核心部分。

飞行高度在1000公里以下是航天飞机近地轨道的飞行高度,向国际空间站运送宇航员和各种建设用部件和补养是目前航天飞机的主要任务,因为航天飞机的运载能力比较大,所以航天飞机往往采用多级组合形式,在需要高轨道运行有效载荷的时候,还可以由航天飞机将其送上近地轨道后再从这个轨道发射,使其进入高轨道,以完成最终任务。
  

组成部件编辑本段回目录


航天飞机采用模块化设计,整个系统包括三大模块: 

航天飞机组成
航天飞机组成

一、外部燃料箱
外表为铁锈颜色,主要由前部液氧箱、后部液氢箱以及连接前后两箱的箱间段组成。外部燃料箱负责为航天飞机的3台主发动机提供燃料。外部燃料箱是航天飞机三大模块中唯一不能重复使用的部分,发射后约8.5分钟,燃料耗尽,外部燃料箱便被坠入到大洋中。

二、一对固体火箭助推器
这对火箭助推器中装有助推燃料,平行安装在外部燃料箱的两侧,为航天飞机垂直起飞和飞出大气层进入轨道,提供额外推力。在发射后的头两分钟内,与航天飞机的主发动机一同工作,到达一定高度后,与航天飞机分离,前锥段里降落伞系统启动,使其降落在大西洋上,可回收重复使用。 

三、轨道器
外形像普通飞机一样的轨道器就是人们通常所说的航天飞机,它是整个航天飞机系统的主体,相当于系统的“大脑心脏”。机体分为机头、机身、机尾3段。机头是乘员密封舱,通常最多只容纳7人。机身是一个大货舱,可以与国际空间站对接,里面还安装有遥控机械臂,用于搬运货物或进行轨道器检查等工作。机尾是3台主发动机。

详解:外燃料箱

外燃料箱,英文缩写ET,它是轨道器的“煤气罐”,是航天飞机必不可少的重要部件之一;外燃料箱装的是航天飞机主发动机使用的推进剂,也是航天飞机惟一不能重复使用的部件。

在发射时,为附加装置----固体燃料推进器和轨道器提供结构支撑。升空大约8.5分钟后,推进剂耗尽,外燃料箱被抛开,与轨道器分离,使命完成。

航天飞机外燃料箱
外燃料箱
外燃料箱有三个主要部件,它们分别是:氧燃料箱氢燃料箱燃料箱,氧燃料箱位于航天飞机的前部,氢燃料箱位于航天飞机的后不,而燃料箱位于航天飞机的中部;后者将两个推进燃料箱连在一起,仪表和燃料处理设备也在中间箱里,同时,它也为固体火箭助推器前端提供附着结构。

外燃料箱的皮肤由执保护系统覆盖。热保护系统是一层2.5厘米(1英寸)厚的聚氨酯泡沫涂料,作用是将推进剂维持在一个可接受的温度,保护皮肤表面不会因为与大气摩擦产生的高温损坏,也将表面结冰的可能性降至最低。氢燃料箱的体积是氧燃料箱的2.5倍,但完全灌满燃料后,其重量只有后者的三分之一,这是因为液态氧的密度是液态氢的16倍。

外燃料箱包括一个推进剂输出系统,将推进推输送到轨道器的发动机里;一个加压与通风系统,负责调控燃料箱的压力;环境调节系统,负责调控温度,补充中间燃料箱区域的大气;还有一个电子系统,负责分配电力、仪表信号,提供闪电保护。


