航天飛機（Space Shuttle）是一種往返于近地軌道和地面間的、可重復(fù)使用的運載工具。它既能像運載火箭那樣垂直起飛，又能像飛機那樣在返回大氣層后在機場著陸。美國航天飛機由軌道器、外貯箱和固體助推器組成。蘇聯(lián)的航天飛機由于其本身未裝備主發(fā)動機，因而只是航天器，不是運輸器，需借助能源號運載火箭送上太空。 航天飛機為人類自由進出太空提供了很好的工具，是世界航天史上的一個重要里程碑，最早由美國研發(fā)。著名的航天飛機有美國的開路者號、企業(yè)號、哥倫比亞號、挑戰(zhàn)者號、發(fā)現(xiàn)號、亞特蘭蒂斯號和奮進號以及蘇聯(lián)的暴風雪號、小鳥號和貝加爾號。 1969年4月，在耗資巨大的“阿波羅”載人登月計劃行將結(jié)束之際，沉溺在太空探索激情中的美國國家航空航天局（NASA）認為需要建設(shè)一種可重復(fù)使用的航天運載工具。1972年1月，美國正式把研制航天飛機空間運輸系統(tǒng)（STS）列入計劃，確定了航天飛機的設(shè)計方案，即由兩個可回收重復(fù)使用的固體火箭助推器，一個不回收的外掛燃料貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成。經(jīng)過5年時間的研究，1977年2月，NASA研制出了第一架航天飛機：企業(yè)號，并由波音747飛機背負進行了機載試驗。1977年6月18日實施首次載人試飛，參加試飛的是航天員海斯（C·F·Haise）和富勒頓（G·Fullerton）。1977年8月12日，載人試飛獲得成功。又經(jīng)過4年，世界上第一架載人航天飛機——————哥倫比亞號終于出現(xiàn)在航天發(fā)展的歷史舞臺上，這是航天技術(shù)發(fā)展史上的又一個里程碑。 迄今只有美國與（前）蘇聯(lián)能夠制造可以進入近地軌道的航天飛機，且可以實際成功發(fā)射并回收，而美國是唯一曾以航天飛機成功進行載人飛行任務(wù)的國家。其他國家雖有發(fā)展類似的計劃但尚未有實際發(fā)射并進入軌道的紀錄。 自1981年4月12日NASA發(fā)射首個航天飛機開始，在此后30年間，NASA的哥倫比亞號、挑戰(zhàn)者號、發(fā)現(xiàn)號、亞特蘭蒂斯號和奮進號5架航天飛機先后共執(zhí)行了135次任務(wù)，幫助建造國際空間站，發(fā)射、回收和維修衛(wèi)星，開展科學(xué)研究，激勵了幾代人。2011年7月21日，隨著最后一次航天飛機任務(wù)（STS-135）——亞特蘭蒂斯號在佛羅里達州肯尼迪航天中心的主港著陸，宣告了航天飛機時代的結(jié)束。 美國政府起初對航天飛機計劃的預(yù)算為430億美元（換算為2011年的美元價格），每次發(fā)射費用預(yù)計為5400萬美元，但由于航天飛機系統(tǒng)過于復(fù)雜（機身超過250萬個零件），技術(shù)和系統(tǒng)維護需要大量的人力物力，這一計劃遠遠超出預(yù)算。根據(jù)NASA的統(tǒng)計，截至2010年，航天飛機的準備和發(fā)射成本平均為7.75億美元。奮進號航天飛機的建造成本約為17億美元，整個航天飛機計劃共花費1137億美元 。 美國的航天飛機由軌道飛行器、外掛燃料箱和固體火箭助推器三大部分組成。 軌道飛行器：簡稱軌道器，是美國航天飛機的主體，也是其最具代表性的部分，長37.24米，高17.27米，翼展29.79米。它的前段是航天員座艙，分上、中、下3層。上層為主艙，有飛行控制室、臥室、洗浴室、廚房、健身房兼貯物室，可容納8人；中層為中艙，也是供航天員工作和休息的地方；下層為底艙，是設(shè)置冷氣管道、風扇、水泵、油泵和存放廢棄物等的地方。它的中段為貨艙，是放置人造地球衛(wèi)星、探測器和大型實驗設(shè)備的地方，長18.3米，直徑4.6米，可裝載24噸物品進入太空，可載19.5噸物資從太空返回地面。貨艙的上部可以像蚌殼一樣張開。