航天飞机的三个常见问题

逍遥学能  2017-09-19 19:36

2003年2月1日哥伦比亚号航天飞机失事以后,美国的其他3架航天飞机也停飞了。在这期间,“国际空间站”与地面之间的运输任务由俄罗斯的宇宙飞船完成。那么,载人飞船和航天飞机区别是什么?航天飞机与普通飞机有哪些不同?美国航天飞机与苏联航天飞机一样吗?

1.载人飞船和航天飞机的区别

在载人航天器中,载人飞船和航天飞机主要负责“跑”运输,它们或在太空自由翱翔,或来往于地面和空间站之间,运送航天员和货物。目前正在建造的“国际空间站”就是用它们作为运输工具,接送了一批又一批航天员、各种舱段和仪器设备以及补给用品。所以这俩 “兄弟”又称为天地往返运输器,即相当于太空交通车,可以说它们是载人航天的大动脉。

然而,载人飞船和航天飞机两者最显著的不同就是前者无“翅膀”,后者有“翅膀”,因而它们在功能上有很大不同,各有千秋。

由于载人飞船没有机翼,因而无升力或升力很小,只能以弹道式或半弹道式方法返回。其结果是气动力过载和落地误差都较大,返回时采用在海面溅落或在荒原上径直着陆的方式。这种着陆方式不仅对航天员的要求很高,需要长期训练才行,对航天员生命安全也有一定危险。它也使飞船为一次性使用载人航天器。

不过,从另一方面讲,正是由于没有“翅膀”,所以飞船的结构相对简单,无需复杂的空气动力控制面,也没有着陆机构及相关装置,从而可靠性和安全性较高。例如,苏联/俄罗斯自1971年联盟11号返回失事以后,历经联盟、联盟T、联盟TM和联盟TMA 4代,至今已使用了30多年,约80艘飞船上过天,从未出现过灾难性事故。

有很大机翼的航天飞机在再入大气层时可获得足够的升力,控制升力的大小和方向就能调节纵向距离和横向距离,使航天飞机准确地降落在跑道上,能部分重复使用。它的过载也小得多,即从起飞到返回地面的整个过程中,加速和减速都很缓慢,大大降低了对航天员的身体要求,可把稍加训练的科学家、工程师、医生和教师等送上太空。

但是,航天飞机外型极其复杂,而且要携带可重复使用的发动机,所以载人飞船无论在技术上和成本方面都比航天飞机简单和小得多,容易突破载人航天的基本技术,并且很适于长期停靠在空间站上用作救生艇。若用昂贵的航天飞机作救生艇长期停留在空间站上,使用效率太低,还大大增加空间站姿态控制和保持轨道高度方面的费用。

然而,航天飞机可以运送7人外加将近30吨的货物到近地轨道上去,既能独自飞行10~20多天,又可满足大型空间站的需求。在这方面载人飞船只能俯首称臣,因为它最多能运送3人外加几百千克的货物在太空独自飞行数天到10天左右,为中小型空间站提供服务,若仅用它作为大型空间站的运输工具则显得力不从心。在美国航天飞机停飞阶段,“国际空间站”的建造也随之停止了,因为飞船不能运送空间站的大型部件。

2003年发生了一件有意思的事。美国航宇局要求研制一种名叫“轨道空间飞机”的载人航天器,它能将至少4名乘员送往“国际空间站”。但美国航宇局既没有规定该运输器是有翼的还是无翼的,是水平着陆的还是垂直着陆的,也没有规定是一次性使用的还是多次使用的。所以,有的专家认为它目前不应该叫“轨道空间飞机”,宜改名为“轨道空间飞行器”。

2.航天飞机与普通飞机的不同

由于目前的航天飞机是垂直起飞、水平着陆的,所以它在发射时与普通飞机完全不同,而在返回时则基本类似,但一般要借助降落伞减速。虽然航天飞机在外形和返回的方式上与一般的航空飞机很相似,但它们之间有许多不同,前者要复杂得多。例如,它在大气层外飞行,使用火箭发动机,所以氧化剂也要自身携带;航天飞机返回时要再入大气层,因而防热技术非常复杂……

链接:航天飞机是第一次把航天与航空技术高度有机结合起来的创举。它由起飞到入轨的上升阶段运用了火箭垂直起飞技术;在太空轨道飞行段运用了航天器技术;在再入大气层的滑翔飞行和水平着陆段运用了航空飞机技术。
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