航天飞机

航天飞机是一种有人驾驶可重复使用的航天器，它既能像火箭一样垂直起飞，像太空飞船一样在轨道上运行，又能像飞机一样水平着陆。

航天飞机一般可乘坐7名航天员，其中有3名机组人员，4名科学技术专家。航天飞机在轨道上运行时，可完成释放卫星、回收及维修卫星、进行各种微重力科学实验等多种任务。

航天飞机的组成

航天飞机实际上是一个由轨道器、外贮箱和固体助推器组成的往返航天器系统，但人们通常把其中的轨道器称作为航天飞机。

（1）轨道器：轨道器是航天飞机的核心部分，是整个航天飞机系统中唯一可载人、可重复使用的部分。

（2）固体助推器：固体助推器的作用是助推，用于补充主发动机推力的不足。以供再用。

（3）外贮箱：航天飞机的主发动机是液体火箭发动机，推进剂是液体燃料液态氧和液态氢。液体推进剂不装在航天飞机上，而是装在一个独立的可以抛弃的外贮箱里面。采用这种结构形式，可以减少航天飞机轨道器的尺寸和重量，否则航天飞机的轨道器非常庞大。

美国研制过5种型号的航天飞机：哥伦比亚号航天飞机、挑战者号航天飞机、发现号航天飞机、亚特兰蒂斯号航天飞机和奋进号航天飞机。

前苏联研制过一种型号的航天飞机，1991年对暴风雪号航天飞机成功地进行了无人轨道试飞，其后，由于苏联1991年解体，计划终止。

1969年4月，美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。1972年1月，美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入计划，确定了航天飞机的设计方案，即由可回收重复使用的固体火箭助推器，不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成。经过5年时间，1977年2月研制出一架企业号航天飞机轨道器，由波音747飞机驮着进行了机载试验。1977年6月18日，首次载人用飞机背上天空试飞，参加试飞的是宇航员海斯（C·F·Haise）和富勒顿（G·Fullerton）两人。8月12日，载人在飞机上飞行试验圆满完成。又经过4年，第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台，这是航天技术发展史上的又一个里程碑。

虽然世界上也有许多国家都陆续进行过航天飞机的开发，但只有美国与前苏联实际成功发射并回收过这种交通工具。但由于苏联瓦解，相关的设备由哈萨克接收后，受限于没有足够经费维持运作使得整个太空计划停摆，因此全世界仅有美国的航天飞机机队可以实际使用并执行任务。

另外，太空游客也是航天员。乘坐飞船或者航天飞机上天的人都是航天员，也就是说这些人在上天前都已经具备了航天员的要求。在飞天之前，这些普通人都是经过严格的身体检查和长时间的正规的航天员培训，经考核合格的.只是“太空游客”所承担的太空飞行任务不同，他是作为航天载荷任务专家参与飞行的，他与驾驶员、工程师的任务不同，所以对身体的要求相对低一些。航天飞机升空时的重量比火箭大许多，所以加速度较小，一般是3G(火箭是4-4.5G)。

概述

航天飞机是一种借助外挂助推器垂直起飞、自身可以水平降落的载人航天器，它以火箭发动机为动力发射到太空，能在轨道上运行，且可以往返于地球表面和近地轨道之间，可部分重复使用的航天器。它由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。

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，外部燃料箱便被坠入到大洋中。

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。

轨道器

即航天飞机本身，它是整个系统的核心部分。轨道器是整个系统中惟一可以载人的、真正在地球轨道上飞行的部件，它很像一架大型的三角翼飞机。它的全长37.24m，起落架放下时高17.27m；三角形后掠机翼的最大翼展23.97m；不带有效载荷时质量68t，飞行结束后，携带有效载荷着陆的轨道器质量可达87t 。它所经历的飞行过程及其环境比现代飞机要恶劣得多，它既要有适于在大气层中作高超音速、超音速、亚音速和水平着陆的气动外形，又要有承受载人大气层时高温气动加热的防热系统。因此，它是整个航天飞机系统中，设计最困难，结构最复杂，遇到的问题最多的部分。

