很多科幻電影中都會出現(xiàn)能夠自由穿梭在天地間的飛行器，讓人看上去不由心生向往?，F(xiàn)實中，最接近這些飛行器的就要屬航天飛機了。然而，航天飛機只輝煌了30年就退出了歷史舞臺，讓許多航天飛機愛好者都扼腕不已。那么，航天飛機是一種什么樣的航天器？為什么會被淘汰呢？
科幻電影中形形色色的飛行器（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
我們知道，不管是用來運送航天器的運載火箭還是帶著航天員翱翔太空的載人飛船都是一次性的，不能重復(fù)使用。而火箭和載人飛船的制造成本很高，因此每次發(fā)射任務(wù)的花費不菲。于是，航天工作者們萌生出一個大膽的想法，能不能研制出一種可以像飛機一樣重復(fù)起飛降落，并且能夠重復(fù)使用的航天飛機呢？
神舟七號飛船發(fā)射
一旦航天飛機研制成功，不僅能夠降低航天任務(wù)的發(fā)射成本，縮短發(fā)射周期，而且對于航天員來說更加安全、舒適。最重要的是，航天飛機功能更加強大，兼具運載火箭和載人飛船的功能，一舉兩得。
于是，自二十世紀(jì)七八十年代，美國、蘇聯(lián)、法國和日本等國先后開始研制航天飛機。然而，這項美好的創(chuàng)想并不容易實現(xiàn)，數(shù)年之后只有美國的航天飛機投入到實際使用中?？梢姡教祜w機的研制困難是很大的。那么，航天飛機長什么樣，它實現(xiàn)了人們的預(yù)期了嗎？
航天飛機可不是單指那個黑白色涂裝的巨型飛機，它是由軌道器、固體燃料助推火箭和外貯箱三部分組成的，我們最熟悉的“飛機部分”只是其中的軌道器。軌道器的機艙寬大，可以根據(jù)任務(wù)需要分成若干“房間”，能夠同時搭載3~7名航天員。軌道器中還有一個大貨艙，是專門存儲大型設(shè)備用的。
發(fā)現(xiàn)號航天飛機等待發(fā)射
經(jīng)過回收和維修，固體燃料助推火箭能夠重復(fù)使用20次，軌道器能夠重復(fù)使用100次。至于外貯箱，它裝有軌道器主發(fā)動機的推進劑，在航天飛機進入軌道時與軌道器分離，是不可回收的部件。
航天飛機入軌后外貯箱被拋掉
既然航天飛機兼具運載和載人的功能，那它的發(fā)射返回與運載火箭發(fā)射載人飛船有什么不同呢？與運載火箭類似，航天飛機的發(fā)射也會“逐級分離”。發(fā)射時，它的兩枚固體燃料助推火箭會與軌道器的三臺主發(fā)動機同時點火。當(dāng)航天飛機上升到50千米的高空，助推火箭停止工作并與軌道器分離。入軌后，航天飛機軌道器會與外貯箱分離，隨后正式開始執(zhí)行任務(wù)。
亞特蘭蒂斯號航天飛機發(fā)射升空
航天飛機的返回非常有特色，與載人飛船有天壤之別。完成任務(wù)后，載人飛船的返回艙使用彈道式或半彈道式進入方式返回，而航天飛機則使用升力式進入方式（了解詳情戳→航天器落在哪聽誰的？主要看升力）。直觀點說就是，載人飛船返回艙會受到各種因素影響，垂直著陸在一定的區(qū)域內(nèi)，而航天飛機的軌道器返航時，則會像飛機那樣平穩(wěn)著陸在預(yù)定的跑道上。
奮進號航天飛機平穩(wěn)著陸
由于航天飛機發(fā)射和返回時加速減速較低，不需要像載人飛船任務(wù)的航天員那樣，在發(fā)射和返回時承受很大的過載。因此，執(zhí)行航天飛機任務(wù)的航天員，訓(xùn)練要求相對更低一些，更加利于非職業(yè)航天員完成航天員訓(xùn)練，盡快融入乘組隊伍。
日本心臟外科醫(yī)生向井千秋即將執(zhí)行航天飛機任務(wù)
1981年4月12日，也就是人類首位航天員——加加林進入太空20周年的這天，美國哥倫比亞號航天飛機成功發(fā)射，成為了世界上第一架航天飛機。哥倫比亞號載著航天員約翰·楊和羅伯特·克里平在近地軌道上繞地球36圈，飛行了54小時30分鐘后返回地面。飛行中，航天員及地面人員全面地考核了航天飛機各個系統(tǒng)的性能。
哥倫比亞號航天飛機完成首航平穩(wěn)著陸
之后，美國相繼研制出4架，即挑戰(zhàn)者號、發(fā)現(xiàn)號、亞特蘭蒂斯號和奮進號。這些航天飛機頻繁地來往于天地之間，共飛行135次，飛行總里程近8億7千萬公里，把16個國家的355名航天員送往太空，共飛行852人次，運送貨物1750噸，完成涵蓋地球、天文、生物和材料科學(xué)等2000多項科學(xué)實驗。在發(fā)射衛(wèi)星、太空維修、國際空間站的建設(shè)等方面做出了巨大的貢獻，創(chuàng)作了許多航天史上的新紀(jì)錄?？梢哉f，航天飛機使人類的航天事業(yè)前進了一大步。
5架實際應(yīng)用的航天飛機
航天飛機應(yīng)用情況
盡管成果累累，但航天飛機并不是完美無缺的。一些航天飛機預(yù)想中的優(yōu)點不僅沒有成為現(xiàn)實，反而背道而馳，令人大跌眼鏡。
首先一點就是發(fā)射成本，盡管航天飛機可以重復(fù)使用，但由于巨大的維修需要，它的發(fā)射耗費巨大，每次發(fā)射都需要4~5億美元，是運載火箭發(fā)射成本的數(shù)倍。再有，維修量巨大也限制了航天飛機的發(fā)射周期，每年只能發(fā)射5~6次。而最讓人心碎的一點是，航天飛機的安全性實在無法恭維，美國的5架航天飛機中，有兩架在任務(wù)中失事?lián)p毀，14名航天員為此犧牲。
除此之外，由于航天飛機至今仍有一些問題沒有找到解決方案，再加上結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，成本昂貴等缺點的限制，使它缺少競爭力，不得不退出歷史舞臺。但隨著科技的進步，相信未來不僅會出現(xiàn)可重復(fù)使用的載人飛船，也將出現(xiàn)更加理想的航天運載器，幫助我們探索太空，揭秘浩瀚宇宙。
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出品/中國航天科普&科普中國
編輯/楊斯爽
審校/楊潔
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