與貨艙相連的還有由加拿大制造的遙控空間機械臂，用于施放、回收人造地球衛(wèi)星和探測器等航天器。在貨艙中也可用上面級火箭將航天器發(fā)射到更高的軌道。在貨艙中還可對回收的航天器進行修理。 軌道飛行器的后段有垂直尾翼、三臺主發(fā)動機和兩臺軌道機動發(fā)動機。主發(fā)動機在起飛時使用的是外掛燃料箱中的推進劑。每臺可產(chǎn)生1668千牛的推力。 在軌道器中段和后段外兩側(cè)是機翼。在軌道器的頭部和機翼前緣，貼有約2萬塊防熱瓦，保護軌道器在回返時不被氣動加熱產(chǎn)生的600－1500℃的高溫所燒毀。在軌道器的頭錐部和尾部內(nèi)，還有用于輕微軌道調(diào)整的小發(fā)動機，共44臺。 航天飛機推進劑外儲箱（ET）：簡稱外儲（貯）箱。長46.2米，直徑8.25米，能裝700多噸液氫液氧推進劑，它與軌道器相連。 外貯箱分為液氫箱和液氧箱兩部分。液氧箱在前部，約占外貯箱體積的1/4，容積為552立方米，可加注液氧604.195噸，可加壓到20-22磅/平方英寸。液氫箱在后部，兩者之間有一小段隔艙。液氫箱容積為1523立方米，可裝液氫101.606噸，可加壓到32-34磅/平方英寸。兩箱都備有通風管和放氣孔以供加載、增壓和卸載用。 航天飛機固體助推器（SRB）：共兩臺，連接在外貯箱兩側(cè)，長45米，直徑約3.6米，每枚可產(chǎn)生15682千牛的推力，承擔航天飛機起飛時80%的推力。推進劑為高氯酸鋁粉、鋁粉、氧化鐵粉和粘合劑的混合物。在助推器的前、后部，還各配置有四臺分離火箭、分離和回收電子裝置、靶場指令安全炸毀系統(tǒng)、推力終止和故障監(jiān)測分系統(tǒng)以及推力向量控制分系統(tǒng)。助推器前端，借助一 個緊固件與外貯箱連接。并裝有回收分系統(tǒng)的駕駛儀、導(dǎo)傘和主傘吊帶。通過前承載緊固件和后部火工品裝置，助推器同軌道器分離。固體助推器前后端各有四臺分離發(fā)動機。分離后的助推器飛行到67公里的最高點、然后降落，降到5.8公里高度時，拋掉頭部的整流罩，進行回收。 美國航天飛機與彈道式運載火箭相比，具有以下優(yōu)點： ①可重復(fù)使用。 ②維修方便，發(fā)射程序簡化，有利于空間活動經(jīng)常化和快速反應(yīng)。 ③執(zhí)行任務(wù)較靈活。航天飛機的配置可以滿足發(fā)射各種低、中、高軌道衛(wèi)星和星際探測器的要求。 ④可以使衛(wèi)星設(shè)計簡化，可靠性提高，工作壽命延長，從而減少衛(wèi)星研制的總費用。 ⑤上升段和再入段過載較小，未經(jīng)嚴格空間飛行訓(xùn)練的普通人員也可參加空間活動。 航天飛機的主要用途有：部署衛(wèi)星、檢修衛(wèi)星、回收衛(wèi)星、太空營救、空間運輸、空間實驗和生產(chǎn)、空間探測。 美國航天飛機的發(fā)射與返回，一般都是在預(yù)定的程序內(nèi)自動進行的，也可以由宇航員自行操縱。它的常規(guī)飛行程序大致有以下步驟： 1.起飛。航天飛機直立在發(fā)射臺上，兩臺固體火箭助推器和三臺液體火箭基本同時點火（三臺主發(fā)動機點火時間間隔0.12秒，然后是固體火箭點火），固定航天飛機系統(tǒng)的系留帶松脫，航天飛機垂直上升； 2.固體火箭助推器分離。航天飛機上升約120秒時，達到40公里高度，助推器燃料耗盡，自動熄火并同航天飛機分離，主發(fā)動機繼續(xù)工作，航天飛機持續(xù)上升。助推器在海上回收； 3.推進劑外貯箱脫落。航天飛機起飛后500秒左右，到達100多公里高度，時速達每秒7.8公里，外掛燃料箱推進劑耗盡并自動與軌道器分離，隕落大氣層燒毀； 4.軌道器入軌。軌道器以28800公里的時速飛行，依靠自身的44個小型噴氣發(fā)動機（它們可以單獨點火，也可以串聯(lián)點火），即軌道機動動力系統(tǒng)調(diào)整到達預(yù)定軌道； 5.返航。