轨道器由前、中、尾三段机身组成。前段结构可分为头锥和乘员舱两部分，头锥处于航天飞机的最前端，具有良好的气动外形和防热系统，前段的核心部分是处于正常气 压下的乘员舱。这个乘员舱又可分为三层：最上层是驾驶台，有4个座位，中层是生活舱，下层是仪器设备舱。乘员舱为航天员提供宽敞的空间，航天员在舱内可穿普通地面服装工作和生活。一般情况下舱内可容纳4~7人，紧急情况下也可容纳10人。

航天飞机的中段主要是有效载荷舱。这是一个长18m ，直径4.5m，容积300m3的大型货舱，一次可携带质量达29t 多的有效载荷，舱内可以装载各种卫星、空间实验室、大型天文望远镜和各种深空探测器等。为了在轨道上施放所携带的有效载荷或回收轨道上运行的有效载荷，舱内设有一或二个自动操作的遥控机械手和电视装置。机械手是一根很细的长杆，在地面上它几乎不能承受自身的重量，但是在失重条件下的宇宙空间，却可以迅速而灵活地载卸10t多的有效载荷。航天飞机中段机身除了提供货舱结构之外，也是前、后段机身的承载结构。

航天飞机的后段比较复杂，主要装有三台主发动机，尾段还装有两台轨道机动发动机和反作用控制系统。在主发动机熄火后，轨道机动发动机为航天飞机提供进入轨道、进行变轨机动和对接机动飞行以及返回时脱离轨道所需要的推力。反作用控制系统用来保持航天飞机的飞行稳定和姿态变换。除了动力装置系统之外，尾段还有升降副翼、襟翼、垂直尾翼、方向舵和减速板等气动控制部件。

航天飞机是一种为穿越大气层和太空的界线（高度100公里的卡门线）而设计的火箭动力飞机。它是一种有翼、可重复使用的航天器，由辅助的运载火箭发射脱离大气层，作为往返于地球与外层空间的交通工具，航天飞机结合了飞机与航天器的性质，像有翅膀的太空船，外形像飞机。航天飞机的翼在回到地球时提供空气刹车作用，以及在降跑道时提供升力。航天飞机升入太空时跟其他单次使用的载具一样，是用火箭动力垂直升入。因为机翼的关系，航天飞机的有效载荷比例较低。设计者希望以重复使用性来弥补这个缺点。

航天飞机除了可以在天地间运载人员和货物之外，凭着它本身的容积大、可多人乘载和有效载荷量大的特点，还能在太空进行大量的科学实验和空间研究工作。它可以把人造卫星从地面带到太空去释放，或把在太空失效的或毁坏的无人航天器，如低轨道卫星等人造天体修好，再投入使用，甚至可以把欧空局研制的“空间实验室”装进舱内，进行各项科研工作。

航天飞机的飞行过程大致有上升、轨道飞行、返回三个阶段。起飞命令下达后，航天飞机在助推火箭的推动下垂直上升，直至进入预定轨道，完成上升。进入轨道后，航天飞机的主发动机熄火，由两台小型火箭发动机控制飞行。到达预定地点后，航天飞机开始工作。航天飞机完成任务后，便开始重新启动发动机，向着地球飞行。进入大气层后，航天飞机速度开始放慢，并像普通滑翔机一样滑翔着陆。

美国起初对航天飞机计划的预算为430亿美元（换算为2011年的美元价格），每次发射费用预计为5400万美元，但由于航天飞机系统过于复杂（机身超过250万个零件），技术和系统维护需要大量的人力物力，这一计划远远超出预算。截止2011年的统计显示，航天飞机计划共花费1960亿美元，其中每架航天飞机的造价约为120亿美元，单次发射的费用约为4亿5千万美元（超预算近十倍），而一次性使用的宇宙飞船造价也仅为2-3亿美元。

