航天飞机也是火箭发射的，为什么起
自从1981年4月12日世界上第一架航天飞机哥伦比亚号升空至今，已先后有6架航天飞机遨游过太空。其中5架是美国制造的，它们频繁升空进行载人航天活动，取得了巨大成果，但有一架因故障凌空爆炸，使机上所有航天员全部遇难。 前苏联制造的另一架航天飞机仅进行过一次无人驾驶的自动飞行便销声匿迹，再也没有露面。故美国航天飞机是20世纪唯一一种可用的载人天地往返运输系统。
展翅高飞上九天
早在本世纪30年代，奥地利人森格尔就绘制了用火箭发动机作动力装置的飞机草图，试图进行高空高速飞行。 但因技术条件的限制，当时根本无法实现。不过从此，发展一种可重复使用的火箭飞机，作为飞向宇宙空间的工具的思想就...全部
自从1981年4月12日世界上第一架航天飞机哥伦比亚号升空至今，已先后有6架航天飞机遨游过太空。其中5架是美国制造的，它们频繁升空进行载人航天活动，取得了巨大成果，但有一架因故障凌空爆炸，使机上所有航天员全部遇难。
前苏联制造的另一架航天飞机仅进行过一次无人驾驶的自动飞行便销声匿迹，再也没有露面。故美国航天飞机是20世纪唯一一种可用的载人天地往返运输系统。
展翅高飞上九天
早在本世纪30年代，奥地利人森格尔就绘制了用火箭发动机作动力装置的飞机草图，试图进行高空高速飞行。
但因技术条件的限制，当时根本无法实现。不过从此，发展一种可重复使用的火箭飞机，作为飞向宇宙空间的工具的思想就从未间断过，人们一直在研究一种能像普通航空飞机一样的、可进行天地往返的航天飞机。到了60年代末，人类已经研制了多种洲际导弹、运载火箭、载人飞船和大型喷气客机及运输机。
这为航天飞机的研制积累了经验，储备了技术。
进入70年代后，发射卫星、载人飞船和其它宇宙飞行器依然只使用一次性运载火箭，即每次发射都要消耗一枚火箭，就如同“狗熊掰棒子，掰一个扔一个”。有些专家感觉到，这样做太不经济了。
另外，用宇宙飞船作为载人航天运输器，也是“一锤子买卖”，不能重复使用。于是，在耗资巨大的阿波罗登月工程行将结束之际，美国于1972年开始把人力、物力和财力转移和集中到研制可部分重复使用的航天飞机项目上来。
研制航天飞机的最主要目的是利用其可重复使用性来降低天地往返运输费用。它是集现代航空技术、火箭技术和空间技术于一身的综合产物，既能作为运输工具，又可像飞机一样在绕地球的轨道上运行，返回地面经维修后可再次发射使用。
有人称它为普通飞机和宇宙飞船的“混血儿”。
美国在设计垂直起飞、水平降落的航天飞机时，除考虑使运费降至原来的1 /10外，还有一个目的是将航天员升空时所受的超重减为一半，即只有大约3倍于地面正常重力的压力（航天员坐飞船在发射加速阶段所受到的超重力是大约5～6倍于地面正常重力的压力），这将是任何一个没有晕车病的健康人都可以承受得了的，使各行业的人均能登天。
人们最初提出航天飞机方案，是想让航天飞机在人类飞行的漫长历程中竖起一个新的里程碑，因为它兼有运载火箭、载人航天器和高性能的多重特性，可大大提高航天活动的经济效益，使航天技术的发展进入一个更高的阶段。
为此，美国、前苏联、法国和英国等都曾对航天飞机的方案做过探索性研究工作，但最终只有美国研制出了实用型航天飞机。美国的方案是，整个飞行器由可回收重复使用的固体助推器、不可回收的外贮箱和可多次使用的轨道器组成，能载7名航天员，起飞加速度不超过3ｇ（重力加速度），正常降落时不大于1。
5ｇ。
经过10年努力，1981年4月12日，恰值世界第一名航天员加加林上天20周年之日，世界上第一架航天飞机——美国的哥伦比亚号作了处女航行。这具有历史意义的54。5小时的太空遨游，意味着载人航天进入了一个新阶段。
图1 奋进号航天飞机整装待发
当代超级飞机
如上所述，美国航天飞机由固体助推器、外贮箱和轨道器组成。其中轨道器的外形类似普通飞机，通常所说的航天飞机就是指它。它是整个系统中唯一可以载人且真正在地球轨道上飞行的组件。
轨道器长37米，翼展24米，跟一架大型喷气式客机的大小差不多，不带有效载荷时自重68吨。它所经历的飞行过程及环境比普通飞机要恶劣得多，既要有适于在大气层中作高超音速、超音速、亚音速飞行和水平着陆的气动外形，又要有能承受再入大气层时高温气动加热的防热系统。
结构部分由铝合金制造，表面用可重复使用的隔热材料保护。轨道器可重复使用100次。整个机体分机头、机身和机尾三段。