轨道飞行器

轨道飞行器是航天飞机整个系统的灵魂,它与一架DC-9飞机的大小和重量差不多,包括加压乘员舱(通常可以乘载7名宇航员)、巨大的货舱以及安装在其尾部的三个主发动机

位于机身的前部是驾驶舱生活舱和实验操作站,机身中部的有效载荷舱是容纳各种货物的地方,而轨道器的主发动机和机动推进器则在机身尾部。

降落过程中的航天飞机轨道飞行器
降落过程中的航天飞机轨道飞行器

机身前部:
驾驶舱、生活舱和实验操作站在机身前部,这一部分有一个加压的乘员舱,并为机头部分、前起落架和前起落架轮舱和门提供支持。

乘员舱:
它由三部分组成,分别是加压的工作间、生活间和储存间,乘员舱由驾驶舱、中舱/设备舱和一个气密过渡通道组成。乘员舱的空间为65.8立方米,在轨道器的前部。在乘员舱后舱壁外面的有效载荷舱里,可以安装一个对接舱和一个有接头的转移通道,以方面对接、乘员进入实验室和到舱外活动。两层的乘员舱前部有一个驾驶舱,机长的座位在驾驶舱的左边,飞行员的座位在右边。

驾驶舱:
驾驶舱通常设计成驾驶员/副驾驶员都可操作模式,这样在任何一个座位上都可以驾驶轨道器,也可以执行单个人的紧急返回任务。每个座位上都有手动飞行控制器,包括旋转和转换驾驶杆、方向舵踏板和减速板控制器。驾驶舱里可以坐4个人。

轨道显示器和控制器在驾驶舱/乘员舱的尾部,左边的轨道显示器和控制器是用来操纵轨道飞行器的,右边的轨道显示器和控制器是用来操纵有效载荷的。在驾驶舱里共有2020多个分散的显示器和控制器。

中舱:
中舱有为4个乘员睡眠室准备的物资和储藏设施,中舱还存有氢氧化锂单人救生器呼吸袋和其它装置、废物管理系统、个人卫生间和工作桌/餐桌。

机身尾部:
机身尾部包含左右轨道操纵系统、航天飞机主发动机、机身襟翼、垂直尾翼和轨道飞行器/外燃料箱的后部配件。前舱壁将机身尾部与中部隔开,舱壁的上层部分联接在垂直尾翼上,内部承受推力结构支持航天飞机的三个主发动机、低压涡轮泵和推进剂输送管。

航天飞机主发动机:

航天飞机主发动机
航天飞机主发动机
航天飞机主发动机是航天飞机的重要部件,它与固体燃料火箭助推器联接在一起的三个主发动机在最初上升阶段为轨道飞行器提供推力,使之脱离地球引力。在发射后,主发动机继续运作8.5分钟左右,这段期间是航天飞机用动力推动飞行。

在航天飞机加速时,主发动机会燃烧掉50万加仑的液态推进剂,这些推进剂由巨大的橙色外挂燃料箱提供,主发动机燃烧液氢和液氧,而液氢是世界上第二最冷的液体,温度在零下华氏423度(摄氏零下252.8度)。当固体燃料火箭被抛开后,主发动机提供的推力将航天飞机的速度在6分钟里从每小时4,828公里提高到每小时27,358公里以上并进入飞行轨道。

发动机一开始排放的是氢和氧合成的水汽。主发动机在分阶段燃烧周期内使用高能推进剂产生推力,推进剂的一部分在双重预烧器里消耗掉,产生高压热气,推动涡轮泵。燃烧是在主燃烧室完成的,主发动机燃烧室里的温度可达到华氏6000度(摄氏3315.6度)。每个航天飞机的主发动机使用的液氧/液氢比例是6比1,产生水平推力179,097千克(375,000磅)、垂直推力213,188千克(470,000磅)。

发动机产生的推力可在65%至109%的范围内调节,这样,点火发动和初始上升阶段可以有更大的推力,而在最后的上升阶段减少推力,将加速度限制在3g以下。在上升阶段,发动机的万向接头(平衡架)可提供倾斜、偏航和滚动控制。

航天新闻编辑本段回目录

暴风雪号航天飞机首航成功

1988年11月15日莫斯科时间清晨6时,前苏联的暴风雪号航天飞机从拜科努尔航天中心首次发射升空,47分钟后进入距地面250千米的圆形轨道。它绕地球飞行两圈,在太空遨游3小时后,按预定计划于9时25分安全返航,准确降落在离发射地点12千米外的混凝土跑道上,完成了一次无人驾驶的试验飞行。