2005年美国宇航局近30%的经费，约50亿美元，都花在航天飞机上 ，2006年这一数字下降为43亿美元，其中航天飞机的地面维护占了很大的比重。2004至2006年间，因为哥伦比亚号事故，航天飞机仅仅发射了3次，但美国宇航局仍为此计划花费了130亿美元。

中国在1988年提出过4种航天飞机方案和宇宙飞船方案，当年被誉为“五朵金花”，最后选择了神舟系列宇宙飞船。我国的航天飞机研制计划最早提出于1988年，构想起于发展天军的战略，最早将其归属于863计划子项目编号204的航天附属项目中，是一个由宇宙飞船到航天飞机的渐进构想。当时，美国航天飞机成功首飞取得了巨大的轰动，所以我国国内主导意见是上航天飞机项目，宇宙飞船当时根本排不上号。在整整争论了三年后，1992年中国载人航天计划工程正式制定，提出了研制和运行以空间站为核心的载人航天系统，而天地往返系统确定为宇宙飞船，即后来的神舟系列宇宙飞船。

航天技术是“863计划”《高技术研究发展计划纲要》七大领域中的第二领域，主题项目是：大型运载火箭及天地往返运输系统、载人空间站系统及其应用。“863计划”出台后，航天领域成立了两个专家组，一是大型运载火箭及天地往返运输系统，代号863－204；二是载人空间站系统及其应用，代号863－205。1987年，在原国防科工委的组织下，组建了“863计划航天技术专家委员会”和主题项目专家组，对发展我国载人航天技术的总体方案和具体途径进行全面论证。

“863—204”专家组在1987年4月发布《关于大型运载火箭及天地往返运输系统的概念研究和可行性论证》的招标通知，以招标方式选择在技术方面有优势的单位，按要求各自论证载人航天方案。

在2个月的时间内，各竞标单位提出了11种技术方案。“863—204”专家组筛选出6种方案，要求他们在1988年6月底前，完成技术可行性论证报告，以便参加高层专家的评审。

方案一：航天部五院508所提出的载人飞船方案。

方案二:航天部一院一部提出的天骄一号小型航天飞机方案。它与方案三的长城一号航天飞机接近，所不同的是轨道器不带主动力，返回时利用自身结构滑翔着陆。

方案三：航天部上海航天局805所与航空部604所共同提出的长城一号航天飞机方案。它垂直起飞，水平降落，部分重复使用，轨道器带主动力可自主飞行。

方案四:航天部北京11所提出的V－2两级火箭飞机的方案。它像火箭一样垂直起飞，如飞机一样水平着陆，以火箭发动机为动力，可完全重复使用。

方案五：航空部601所提出的H－2空天飞机方案。它可以像飞机一样水平起飞和降落，使用吸气式涡喷组合发动机，可完全重复使用。

方案六:航空部611所对法国正在研究的赫尔墨斯小型航天飞机的综合分析，论证方认为法国搞的航天飞机在政治、经济、技术背景与我国有相似之处，其总体技术与航天部一院一部提出的天骄一号小型航天飞机方案类似，是航天飞机诸方案中最省力、省时的方案。611所正在与国外开展航空技术方面的合作，可以一并引进国外的有关技术。

在综合考虑了自身的技术基础和经济能力后，1990年5月，“863—2”专家委员会最终确定了“投资较小，风险也小，把握较大”的飞船方案，即利用我国现有的长征2E运载火箭发射一次性使用的宇宙飞船，作为突破我国载人航天的第一步；在2010年或稍后再建成载人空间站大系统。

