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第10章 航天飞机的辉煌时代(3)

由于旧式弹射座椅没有火箭弹射座椅的火箭动力,因此无法在超低空条件下使用,飞行员的生存几率相对较小,早已被淘汰,但由于安装有该类座椅的飞机数量多,并且仍在部分发展中国家服役,因此提及一下,但终会随着新型飞机的装备而淡出历史舞台。虽然目前世界上所有的火箭弹射座椅都具备在零高度零速度(接近静态)的条件下弹射并成功开伞的功能,但飞行员能否安全着地,还受很多因素的影响,例如速度、角度,弹射角度等等,所以说弹射座椅只是一件尽可能保证飞行员生存的工具,并不是绝对安全的逃生设备。

战绩辉煌的“发现”号航天飞机

“发现”号航天飞机是美国建造的第三架航天飞机,于1983年11月建造完成,1984年8月30日首航,将于2010年退役,迄今为止仍在服勤中,负责进行各种科学研究与作为“国际太空站计划”的支援。

“发现”号名字来源于历史上著名的探险船只,一艘是18世纪70年代英国探险家詹姆斯·库克在南太平洋航海探险时所用船只之一,他驾驶着这艘小船在南太平洋航行,成为第一个踏上夏威夷群岛的非土著居民;另一艘是1610~1611年探险家亨利·哈得逊在加拿大哈得逊湾搜寻大西洋和太平洋之间的西北水道时所用船只。“发现”号的名字在人类地理探索史上拥有极重要的地位,并在人类太空探索史中得到延续。

“发现”号的专业名称为“OV-103”,即“轨道飞行器103”。它的机身长37.2米,翼展达23.8米,载货舱长18.3米,横断面直径4.6米。

在历次发射中,“发现”号战绩辉煌,曾将包括“哈勃”太空望远镜在内的20多颗各类卫星及探测器送入太空。1995年,“发现”号又一次上了头条新闻。它在第一位女航天飞机驾驶员柯林斯的操纵下飞过了“和平”号空间站。“发现”号还部署了几颗军事和研究卫星(包括其他国家的卫星)。

2000年10月11日,“发现”号航天飞机在佛罗里达州的肯尼迪航天中心再次发射升空。这次飞行十分引人瞩目,因为这是航天飞机的第100次飞行。

“发现”号航天飞机原定于2000年10月5日升空,但就在即将发射时,美国国家航空航天局地面指挥中心下令将发射推迟24小时。可到了第二天,又有新的问题出现,计划不得不再次被推迟,并决定于10月9日发射。然而,天公不作美,大风天气再次使“发现”号留在了地面。

“发现”号航天飞机第一次推迟发射是因为出现了两个技术故障:一是燃料箱的一个门闩有问题;二是“发现”号航天飞机主推进系统控制燃料流速的一个阀门开启和闭合的速度过慢,工程技术人员怀疑它存在故障,需进入发动机机舱内查看。等到这些问题都解决后,天气问题却又接踵而来,发射继续推迟。在10月10日“发现”号准备发射的前几小时,工作人员对“发现”号进行例行检查时,又发现了一枚10厘米长的别针落入了“发现”号主体与燃料水槽之间。为了消除安全隐患,美国航空航天局决定再次推迟“发现”号的发射时间。尽管“发现”号航天飞机在发射前历经坎坷,但终于在10月11日顺利升空,从而开始了美国航天飞机的第100次飞行。

执行这次飞行任务的“发现”号航天飞机机组成员共有7人,其中包括一名日本航天员和一名美国女航天员。指令长是经验丰富的布莱恩·杜菲,驾驶员是帕姆·梅尔罗,后者是美国太空史上近20年来第三位担任航天飞机驾驶员的女航天员。这次飞行中航天员们不仅将2个新部件安装到位,而且还进行了一次前所未有的演习:模拟抢救在太空作业中受伤的航天员,模拟将殉职的航天员遗体带回航天飞机。

10月15日,“发现”号航天飞机上的2名航天员在机械臂的协助下,成功地实施了本次飞行任务中的首次太空行走。他们不但为“国际空间站”的新组件Z-1桁架接好了动力电缆和数据线,而且重新调整了“发现”号航天飞机上天线的位置,还安装了一个工具箱。然而由于“发现”号航天飞机上的通信天线出现了故障,因此无法将航天员太空行走时的实况传送回地球,地面站所接收到的图像也是一些断断续续的电视信号片断。在这次飞行中,航天员们在太空中行走了4次,总共花费了27小时19分钟。至此,美国近20年的航天飞机飞行史中,航天员在航天飞机外总共进行了54次太空行走。

