铁路冬季施工定义:航天飞机是个遗憾的技术产物

　　设计初衷没有实现

　　研制航天飞机是为了降低成本，为此设计了可重复使用的轨道器和固体助推火箭，而不像运载火箭和宇宙飞船都是一次性使用，所以原先预想航天飞机每次发射费用只需3000万美元就行，美国甚至把运载火箭生产线停了下来，认为用航天飞机来代替运载火箭发射卫星更经济。然而实践证明，由于航天飞机要求可重复使用，因此航天飞机返回地面以后要进行大量费时费力的维修工作，从而使每次发射费用高达4亿—5亿美元，让财大气粗的美国宇航局不堪重负。

　　美国宇航局原来设想航天飞机比宇宙飞船更安全，因为航天飞机是人类第一次把航天与航空技术高度有机结合的创举，有很大机翼的航天飞机可准确地滑翔降落到预定的跑道上，而宇宙飞船返回时只能采用在海面某一区域降落或在荒原某一区域上径直着陆的方式。然而实际上，由于体积庞大、结构复杂，发射航天飞机轨道器只能与外贮燃料箱并联在一起，所以它并不安全，轨道器很容易受到从外贮箱掉下来的保温材料的撞击，至今，美国5架航天飞机已失事了两架，牺牲了14名航天员。

　　原来以为航天飞机能像民航客机一样，每次返回后进行简单维修就可再次发射，并乐观地估计每1—2周就能进行一次发射，1年能发射24次。但实际上由于每架航天飞机发射完以后维修量很大，所以发射时间间隔也很长，一般情况下航天飞机每年仅能进行5—6架次的发射。另外，按照原来的设计，每架美国航天飞机的轨道器应可以重复使用100次，然而实际上美国的5架航天飞机总共才进行了135架次飞行就全部退役了。

　　美国航天工程专家马在庄上世纪80年代初任职于一家知名的军火公司，是最初几名发现航天飞机存在致命缺陷的专业人士之一。他认为，实际上，航天飞机的使用寿命十分有限——由于航天飞机升空时需要对航天员的舱位加压，返航时再减压，就像把气球吹起来再放气一样，这对航天飞机的损耗很大。美国虽然在1981年进入航天飞机时代，但航天飞机主要采用的是上世纪六七十年代的技术，对现在来说早已过时。当时还没有个人电脑，设计速度与今天没有可比性，许多现在可由计算机承担的工作，当时还得靠人海战术来完成。马在庄记得，他们前往考察航天飞机时，在一个大厂库里看到上千名工程师，人人拿着当时常用的计算尺进行有关测算。

　　美国研制航天飞机有深刻的冷战背景，为了与苏联在太空开展竞赛，美国采取了争先跳跃的战略方针，一味追求技术先进性，先是把政治摆在第一位，后来又把任务摆在第一位，而没有把航天员的安全摆在第一位。

　　为了满足空军方面对机动能力的高要求，美国宇航局决定采用三角翼轨道器布局，此举带来了严重的技术问题。为了使国防部满意，降低发射成本，原计划采用液体助推器发射的航天飞机也改为固体助推器。

　　由于技术上的限制，在运载能力和结构安排出现矛盾时，美国宇航局选择了把轨道器与外贮箱平行放置的并联方案，而没有选择把轨道器置于火箭顶部这一较安全的方案，目的是保证轨道器的容积和降低费用。然而，这大大增加了航天飞机的风险性。

　　为了提高有效载荷发射能力和返回地球时携带有效载荷的能力，美国宇航局对轨道器也进行了相应简化，例如，取消了涡轮风扇发动机和航天员逃逸系统等。但因此也给航天飞机带来致命的缺陷，例如航天飞机不能作二次着陆、一旦出现事故时航天员无法应急逃生等。但由于该方案基本达到了国会所要求的研制5架航天飞机费用为50亿美元的目标，所以最终被采纳了。

　　为了极大提高运输能力，航天飞机被设计得很复杂。它里面有3500个重要的分系统和250万个零部件，所以只要其中的1个重要分系统或关键零部件失灵，就有可能导致重大事故。另外，为了可重复使用，其轨道器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复杂气动外形，又要有能承受再进入大气层时高温气动加热的防热系统，并在世界上首次装备了可重复使用50次的主发动机。这些也都大大增加了航天飞机研制的技术难度和风险。

　　人货混用造成隐患

　　其实，很早就有人对航天飞机的安全提出过批评。一是航天飞机是人货混用，而不是像宇宙飞船那样分载人飞船和货运飞船，所以用航天飞机发射卫星时需有数名航天员陪着上天，这样做既不经济，也不安全；二是美国自认为其航天飞机可靠性极高，所以没有采取安全救生措施，因为安装救生设备很麻烦。为了节省费用，当年在决策航天飞机方案时使用了较液体火箭助推器便宜但功能稍差的固体火箭助推器。这也是美国政治领导人与美国宇航局领导人在上世纪70年代初期相互“妥协的产物”。

　　马在庄说，航天飞机研发团队不仅要借助航天飞机运送航天员，而且还装载人造卫星等设备。就像卡车一样，前面坐人，后面载货。在普通人看来，这种设想极其合理，可谓一举两得、经济实惠，但内行人很容易发现问题：发射航天器需要的精密程度相当高，而载人发射又比无人发射的要求高出15倍。运货本来不需要那么高的精密程度，但为了航天员的安全，航天飞机上的全部载荷都必须按照载人发射的精密程度来设计、实施，这就在无形中增加了成本。此外，航天员和物资、设备一起搭乘航天飞机升空，会使重量增加，出现问题的几率增大，这又会影响航天员的安全。实际上，“挑战者”号和“哥伦比亚”号的爆炸都与这种设计缺陷有关。

　　马在庄说，美国最早便是用运载火箭将宇航员和物资送入太空，后来放弃这条道路，改为发展航天飞机，实际上是走了一段弯路。聪明的做法是制造一个小的太空船，专门用来运送宇航员。同时，用火箭运送物资、设备，运载火箭上天后便报废了，不需要进行回收，也不必在重复使用前做那么多的检验、维修，同时安全系数也不必提高到载人发射的程度，可以在相当大的程度上节省成本。

　　他认为，相比较而言，中国使用神舟飞船来开展载人航天，火箭和飞船都是一次使用，而且实行人、货分离，是一条完全正确的道路，也是一个富有智慧的选择。美国如今集中有限资源，致力于提高火箭推进系统的速度和运载能力，把目标放在深空探索上，思路也是正确的。不过，国际金融危机后，美国遭遇了严重的资金困难，政府债台高筑，赤字居高不下，美国未来的太空探索项目能否顺利实施，还是一个未知数。