机头是轨道器的驾驶舱，处于正常气压下，分驾驶室（4个座位）、生活室和仪器设备室三层。
驾驶室在上层，其前面两个座位是驾驶员和指令长座位，后面的两个可供工程师或其它专家乘坐。生活室在中层，内有厨房、卫生间和气闸舱。气闸舱后面有一个舱口，在轨道飞行时，驾驶舱中的人员可通过此口走到后面的货舱里去。
中层还有一个很大的边门，供起飞前或着陆后人员和设备从这里进出。设备室在下层，主要装载环境控制设备，以保持驾驶舱内的气压、温度和湿度等条件。航天员在驾驶舱内可穿普通地面服装工作和生活。
机身是一个长18米、直径4。
5米、容积300立方米的大货舱， 可装20～30吨货物。它可装载各种卫星、空间实验室、大型天文望远镜和各种深空探测器。货舱里装有机械手。机械手可伸可屈，可随意转换方向，最远能伸到15米远的地方。
坐在驾驶舱里的航天员可通过电视或目视观察，准确地操纵机械手，把10多吨的货物释放到太空或把太空中的人造卫星捉住并回收到货舱里。
机尾装有三台以液氢/液氧为推进剂的主发动机，总共能产生6。
3兆牛的推力。两台变轨发动机每台可产生26。5千牛的推力。
轨道器的三角形机翼和垂直尾翼使航天飞机在返回地球过程中在大气层中飞行时具有良好的稳定性和操纵性，能像普通飞机一样飞行自如。
机上各种设备所需电源由3个氢氧燃料电池和3个镍镉电池提供，每个氢氧燃料电池可发出7～10千瓦的电力，而镍镉蓄电池供给短时间内需要大电流的设备的用电，并作为燃料电池的备用电源，每个容量是10安时。
航天飞机系统的外贮箱用于贮存轨道器主发动机入轨用的全部推进剂。它可装700吨左右的推进剂，位于轨道器下方，是唯一不可回收的部件。
两台固体火箭助推器平行装在外贮箱两侧，每台的推力惟12。
74兆牛， 可重复使用20次。
航天飞机是第一次把航天与航空技术高度有机结合起来的创举。它由起飞到入轨的上升阶段运用了火箭垂直起飞技术；在太空轨道飞行段运用了航天器技术；在再入大气层的滑翔飞行和水平着陆段运用了飞机技术。
因此，它能完成多种任务，包括人造地球卫星、货运飞船、载人飞船甚至小型空间站的许多功能。它还具有一些一般航天器所没有的功能，如释放、维修和回收卫星等。
潇洒的全能冠军
有人把航天飞机的正式飞行看作是继阿波罗登月计划之后空间时代的第二个里程碑，这是因为它为空间活动展现了极其美好的前景。
它可使发射费用和有效载荷的研制费用大幅度下降。美国有些大型军用卫星因为体积大、质量大，用运载火箭发射力不从心，只能靠航天飞机送上太空。航天飞机的大容积货舱可以大大放宽对有效载荷尺寸和重量的限制，改变过去要求有效载荷必须体积孝质量轻的原则，大幅度降低了有效载荷（如卫星）的研制费用。
它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，从而延长卫星等的寿命或增加卫星功能。这些均有利于节省有效载荷总费用。
航天飞机的经济性也表现在能在轨回收、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。美国哈勃太空望远镜在轨运行期间，已用航天飞机进行过两次修理，极大改善了这一价值连城的太空“巨眼”的功能，延长了使用寿命。
用航天飞机还可以扩大空间活动的规模和范围。
航天飞机货舱体积庞大，能装20～30吨货物，并设有起重能力很强的机械手，在轨道上可部署几乎任何类型的有效载荷，能把过去因形状和体积因素而无法用火箭运载的一些设备送入近地轨道。美俄等国于今年开始建造的国际空间站的许多部件，都将用航天飞机送上太空并由航天员在轨道上组装。
用航天飞机释放卫星时，可根据所要释放的各颗卫星的不同要求，改变航天飞机轨道，从而把各颗卫星放入各自的轨道。
利用航天飞机能使航天技术逐步接近航空技术中飞机的活动能力和水平。如上所述，在设计它时注意了过载控制，从起飞到返回地面的整个过程中，加速和减速都很缓慢，因此对航天员的身体要求大大降低，可把稍加训练的科学家、工程师、医生和教师等送上太空，从事其它空间工作。
载人飞船返回时只能在海口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。
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。
多面手来之不易
