數理化 > 美國航天飛機工程
目錄
No. 1
  美國航天飛機工程
  united states space shuttle project
  美國於20世紀70年代初組織實施的載人近地軌道飛行工程。目的是研製一種發射成本低、能多次重複使用、像滑翔機一樣安全着陸的載人航天器,以實現載人、載貨自由往返於近地軌道與地面之間。
  整個航天飛機工程包括:①研製4~6架航天飛機。②研製發射航天飛機用的固體助推火箭。③研製供航天飛機主發動機係統使用的外燃料箱。④研製地面發射和測控設施。⑤進行近地軌道飛行試驗。
  航天飛機淨重約68噸,外形像三角翼滑翔機,內部結構類似一般飛機的結構形式。機身前部是駕駛艙和生活艙,可乘坐3~7人,在軌道上工作7~30天,機身中段有一個長18.3米,寬4.6米的貨艙 ,裝有遙控機械臂,用於裝載有效載荷。機身後段裝有3臺火箭發動機 ,機身和機翼外表面敷有可重複使用的防熱材料,可以防護返回過程中遇到的高達1430℃的氣動加熱。
  美國從1972年1月正式開始航天飛機工程。1981 年 4 月第一架航天飛機哥倫比亞號試飛成功,1982年11月,開始首次商業性飛行。1983 年4月第二架航天飛機挑戰者號試航成功。1984 年8月第三架航天飛機發現者號在軌道上成功地發射了3顆通信衛星。1985年10月,第四架航天飛機亞特蘭蒂斯號在太空部署兩顆軍用通信衛星後,安全返回地面。1986年1月28日,挑戰者號在發射升空後約73秒時爆炸,7名航天員全部遇難。1992年5月,第五架航天飛機奮進號試飛成功。
天文百科
  meiguo hangtian feiji gongcheng
  美國航天飛機工程
  United States space shuttle project
  美國國傢航空航天局組織實施的世界上第一個多次使用的大型航天器的工程。主要內容包括:研製航天飛機係統,選擇並建設發射場和着陸場,確定固體火箭助推器的回收方案,建設助推器的修復設施,改造和擴建測控係統。
  研製背景和方案選擇 60年代末,“阿波羅”工程開支經費浩大,在美國國內引起許多非議。美國在1969年初成立了一個專門研究載人航天下一階段發展方向的小組,由副總統領導。這個小組經過調查研究,建議發展空間運輸係統,首先研製一種經濟效益高的飛行器,即航天飛機作為這個係統的支柱。1969年4月,美國國傢航空航天局設立了一個航天飛機技術指導委員會,下設7個技術組:操作、維護和安全組,集成電子學組,結構和材料組,推進組,空氣熱力學和結構外形驗證組,動力學和氣動彈性力學組,生物組。這些技術組針對航天飛機的需要,製定了專業發展計劃,將預先研究課題分別委托給國傢航空航天局的8個研究中心和100多傢企業。承擔任務的科學家和工程技術人員有3000多人。這些計劃於1973年完成,耗資1.46億美元,其成果大約有一半被航天飛機最終方案所采納。
  1969年和1970年先後提出了航天飛機的兩個方案。兩個方案都把助推器和軌道器做成重複使用的,航天員分別乘在助推器和軌道器上。這種全部重複使用方案的優點是節約器材設備,使用階段的經濟效益高,但研製費用太大。為了不超過51.5億美元的國傢撥款限額,國傢航空航天局不得不修改方案,在結構上將推進劑貯箱與助推器分開,單獨的外貯箱衹使用1次。固體火箭助推器改為無人駕駛,但可回收重複使用20次。軌道器的方案不變,可以重複使用100次。航天飛機的研製計劃中規定製造5架軌道器,分別命名為:“開拓”號、“哥倫比亞”號、“挑戰者”號、“發現”號和“阿特蘭蒂斯”號。整個計劃分兩個階段進行。第一階段用“開拓”號和“哥倫比亞”號進行地面試驗、進場和着陸試驗以及研製性飛行試驗。“哥倫比亞”號航天飛機的軌道器在試驗結束後加以修復,再參加商業性飛行。第二階段是生産階段,繼續完成後3架軌道器的生産,直接投入商業性飛行。總周期預計約需7年。航天飛機計劃完成後,每年可安排飛行60次。
  工程研製階段 1972年航天飛機進入全面工程研製階段。由於經費緊絀,液氫液氧主發動機技術難度大和防熱瓦脫落而達不到技術指標,使研製進度推遲了3年多,原計劃的生産數量經過壓縮,5架軌道器削減為4架,研製性飛行試驗由6次減到4次。航天飛機工程的另一重要項目是選擇適用的發射場和着陸場。1971年 4月組成航天飛機發射和回收小組從事這項工作。最後確定把肯尼迪航天中心作為航天飛機的發射場和着陸場,愛德華茲空軍基地作為備用着陸場。隨後對發射場和着陸場進行了改建和擴建,建設了固體火箭助推器的修復設施,改造了發射操作和地面保障設備,擴充和完善了航天測控係統。
  航天飛機的發射和飛行過程
  1977年2月,“開拓”號軌道器開始在愛德華茲空軍基地進行進場和着陸試驗。試驗時把軌道器固定在波音747飛機上面,先作滑行試驗,再作不載人和載人的係留飛行試驗,軌道器隨母機一起起飛、下滑和着陸。最後進行軌道器的載人自由飛行試驗。軌道器由波音 747母機載上天後,在約7公裏高度脫離母機,自行進場和着陸。自1981年4月12日到1982年7月4日,“哥倫比亞”號航天飛機的軌道器成功地完成了 4次研製性飛行試驗。航天飛機的研製工作正式結束。
  航天飛機工程涉及航空和航天的衆多領域,係統復雜