在这次飞行中,“发现”号的航天员们还为“国际空间站”迎接第一批“常住”居民做了很多的准备工作。

“发现”号原计划于10月22日在佛罗里达州卡纳维拉尔角着陆,飞行控制中心22日也曾两次计划让航天飞机着陆,但因肯尼迪航天中心上空的强风活动,迫使“发现”号航天飞机的着陆时间一再推迟。“发现号”航天飞机在太空滞留2天后,于10月24日在爱德华兹空军基地顺利着陆,结束了为期13天的“国际空间站”之行。

“发现”号航天飞机的此次上天是美国航天飞机20年来的第100次发射,同时也是最艰难的一次。尽管美国并不想就此大做文章,但新闻界还是称此次发射是一次真正的“里程碑”。

知识点第一架退休的航天飞机

美国东部时间2011年3月9日,曾在太空中度过352天,出色担任了搬运工、科学家、外交官等各种角色的“发现”号航天飞机成功返回地球,着陆于佛罗里达州肯尼迪航天中心跑道,结束了自己的职业生涯,成为第一架退休的航天飞机。

“发现”号执行了39次太空飞行任务,13次往返“国际空间站”,绕地球轨道5830圈,累计飞行2.38亿公里,总计搭载180人次前往“国际空间站”。按程序,“发现”号需要花费数月时间进行拆解、去有毒化学物质等一系列复杂的工序。最后,它才能趴在一架波音飞机的“身上”,飞去博物馆。

“阿特兰蒂斯”号:拉开俄美合建空间站的序幕

“阿特兰蒂斯”号是美国制造并投入使用的第四架航天飞机,它的航天专业名称为OV-104,即“轨道飞行器104”。

“阿特兰蒂斯”的名字来源于美国马萨诸塞州伍兹·霍尔海洋学研究所1930~1966年间使用过的一艘重要的双桅帆船。这艘科学考察船是当时第一艘用于海洋科学研究的船只。

“阿特兰蒂斯”号从前任航天飞机中吸取了许多经验教训。在首飞时,它比“哥伦比亚”号轻3240千克。在轨道器组装中获得的经验,使“阿特兰蒂斯”号比“哥伦比亚”号减少了49.5%,这大部分源于在机身前部采用了防热敷层取代陶瓷片。

在建造“阿特兰蒂斯”和“发现”号的过程中,美国国家航空航天局选择不同的承包商生产一套结构备件,以便在出现偶然事件时方便修理。这些备件包括后机身、中机身、前机身、垂尾和方向舵、机翼和升降舵等。后来这些备件被用到了“奋进”号航天飞机上。

“阿特兰蒂斯”被船运到加利福尼亚进行升级和改装,包括加装减速伞、800个防热片以及起落架舱门换装新型绝缘材料等,共计在20个月内完成约165处改进。

采用模块化设计,整个系统包括三大模块:

(1)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,外部燃料箱便坠入到大洋中。

(2)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。

(3)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“大脑和心脏”。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。

“阿特兰蒂斯”号于1985年10月3日首次飞行,执行代号STS-51-J的任务,主要酬载来自美国国防部,因此任务内容是国防机密,没有对外公开。

“阿特兰蒂斯”号继承了海洋考察船的探索精神,在之后的飞行中,它完成了多次举世瞩目的飞行任务,其中包括1989年把“伽利略”号木星探测器和“麦哲伦”号金星探测器送入太空,1991年将“康普顿”伽马射线望远镜送入太空。

从1995年开始,“阿特兰蒂斯”号相继执行了7次飞往“和平”号空间站的飞行任务,为此后俄美合作建设“国际空间站”拉开了序幕。

“阿特兰蒂斯”号航天飞机2002年4月8日,“阿特兰蒂斯”号航天飞机升空。它携带了一个类似“横梁”的桁架,桁架长约13米,重达13.5吨。这是“国际至间站”安装的第一个主要外部桁架,也是未来“国际空间站”外部结构的核心组件。该桁架上还附带了价值1.9亿美元的太空“铁轨”及小型轨道车,这“铁轨”主要供未来空间站上的机械臂滑行所用。按计划,“国际空间站”外部还安装其他9个类似构件,它们彼此相连,整个跨度预计将达到110米。19日,在圆满完成对“国际空间站”铺设桁架的“施工”任务后,“阿特兰蒂斯”号航天飞机安全返回肯尼迪航天中心。