20世纪

从1981年至1993年底，美国一共有5架航天飞机进行了79次飞行，其中哥伦比亚号航天飞机15次，挑战者号10次，发现号17次，亚特兰蒂斯号12次，奋进号25次。每次载宇航员2至8名，飞行时间从2天到14天。在12年中，已有301人次参加航天飞机飞行，其中包括18名女宇航员。航天飞机的59次飞行中，在太空施放卫星50多颗，载2座空间站到太空轨道，发射了3个宇宙探测器，1个空间望远镜和1个γ射线探测器，进行了卫星空间回收和空间修理，开展了一系列科学实验活动，取得了丰硕的探测实验成果。美国航天飞机创造了许多航天新纪录。航天飞机首航指令长约翰·杨6次飞上太空，是当时世界上参加航天次数最多的宇航员。

1981年4月12日，第一架航天飞机哥伦比亚号航天飞机发射，宇航员翰·杨（John W·Young）和克里平（Robert L·Crippen）揭开了航天史上新的一页。

1983年6月18日女宇航员莎丽·赖德（Sally K·Ride）乘挑战者号上天飞行，名列美国妇女航天的榜首。

1983年8月30日，“挑战者”号航天飞机首次实现黑夜发射，6天后又在黑夜降落，宇航员队伍中的布拉福德是第一位“登天”的黑人。

1984年2月3日乘挑战者号上天的麦坎德利斯（B·McCandless），成为世界上第一位不系安全带到太空行走的宇航员,此后宇航员“太空漫步”成为航天飞机任务中经常出现的画面。

1984年4月6日挑战者号上天后，宇航员首次抓获和修理轨道上的卫星成功。

1984年10月5日，又是“挑战者”号，首次搭载了7名宇航员升空，其中女宇航员凯瑟琳·苏利文成为第一位太空行走的美国女性，从此航天飞机经常运送7名宇航员。

1985年1月24日发现号升空，首次执行秘密的军事任务。

1985年4月29日，第一位华裔宇航员王赣骏（Taylor Wang）乘挑战者号上天参加科学实验活动。

1985年11月26日，亚特兰蒂斯载宇航员上天第一次进行搭载空间站试验。

1986年1月28日，“挑战者”号在发射升空时由于O型密封圈脱落导致一连串反应，并在发射升空72秒时爆炸解体坠毁。造成7名宇航员丧生，才有了里根总统那次著名的演讲《真正的英雄》。

1988年9月28日，“发现”号在航天飞机任务中止32个月后升空，5名宇航员释放了一颗卫星，并完成了几项科学实验，这标志着航天飞机项目再次走上正轨。

1990年4月24日，“发现”号航天飞机将“哈勃”太空望远镜送上轨道，人类有了观察遥远宇宙的“火眼金睛”。

1992年5月7日奋进号首次飞行，宇航员在太空第一次用手工操作抢救回收卫星成功。

1992年7月31日亚特兰蒂斯号上天，首次进行绳系卫星发电试验。

1992年9月12日，“奋进”号升空，这架航天飞机成为宇航员马克·李和简·戴维斯的“婚礼特快”，这两位宇航员是第一对在太空缔结良缘的夫妇。

1995年6月27日，“亚特兰蒂斯”号发射，它实现了航天飞机和俄罗斯的“和平号”轨道空间站首次对接，美国和俄罗斯宇航员在外太空互相“串门”，新闻评论说“冷战”已在地球之外结束。

1996年11月19日，“哥伦比亚”号发射，共飞423小时53分钟，创造了航天飞机停留外太空时间最长的记录。

1998年10月29日，“发现”号搭载着77岁的参议员约翰·格伦起飞。格伦是曾搭乘“水星”飞船升空的美国首名宇航员，这次他又成为最高龄的“太空人”。

1999年7月23日，“哥伦比亚”号发射，这次指挥它的是艾琳·柯林斯，标志着女性首次成为航天飞机的机长。

21世纪

2003年2月1日，“哥伦比亚”号在返回地面过程中于空中解体，成为继“挑战者”之后的第二艘失事的航天飞机。

2005年8月9日，美国“发现”号航天飞机在 美国加利福尼亚州的爱德华兹空军基地安全降落，结束了长达14天的太空之旅。这是自“哥伦比亚”号航天飞机失事后，美国航天飞机首次顺利地重返太空，并且平安回家。