航天飞机以其独有的重复使用性、多用途性、经济性和良好的环境条件，为人类的航天活动开辟了新的途径，但这是以解决了大量复杂的技术问题为代价换来的。例如，从空气动力学上说，航天飞机的外形比火箭、返回式卫星和飞船要复杂得多，尤其是在再入飞行时，轨道器要由近30倍音速降到亚音速，由稀薄大气到稠密大气。
这不仅要进行理论计算，更要做大量不同条件下的地面风洞实验。在推进方面，火箭发动机一般仅能使用一次，工作时间在几分钟之内，而航天飞机的发动机却要多次重复使用，寿命期间的总工作时间累计长达数小时之多。
所以，推进是航天飞机重要的关键技术，在设计、材料和工艺等方面要求极高。就防热设计而言，一般返回式航天器只使用一次，再入防热问题较易解决，而航天飞机外形复杂，又要重复使用，因此它在返回地面时，对周围空气的压缩和摩擦产生的高温高热的防护和处理问题很复杂，要求有适合大面积复杂构形的耐高温、抗冲刷、重量轻、能多次使用的高级防热材料，维修也应方便。
航天飞机系统复杂，要经受各种恶劣环境，又要载人，因此须有安全救生系统。
也许正因为如此复杂，航天飞机投入使用后并未达到预期目的。它的发射费用并没有像预料的那么便宜，每次发射后都要进行检修，不可能频繁飞行。
更主要的是用航天飞机发射卫星时需有2～3名航天员陪着上天，这样做既不经济也不安全。所以，从1986年挑战者号航天飞机失事后，美国就停止使用航天飞机发射商业卫星了。美国空军也放弃使用航天飞机。航天飞机目前只能称得上是当代世界上用途最广，但成本很高的大型运载工具。
由此可见，登天之路并不平坦，人类还没有找到物美价廉的“天梯”。
前苏联研制的暴风雪号航天飞机于1988年11月15日升空进行了第一次、也是至今唯一一次飞行。这次不载人试飞只花了3。5个小时，绕地运行了两圈。
美苏航天飞机的外表尺寸和内部分系统及其布局很相似，但也有一些重大差别。例如，前苏联航天飞机的轨道器没有主推进系统。它是由能源号运载火箭发射的。这样做的缺点是发射费用高，但可大大减轻航天飞机的起飞重量，从而发射更重的有效载荷。
此外，能源号火箭还可用于发射别的航天器，而美国航天飞机的三大部件是一个完整的系统，三者缺一不可。
而今迈步从头越
航天飞机存在的种种不足使航天专家们早就想研制一种新的航天飞机来取代它。
美国、英国和德国曾竞相热衷于研制一种可以像普通客机一样水平起降的航天飞机。它同时载有火箭发动机和航空发动机，在大气层内飞行时使用后者，在外空则使用前者。但经过一段研制后发现其技术太复杂，所以又纷纷下马了。
有关新一代航天飞机还有多种方案，但目前只有一种被列入正式研制项目，它就是从1997年开始由美国洛马公司研制的X-33/冒险星。
X-33/冒险星是一种可重复使用的单级火箭运载器， 其中X-33仅是一种缩比型的试验型火箭，拟在1999年进行飞行试验；如获成功，则继续研制实用型的运载器冒险星。
冒险星是三角形、无翼的升力体式飞行器，起飞质量不足航天飞机的一半，空重不足航天飞机的三分之一，但近地轨道有效载荷能力比航天飞机大13。7％。虽然它也是垂直起飞、水平降落，但不需用助推火箭，故可避免使用大量一次性部件。
之所以没采用水平起飞方式，是为了省去沉重的起落架，尽可能增加有效载荷。
由于机翼只有在着陆时才发挥作用，在升空时是负担，因此冒险星采用无机翼设计方案。这样虽然升力小了，但返航时因燃料已用完，重量减轻了许多，故可在2500米的普通跑道上着陆。
冒险星之所以只用一级火箭（目前的航天飞机是用一级半火箭发射，其中固体助推器算半级）就能登天，是因为它采用新型轻质坚固材料和新型发动机等技术。它拟采用的直排气动塞式喷管发动机能随飞行高度的变化而用外部空气压力自行调节气流的形状，所以效率极高，推重比达77～84。
这种发动机结构简单，坚固耐用，只是研制风险较大，所以洛马公司给新一代航天飞机起名为冒险星。但若能研制成功，冒险星的天地往返费用只是现在的10％～20％。
尽管第一代航天飞机不尽如人意，但它广泛的用途目前还没有一种航天器可与之相比，因此现在还无法取代它。
它仍是本世纪最伟大的科技杰作之一，并为今后航天飞机的发展奠定了基础，积累了经验。
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一句话，航天飞机过载小，是因为它加速、减速慢。收起