啟動軌道機動動力系統(tǒng)，脫離軌道，進入橢圓形軌道，宇航員連接好生物醫(yī)學(xué)測量傳感器，穿好增壓航天服，向計算機輸入重返大氣層執(zhí)行程序，根據(jù)地面指令，啟動機首和機尾姿態(tài)調(diào)整發(fā)動機，形成機尾向前，機腹向地面的姿勢。同時軌道發(fā)動機逆向噴射，使軌道器急劇減速。離著陸為1小時23分時，調(diào)整為機頭向前，此時軌道器以音速的25倍超高速、40度俯沖角進入大氣層。機身與稠密的空氣劇烈摩擦產(chǎn)生超高溫，外殼燒紅，形成電離，使軌道器與地面無線電通訊中斷16分鐘。下降到50公里高度時，速度為每小時10800公里，距離地面38公里時，速度降為每小時7680公里。也可改為手動操縱，關(guān)閉所有發(fā)動機。最后以340公里的時速拖帶減速傘降落在跑道上。 航天飛機除了可以在天地間運載人員和貨物之外，憑著它本身的容積大、可多人乘載和有效載荷量大的特點，還能在太空進行大量的科學(xué)實驗和空間研究工作。它可以把人造衛(wèi)星從地面帶到太空去釋放，或把在太空失效的或毀壞的無人航天器，如低軌道衛(wèi)星等人造航天器修好，再投入使用，甚至可以把歐空局研制的“空間實驗室”裝進艙內(nèi)，進行各項科研工作。 航天飛機的飛行過程大致有上升、軌道飛行、返回三個階段。起飛命令下達后，航天飛機在助推火箭的推動下垂直上升，直至進入預(yù)定軌道，完成上升。進入軌道后，航天飛機的主發(fā)動機熄火，由兩臺小型火箭發(fā)動機控制飛行。到達預(yù)定地點后，航天飛機開始工作。航天飛機完成任務(wù)后，便開始重新啟動發(fā)動機，向著地球飛行。進入大氣層后，航天飛機速度開始放慢，并像普通滑翔機一樣滑翔著陸。 美國所有的航天飛機均由羅克韋爾公司制造，每架航天飛機都根據(jù)具有科學(xué)和探索影響力的艦船命名。 企業(yè)號（OV-101） 企業(yè)號航天飛機從1974年6月開始建造。不過一年之后，NASA開始開發(fā)哥倫比亞號，后者的尾翼設(shè)計更容易上天。1976年9月17日，企業(yè)號正式推出。NASA原計劃先將企業(yè)號用于“返回及著陸”測試。隨后再將其送入太空。然而，測試卻成為這架航天飛機終身的命運。與哥倫比亞號相比，企業(yè)號顯然不具備明顯的優(yōu)勢。不久，NASA選擇讓哥倫比亞號升空。哥倫比亞號發(fā)射后，企業(yè)號仍保留有升空的希望。但是，由于設(shè)計方案的更改，NASA發(fā)現(xiàn)如果把企業(yè)號送上太空，將花費大量的更新資金，還不如更新另一架測試樣機挑戰(zhàn)者號便宜。 在企業(yè)號上，NASA進行了大量的地面和飛行測試。1977年2月18日，并由一架經(jīng)過特別改裝的波音747飛機背負其進行了機載試驗。此外，大量的軌道副系統(tǒng)在還未進入大氣前，都在企業(yè)號上先行測試。20世紀80年代初，企業(yè)號開始退役，除了一部分結(jié)構(gòu)拆卸后用于其他航天飛機之外，它開始了全球巡展。1985年入駐華盛頓的史密斯學(xué)院。挑戰(zhàn)者號升空爆炸解體后，NASA又一度考慮將企業(yè)號改裝升空，最后仍然出于節(jié)省經(jīng)費的考慮，選擇了奮進號。 哥倫比亞號（OV-102） 哥倫比亞號航天飛機的名字來源于第一艘環(huán)繞世界航行的美國帆船—“哥倫比亞”號，它也是世界上第一架進入軌道的航天飛機。哥倫比亞號的成功發(fā)射開啟了美國、乃至全人類的“航天飛機時代”。它的前四次任務(wù)是測試飛行，用于驗證航天飛機設(shè)計的合理性。 哥倫比亞號于1981年4月12日從肯尼迪航天中心首次發(fā)射并執(zhí)行STS-1任務(wù)，服役期間部署了多顆衛(wèi)星。2003年2月1日上午9點，即將返航著陸的“哥倫比亞號”航天飛機發(fā)來一個信息：航天飛機出現(xiàn)了“輪胎壓力”的問題，此后，和控制室徹底失去了聯(lián)系。9點16分，本該是航天飛機著陸的時間。