暴风雪号航天飞机大小与普通大型客机相差无几,外形同美国航天飞机极其相仿,机翼呈三角形。机长36米,高16米,翼展24米,机身直径5.6米,起飞重量105吨,返回后着陆重量为82吨。它有一个长18.3米,直径4.7米的大型货舱,能将30吨货物送上近地轨道,将20吨货物运回地面。

暴风雪号航天飞机
暴风雪号航天飞机

头部有一容积70立方米的乘员座舱,可乘10人。科学家们认为,这次完全靠地面控制中心遥控机上的电脑系统,在无人驾驶的条件下自动返航并准确降落在狭长跑道上,其难度林比1981年美国航天飞机有人驾驶试飞大得多。

 

 

“挑战者”号航天飞机爆炸   

挑战者号航天飞机爆炸瞬间
挑战者号航天飞机爆炸瞬间

1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机在第10次发射升空后,因助推火箭发生事故凌空爆炸,舱内7名宇航员(包括一名女教师)全部遇难。造成直接经济损失12亿美元,航天飞机停飞近3年,成为人类航天史上最严重的一次载人航天事故,使全世界对征服太空的艰巨性有了一个明确的认识。

遇难宇航员为斯科比史密斯麦克奈尔杰维斯鬼冢(夏威夷出生,日裔)、朱迪恩·雷斯尼克(女)、麦考利芙(女教师)。

美国东部时间当日上午11时39分12秒,美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航空中心10英里上空,在“轰”的一声巨响之后,“挑战者”号航天飞机凌空爆炸。美国全部航天飞机飞行因而暂停了3年,“星球大战”计划也遭受严重挫折。

 

航天飞机大事记编辑本段回目录

航天飞机发展历程

1981年4月12日,第一架实用航天飞机“哥伦比亚”号首次升空,两天的飞行主要验证其安全发射和降落的能力,这开创了人类航天的一个新时代。

1983年8月30日,“挑战者”号航天飞机首次实现黑夜发射,6天后又在黑夜降落,宇航员队伍中的布拉福德是第一位“登天”的黑人。

1984年2月3日,“挑战者”号再次发射,在7天的飞行任务中宇航员首次进行了不系带的太空行走,此后宇航员“太空漫步”成为航天飞机任务中经常出现的画面。

1984年10月5日,又是“挑战者”号,首次搭载了7名宇航员升空,其中女宇航员凯瑟琳·苏利文成为第一位太空行走的女性,从此航天飞机经常运送7名宇航员。

1986年1月28日,“挑战者”号在升空73秒后爆炸,7名宇航员全部罹难,此后美宇航局暂停了航天飞机发射任务。

1988年9月28日,“发现”号在航天飞机任务中止32个月后升空,5名宇航员释放了一颗卫星,并完成了几项科学实验,这标志着航天飞机项目再次走上正轨。

1990年4月24日,“发现”号航天飞机将“哈勃”太空望远镜送上轨道,人类有了观察遥远宇宙的“火眼金睛”。

1992年9月12日,“奋进”号升空,这架航天飞机成为宇航员马克·李和简·戴维斯的“婚礼特快”,这两位宇航员是第一对在太空缔结良缘的夫妇。

1995年6月27日,“亚特兰蒂斯”号发射,它实现了航天飞机和俄罗斯的“和平”号轨道空间站首次对接,美国和俄罗斯宇航员在外太空互相“串门”,新闻评论说“冷战”已在地球之外结束。

