航天飞机应用概述(上)

　　航天飞机是人类第1次把航天与航空技术高度有机结合起来的创举，因此，它能完成多种任务，具有运载火箭、人造卫星和宇宙飞船甚至小型空间站的许多功能，其中一些是一般航天器所没有的功能，如在太空释放、维修和回收卫星等。 <p>　　</p><p>　　<strong>十八般武艺 </strong></p><p>　　</p><p>　　与另一种载人航天运输工具——宇宙飞船相比，航天飞机不仅可以部分重复使用，而且能把7人和将近30吨的货物送到近地轨道上去，并设有起重能力很强的机械臂，在轨道上可部署各种类型的有效载荷。所以，它能把过去因形状和体积等因素而无法用火箭发射的一些重要航天器送上太空，从而大大扩展了人类在空间的活动规模和范围。“国际空间站”的建造就是一个典型例子。 </p><p>　　</p><p>　　“国际空间站”的重要部件大都是用航天飞机送上太空并由航天员在轨道上组装的。2003年2月1日哥伦比亚号航天飞机失事后，所有航天飞机都停飞了，因此使得“国际空间站”的建造“搁浅”2年多。2005年航天飞机的复飞，给“国际空间站”带来了新活力。 </p><p>　　</p><p>　　链接：美国航天飞机是世界上第1个、目前也是惟一1个可重复使用的运载系统，目前“国际空间站”的建造主要是靠它。它一般每年要飞往“国际空间站”5次，其中4次用于人员轮换，另外1次是将未增压货物送上“国际空间站”，用于“国际空间站”的维修和维护。“国际空间站”每90天需要轮换4名航天员，每年要向“国际空间站”运货52.2 吨。 </p><p>　　</p><p>　　航天飞机的问世，大大放宽了对有效载荷尺寸和重量的限制，改变了过去要求有效载荷必须体积小、质量轻的原则，从而大幅度降低了有效载荷(如卫星)的研制费用。美国导弹预警卫星等一些大型卫星和空间探测器，曾因为体积大、质量重，用运载火箭发射力不从心，所以最后只能靠航天飞机送上太空。用航天飞机释放卫星时还有独特的优点，航天员能根据所要释放的卫星的不同要求来改变航天飞机轨道，最终把卫星精确放入预定的轨道。 </p><p>　　</p><p>　　由于航天飞机运载力大，所以还可把有效载荷的重要分系统搞成备份或携带更多的分系统，以延长卫星等航天器的寿命或增加卫星功能。其经济性还表现在它能在轨回收、检修卫星和更换失效卫星的组件。这不仅能节省费用，还可以缩短研制周期和提高使用效果。航天飞机已经4次在轨维修“哈勃”空间望远镜，使这一价值连城的太空巨眼多次“焕发青春”，功能不断增强，寿命大大延长。 </p><p>　　</p><p>　　美国在设计垂直起飞、水平降落的航天飞机时，还有一个指标是将航天员往返太空时所承受的超重比飞船减少一半，即利用航天飞机使航天技术逐步接近航空技术中飞机的活动能力和水平，使航天员在上天和返回时很舒服。另外，载人飞船返回时只能在海面溅落或在荒原上径直着陆，航天员生命安全有一定危险，而航天飞机可水平着陆。这就使空间活动的安全可靠性大体接近航空标准，使空间事业从探险阶段进入实用阶段。 </p><p>　　</p><p>　　航天飞机在军事上具有极大的潜力和重要的作用。它可在轨捕捉和回收军用卫星或加以破坏，因而具有反卫星的能力。它不仅能在轨发射各种军用有效载荷，也可检修侦察卫星和为其补充燃料、更换胶卷，提高侦察能力，并能进行载人军事侦察。有人还拟让航天飞机携带战略武器进入太空，用作载人轰炸机。 </p><p>　　</p><p>　　因上所述，美国航天飞机的正式飞行被看作是继“阿波罗”登月计划之后空间时代的第2个里程碑 </p><p>　　</p><p>　　链接：尽管美国现有航天飞机具有成本高、安全性差等许多不尽人意之处，并已损失了2架，而且还一直力图研制“冒险星”、“轨道空间飞机”等新一代航天飞机，但从目前来看，在2010年以前其用途广泛的特长天上无敌，因而还得继续服役。它也为未来的航天飞机发展奠定了基础，积累了经验。 </p><p>　　</p><p>　　<strong>两大用途显身手 </strong></p><p>　　</p><p>　　作为运载工具,航天飞机已把“麦哲伦”金星探测器、“哈勃”空间望远镜和“国防支援计划”导弹预警卫星等当时用运载火箭难以发射大型航天器送入太空；作为实验平台，它曾用其货舱携带望远镜、雷达和材料加工设备，在乘员密封舱内开展了大量医学、生命科学、对地观测、天文观测、材料加工、制药和新技术试验等活动，尤其是用所载的欧洲“空间实验室”开展了大量实验与观测活动。 </p><p>　　</p><p>　　按应用范围来分，航天飞机有效载荷类型可以分为两大类。一是科学有效载荷。这些有效载荷主要用于基本科学的研究，例如进行天文学、生命科学、物理学、行星科学和其他技术领域里的基本理论的研究，其典型就是机载“空间实验室”。二是应用有效载荷。这些有效载荷主要用于科学技术的实践方面，如进行地球观察、通信和导航、材料和工艺的试验等，其中很多是直接为军事服务的。应用有效载荷的类型很多，例如以前用运载火箭发射的各种资源卫星、通信卫星、气象卫星和导航卫星等等。这些卫星现在都曾作为航天飞机的有效载荷，由航天飞机进行发射、回收和维修。 </p><p>　　</p><p>　　链接：有效载荷还可以按照所处轨道的高低分为低轨道有效载荷和高轨道有效载荷两类。低轨道有效载荷包括高能天文观察站、生物研究舱、大型天文望远镜和流星探测舱等。这类有效载荷经过上升助推的恶劣环境考验以后，由航天飞机上的乘员进行检测，证明性能良好才能释放入轨，因此发射成功率很高，用运载工具发射就做不到这一点。另外，它们都可以用航天飞机进行轨道维修或回收到地面维修，从而可以多次使用。最典型的高轨道(地球同步轨道和行星际轨道)的有效载荷是通信卫星、空间探测器等。 </p><p>　　</p><p>　　被航天飞机带到轨道的有效载荷，需经过适当的空间操作才能布放到特定的空间位置。这些操作的主要内容是：有效载荷的释放和回收，乘员的舱外活动，有效载荷的轨道维修以及空间建筑。 </p><p>　　</p><p>　　航天飞机就好像“空间运输车”一样，可以把一系列的有效载荷逐个布放到预定的空间轨道上。但一次所运输的有效载荷个数要受轨道类型和货舱容积的限制，一般可以一次运输5～8颗小型卫星。 </p><p>　　</p><p>　　轨道器里为有效载荷服务的辅助设备有：通用托架、气动外壳、释放和捕获装置(机械手系统)、控制和展开用的电子仪器、能源、轨道器与有效载荷之间的气体液体管路、出入乘员的气闸隧道、乘员舱内的操纵台和有效载荷控制台等。 </p><p>　　</p><p>　　有效载荷安放在通用托架上。托架上有固定销，通过指令可以使其解锁或锁紧。设计中要求轨道器上的弯曲应力等负载不会通过这些固定销传递给有效载荷。货舱虽然不是气密舱，也不进行环境控制，但是在发射和再入期间可以使有效载荷免受气动力和气动热的作用。 </p><p>　　</p><p>　　机械手是轨道器释放和回收有效载荷的执行机构。为了保险起见，备有两根机械手。一根作为备用。乘员用计算机控制和操纵机械手，用电视或年接观察修正机械手的动作。 </p><p>　　</p><p>　　为了监控和检测有效载荷的状态，轨道器与有效载荷间设有无线、有线联络设备。轨道器的无线电系统还可以保证地面与有效载荷之间的通讯联络。轨道器与有效载荷之间由气闸隧道联通，乘员可以自由进入货舱检修有效载荷，或者进入“空间实验室”进行科学实验。 </p><p>　　</p><p>　　航天飞机最有价值的一种空间活动就是对有效载荷进行轨道维修。轨道维修的主要内容是：拆换陈旧的或报废的系统和部件，安装新的传感器或实验件，补充星上的消耗品(如低温燃料、胶片、对气瓶充气等)。既然可以利用航天飞机进行轨道维修，因此可以放松有效载荷各系统的可靠性要求，大大降低了有效载荷的成本，同时也延长了它的使用寿命。 </p><p>　　</p><p>　　为了进行轨道服务，轨道器货舱里装有旋转平台。平台上设有许多备用的舱段和换舱机构。机械手把有效载荷捕获并移到货舱维修平台上之后，由乘员控制更换旧的舱段或系统，经过检测后再释放维修过的卫星。如果需要维修的卫星运行在较高的轨道，先要利用自身携带的机动装置把轨道降低到维修轨道上来。 </p><p>　　</p><p>　　轨道维修时，乘员的舱外活动特别重要。有许多工作(例如对卫星检测和照相、清净光学表面、联结或切断电缆和管路、天线及太阳能电池阵的重新定向等)由乘员直接操作往往比自动操作更为有效。 </p><p>　　</p><p>　　链接：将有效载荷装入轨道器货舱是整个航天飞机总系统地面流程中的一部分。一次飞行归来的轨道器和有效载荷经过安全、检测和修复后分别送入垂直装配厂房和发射台的装配间里。与此同时，海上回收来的固体火箭经过检修和重新装药后与新生产的外贮箱一起送入厂房进行总装。总装完毕的航天飞机总系统垂直牵扯引到发射台上。在规定的发射准备时间内，将有效载荷装入轨道器货舱，经检测即可进行发射。 （庞之浩）</p><p>　　</p><p>　　来源：新浪科技</p><p>　　</p><p>　　</p><br />