2006年17日，发现号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心成功着陆。此次发现号顺利完成国际空间站维修和建设任务，并为国际空间站送去一名宇航员。

2009年，美国东部时间5月11日下午2时左右，美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，机上7名宇航员将对哈勃太空望远镜进行最后一次维护。美国西部时间24日8时39分，“亚特兰蒂斯”号航天飞机载着7名宇航员安全降落在加利福尼亚州爱德华兹空军基地，圆满完成了对哈勃太空望远镜最后一次维护的飞行任务。

2009年7月15日（北京时间16日6时3分），美国“奋进”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心成功升空，启程前往国际空间站日本舱安装最后一个组件。

2009年8月，美国东部时间28日23时59分（北京时间29日11时59分），美国“发现”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。“发现”号搭载7名宇航员，从肯尼迪航天中心发射升空前往国际空间站，运送数吨的补给和设备。此前，“发现”号的发射已三次被延迟。25日因为天气状况推迟，随后于26和28日两度推迟，主要原因是装有液体氢的燃料箱阀门出现问题。

2009年9月美国东部时间11日晚间7时47分(北京时间12日上午7时47分)发现号开始点火进行变轨，于当天晚间8时53分(北京时间12日上午8时53分)在爱德华兹空军基地安全着陆。

2010年美国东部时间4月5日早上6点21分(北京时间18时21分)，美国“发现号”航天飞机顺利发射升空，携带7名宇航员前往国际空间站。此次“发现号”除载有4名男性宇航员外，还携带有3名女性宇航员，将在国际空间站与1名女性宇航员会合，创造史上上太空的女性宇航员人数最多的纪录，达到4人。

2011年2月24日美国“发现”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，前往国际空间站，服役近27年的“发现”号将最后一次执行飞行任务。

2011年7月21日美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机于美国东部时间21日晨5时57分(北京时间21日17时57分) 在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆，结束其“谢幕之旅”，这寓意着美国30年航天飞机时代宣告终结。

欧洲航天局2014年9月9日对其历史上首架“航天飞机”进行最后的地面检测。接下来，这架“航天飞机”将被运往法属圭亚那库鲁航天中心发射升空，进行亚轨道飞行测试。建造这架“航天飞机”历时5年，花费1.5亿欧元。它由高科技陶瓷和碳素纤维制成，长5米，宽2.2米，外形像只运动鞋，大小如同一辆中型汽车。虽然媒体普遍称其为“航天飞机”，但它实际上是欧洲航天局用于测试的模型机，主要是为欧洲研发首架真正的航天飞机做前期准备。

挑战者号升空爆炸

1986年1月28日，美国“挑战者”号航天飞机在第10次发射升空后，因助推火箭发生事故凌空爆炸，舱内7名宇航员(包括一名女教师)全部遇难。直接造成经济损失12亿美元，航天飞机停飞近3年，成为人类航天史上最严重的一次载人航天事故，使全世界对征服太空的艰巨性有了一个明确的认识。

遇难宇航员为斯科比、史密斯、麦克奈尔、杰维斯、鬼冢(夏威夷出生，日裔)、朱迪恩·雷斯尼克(女)、麦考利芙(女教师)。
美国东部时间当日上午11时39分12秒，美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航空中心10英里上空，在“轰”的一声巨响之后，“挑战者”号航天飞机凌空爆炸。美国全部航天飞机飞行因而暂停了3年，“星球大战”计划也遭受严重挫折。

哥伦比亚号返航解体

美国当地时间2003年2月1日，载有七名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机在结束了为期16天的太空任务之后，返回地球，但在着陆前发生意外，航天飞机解体坠毁。

美东时间上午九9点(北京时间22:00)，也就是在哥伦比亚号着陆前16分钟，该机突然从雷达中消失。电视图像显示，解体的哥伦比亚号在德州的上空划出了数条白色的轨迹。