1996年11月19日,“哥伦比亚”号发射,共飞423小时53分钟,创造了航天飞机停留外太空时间最长的记录。

1998年10月29日,“发现”号搭载着77岁的参议员约翰·格伦起飞。格伦是曾搭乘“水星”飞船升空的美国首名宇航员,这次他又成为最高龄的“太空人”。

1999年7月23日,“哥伦比亚”号发射,这次指挥它的是艾琳·柯林斯,标志着女性首次成为航天飞机的机长。

2003年2月1日,“哥伦比亚”号在返回地面过程中于空中解体,7名宇航员全部罹难。

2005年8月9日,美国“发现”号航天飞机在 美国加利福尼亚州的爱德华兹空军基地安全降落,结束了长达14天的太空之旅。这是自“哥伦比亚”号航天飞机失事后,美国航天飞机首次顺利地重返太空,并且平安回家。

2006年17日,发现号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心成功着陆。此次发现号顺利完成国际空间站维修和建设任务,并为国际空间站送去一名宇航员。

航天飞机的经典时刻

1981年4月12日,第一架实用航天飞机“哥伦比亚”号首次升空,开创了人类航天的一个新时代。

1983年8月30日,“挑战者”号航天飞机首次实现黑夜发射,6天后又在黑夜降落,宇航员队伍中的布拉福德是第一位“登天”的黑人。

1984年2月3日,“挑战者”号再次发射,在7天的飞行任务中宇航员首次进行了不系带的太空行走。

1984年10月5日,“挑战者”号首次搭载了7名宇航员升空,其中女宇航员凯瑟琳·苏利文成为第一位太空

行走的女性。从此,航天飞机经常运送7名宇航员。

1986年1月28日,“挑战者”号在升空73秒后爆炸,7名宇航员全部罹难。此后,美宇航局暂停了航天飞机

发射任务。

1992年9月12日,“奋进”号升空,成为宇航员马克·李简·戴维斯的“婚礼特快”。这两位宇航员是

第一对在太空喜结良缘的夫妇。

1995年6月27日,“亚特兰蒂斯”号发射,实现了与俄罗斯的“和平”号轨道空间站首次对接。

1996年11月19日,“哥伦比亚”号发射,共飞行423小时53分钟,创造了航天飞机停留外太空时间最长的

纪录。

2003年2月1日,“哥伦比亚”号在返回地面过程中于空中解体,7名宇航员全部罹难。

2005年7月26日,“发现”号升空,这是自“哥伦比亚”号空中灾难性解体以来美国航天飞机的首航。8月

9日,“发现”号安全返回。

中国的航天飞行编辑本段回目录

中国的航天飞机研制情况

中国的航天飞机介于美苏航天飞机之间,有辅助动力系统和变轨发动机,货舱可装机械手,起飞也和暴风雪号一样靠大型运载火箭送入轨道,变轨发动机使飞机具有一定范围的轨道活动能力,能在较近轨道维修和捕获卫星,返回时由辅助动力系统进入大气外层并靠滑翔接近地面,之后在降落伞减速下安全降落。相比美国前苏联航天飞机更小一些,载重也低一些,但成本更低,安全性接近于暴风雪。

“神舟”五号飞船

2003年10月15日,晴空万里的酒泉卫星发射中心,中国第一艘载人航天飞船———“神舟”五号,带着中国人几千年的飞天梦想升空了。10月16日,又是一个明媚的秋日,“神舟”五号按预定时间在内蒙古主着陆场成功着陆,与理论着陆点仅相差4.8公里,与飞船一起平安回来的还有中国航天第一人杨利伟。短暂的21小时,创造了我国历史上首次载人航天的完美旅程。多少中国人在经过一个不眠之夜后,惊喜地奔走相告:我们成功了!

“神舟”六号飞船

备受关注的“神舟”六号飞船于2005年九、十月间发射,航天员设为两名,计划飞行时间四到五天。据介绍,“神舟”六号飞船在飞行过程中,航天员将首次进入轨道舱生活,并开展微重力、育种等多项科学试验活动。

“神舟”六号飞船在设计上优化全船配置,减轻结构重量,合理安排新增设备在轨飞行工作模式,保证了飞船的能量平衡,进一步提高了飞船的可靠性和安全性。

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