2007年6月8日,“阿特兰蒂斯”号航天飞机进行了第28次太空飞行。它为“国际空间站”带来一组新太阳能电池板和17.5吨重的椼梁组件。“阿特兰蒂斯”号航天飞机于美国西部时间6月22日载着7名宇航员安全降落在加利福尼亚州爱德华兹空军基地。

2009年11月16日,“阿特兰蒂斯”号再次发射升空,向空间站运送了重约12.4吨的备件。宇航员们此行进行了3次太空行走,在空间站托架上释放了两个平台,安装了通信天线以及高压氧气罐等,并为未来的太空行走作了准备工作。27日平安降落在佛罗里达州肯尼迪航天中心,结束了为期11天的“国际空间站”之旅。

……

“阿特兰蒂斯”号是美国国家航空航天局现役3架航天飞机之一。美国国家航空航天航天飞机项目经理韦恩·黑尔曾表示,3架航天飞机到2010年将全部退役,而“阿特兰蒂斯”号将首当其冲。

知识点减速伞

减速伞也叫阻力伞,是用来减小飞机着陆时滑跑速度的伞状工具。通常由主伞、引导伞和伞袋等组成,装在飞机尾部的伞舱内。飞机着陆滑跑中,由飞行员操纵打开伞舱门,引导伞首先张开,将伞袋拉出,打开主伞,伞衣被拉出张开后可增大空气阻力,向后拖拽飞机,使之减速,缩短滑跑距离。

最后的航天飞机:“奋进”号

“奋进”号航天飞机是美国国家航空航天局肯尼迪太空中心旗下的第五架实际执行太空飞行任务的航天飞机,也是最新的一架航天飞机。“奋进”号空重68647千克,装发动机后重78088千克。

“奋进”号的名字来源于18世纪英国著名探险家、航海家和天文学家詹姆斯·库克的一艘船。1768年8月,库克为了观察和记录金星经过地球和太阳之间这一稀有现象,驾驶“奋进”号航行到了南太平洋,完成了它的处女航行。据载,“奋进”号的航行是历史上第一次完成长距离远洋航行后,仍无一人因患坏血病而死的航行。库克船长也因善于利用食谱治疗,而赢得了人们的信任。

从某个角度来说,“奋进”号是一艘“拼装”的航天飞机,它是以“发现”号和“阿特兰蒂斯”号的建造合约中一批同时生产的备用结构零件为基础,额外组装出来的,以便填补“挑战者”号意外坠毁后留下来的任务空缺。事实上,因为建造得晚,“奋进”号在建造过程中汲取了许多先前的教训,拥有更多新开发的硬件装备。例如,直径40英尺(1英尺≈0.3米)的减速伞,可缩短着陆滑跑距离1000~2000英尺;扩展续航时间的线路和管道使其具有执行长达28天任务的能力;改进的航空电子仪器包括通用计算机,增强的惯性仪器和战术导航系统、恒星追随系统、改进的前轮操纵系统;还加装了新型辅助动力系统,可用于驱动航天飞机的液压系统。

到1996年4月12日,航天飞机整整使用了15年,5架航天飞机轨道器——“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“阿特兰蒂斯”号和“奋进”号先后共进行了76次飞行。这15年76次飞行中,航天飞机的总航程超过3.85亿千米,绕地球总圈数9366圈,带入轨道的有效载荷超过700个,部署的有效载荷包括通信卫星、小型卫星和星际探测器共54颗,回收并修理卫星9颗,回收并带回地面的卫星12颗,送入轨道的各种载荷质量超过1100吨。作为实验平台,航天飞机多次携带望远镜、雷达、材料加工设备进入太空进行科学研究和技术实验。参加飞行的共432人次,共有210人参加了航天飞机的飞行,舱外活动次数33次,舱外活动总时间为266.5小时31分钟。人们在航天发射、太空科学实验、宇宙探测等方面,取得了巨大成就。

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