美国航空航天局并没有立即宣布包括一名以色列宇航员在内的全体船员已经遇难，肯尼迪机场已降半旗。现德州地区寻找哥伦比亚号残骸的工作仍在继续，航空航天局已经向民众发出警告，不要接触任何碎片，因为在航天飞机引擎上覆有毒性极强的化学涂料。

哥伦比亚号进行紧急着陆的航空可能性是不存在的，航天局的发言人凯勒-赫尔林向CNN表示：“在当时的情况下，恐怕哥伦比亚号根本没有选择的机会。”

事发之后，时任布什总统立即结束了戴维营的短暂休假，返回了白宫，密切关注事态的进一步发展。

哥伦比亚号是美国现有的四架航天飞机中服役时间最长的，此次的意外事件使人们回想起了1986年1月28日挑战者号的失事。

2010年初，NASA正式决定将日渐老化的航天飞机全部退役。按计划在2010年秋天退役之前它们仅剩5次飞行任务。也就是说，除非NASA需要多几个月的时间完成剩余的任务，或者奥巴马总统选择延长航天飞机项目的寿命来减小美国载人航天飞行能力的缝隙，否则航天飞机将在2010年秋季停飞。

2010年2月，“奋进号”航天飞机升空，拉开了2010年航天飞机退役飞行的序幕，为空间站安装了“宁静”号节点舱和一个便于宇航员对地球、其他天体及航天器进行全景观测的观测台。

3月，“发现”号正矗立在肯尼迪航天中心的39A发射架上，等待发射。太空任务这艘航天飞机将搭载一个多功能后勤舱进入空间站。这个后勤舱基本上就是一个大型储藏室，里面装的是用于空间站实验室的科学研究架。按照计划，宇航员将在此次任务中进行3次太空行走，完成更换氨水箱，取回空间站外部的日本实验舱以及更换陀螺仪等工作。

5月，“亚特兰蒂斯”号航天飞机将执行一项为期12天的任务，向空间站运送集成货舱以及俄罗斯制造的迷你研究舱。迷你研究舱将安装在空间站曙光舱底部端口。此外，迷你研究舱也将搭载美国货物。

此次任务中，宇航员将进行3次太空行走，在空间站外部安装备用零部件，其中包括六块备用电池、一个用于Ku波段天线的桁架总成以及为加拿大机械臂准备的零部件。散热器、气闸、欧洲机械臂、俄罗斯多功能实验舱等部件也将搭乘“亚特兰蒂斯”号进入空间站。

7月，“奋进”号航天飞机将重返太空，执行一项为期10天的任务，向空间站运送一系列备用零件，其中包括两个S波段通信天线、一个高压气罐、为加拿大机械臂准备的额外零部件以及微流星体碎片防护盾。由于在空间站周围或附近飞行的太空垃圾数量增多，安装这种防护盾显得非常重要。

9月，“发现”号将执行一次飞行任务，为期9天。此次任务中，“发现”号将向空间站运送4号快速后勤运输装置以及其它零部件。这将是航天飞机的第134次飞行同时也是第36次飞往空间站的任务。后勤运输装置有助于提高空间站的货物储存空间。

2011年2月“发现号”，载着6名机员由国际空间站返回地球，完成他的第39次飞行。

“发现号”自1984年服役以来，一共在太空中逗留了365天，总飞行里程近2.3亿公里，相当于往返月球288次。

功成身退的“发现号”几个月后，就会被送到华盛顿的博物馆公开展览，另两架航天飞机也将退役。

据报道,航天飞机上的4名机组人员在此次为期12天的行程中将向国际空间站送去供给、备用零件以及科学实验仪器。“亚特兰蒂斯”号航天飞机在国际空间站的建设和运行上发挥了很大作用。

2011年7月21日美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机于美国东部时间21日晨5时57分(北京时间21日17时57分)在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆，结束其“谢幕之旅”，这寓意着美国30年航天飞机时代宣告终结。