在著陸地點美國佛羅里達州卡納維拉爾的肯尼迪航天中心航天飛機著陸場，指揮大廳內(nèi)的倒計時牌已經(jīng)指向了零，卻依然沒有見到航天飛機的影子。控制室一片沉默，這時，德州傳來信息，有目擊者聽到了上空響雷般的爆炸聲，如火焰燃燒著的殘骸沖向大地。不久，NASA宣布，哥倫比亞號在飛臨得州上空時發(fā)生爆炸，7名宇航員全部喪生。經(jīng)調(diào)查，事故原因是外部燃料箱表面脫落的一塊泡沫材料擊中航天飛機左翼前緣的名為“增強碳-碳”（即增強碳-碳隔熱板）的隔熱板導(dǎo)致隔熱板受損，飛機左翼出現(xiàn)孔洞，因此使得返航時超高溫氣體進入造成航天飛機解體，最終釀成事故。 挑戰(zhàn)者號（OV-099） 挑戰(zhàn)者號航天飛機名字源于英國皇家海軍“挑戰(zhàn)者遠征”中的旗艦——“挑戰(zhàn)者”號，[7]是美國正式使用的繼哥倫比亞號之后的第二架航天飛機，于1983年4月4日進行首次發(fā)射（STS-6任務(wù)）。挑戰(zhàn)者號開發(fā)初期原本是被作為高擬真結(jié)構(gòu)測試體，但在挑戰(zhàn)者號完成初期測試任務(wù)后，被改裝成正式的軌道載具。 1986年1月28日11時38分（美國東部時間），挑戰(zhàn)者號在執(zhí)行第10次飛行任務(wù)時，其右側(cè)固態(tài)火箭推進器（RSB）上一個O形密封環(huán)因低溫而失效，導(dǎo)致一連串連鎖反應(yīng)，在升空后73秒爆炸解體墜毀，機上7名宇航員全部罹難。 發(fā)現(xiàn)號（OV-103） 發(fā)現(xiàn)號航天飛機是肯尼迪航天中心的第三架航天飛機，它的名字來源于十七世紀七十年代英國探險家詹姆斯庫克發(fā)現(xiàn)夏威夷群島時所駕駛的兩艘船中的一艘，另一艘為“奮進“號，是另外一架航天飛機的名字。于1984年8月30日進行了首次飛行（STS-41-D任務(wù)）。 發(fā)現(xiàn)號從其他航天飛機中吸取了許多經(jīng)驗，在首飛時，它比哥倫比亞號輕6,870磅；發(fā)現(xiàn)號和挑戰(zhàn)者號曾進行過KSC改裝，以使其能夠運載“人馬座”的最上端一節(jié)。改進包括加裝外部管道，以為“人馬座”注入或排出推進劑，并且在航天飛機的后機身進行監(jiān)視和控制。實際上，由于將裝滿燃料的“人馬座”作為航天飛機的載荷過于危險，這項工程并未能實施。 1990年，發(fā)現(xiàn)號把哈勃空間望遠鏡送上了太空，這是迄今為止人類歷史上最重要的科學(xué)項目。除發(fā)射哈勃空間望遠鏡外，發(fā)現(xiàn)號還是NASA的太空探測急先鋒。挑戰(zhàn)者號和哥倫比亞號2架航天飛機分別于1986年和2003年發(fā)生事故。兩次挫折后，NASA需要選擇一艘“重新起飛”的飛船，以重振航天飛機事業(yè)，這兩次，都是發(fā)現(xiàn)號擔當重任。1994年，俄羅斯航天員謝爾蓋·康斯坦丁諾維奇·克里卡列夫成為第一個駕駛美國航天飛機的俄羅斯航天員。 亞特蘭蒂斯號（OV-104） 1985年4月9日，亞特蘭蒂斯號航天飛機交付肯尼迪航天中心，其建造耗時僅為哥倫比亞號的一半。1985年10月3日第一次飛行就承擔了美國國防部的秘密行動——將兩顆軍用通信衛(wèi)星送入地球同步軌道。1995年6月29日，執(zhí)行STS-71任務(wù)的亞特蘭蒂斯號與俄羅斯和平號空間站成功對接，這是美國航天飛機首次與該空間站對接，也是美俄飛行器首次以對接方式聯(lián)合飛行，在那5天中，美俄航天員首次在太空中進行了互換。而這恰恰是美國第100次載人航天飛行。 2009年5月11日，亞特蘭蒂斯號將7名航天員送上太空維修哈勃空間望遠鏡。這是NASA最后一次派航天員維修“哈勃”。25年中，“亞特蘭蒂斯”號7次前往和平號空間站，11次造訪國際空間站，是執(zhí)行國際合作項目最多的航天飛機。 奮進號（OV-105） 奮進號航天飛機名字來源于18世紀英國著名探險家、航海家和天文學(xué)家詹姆斯庫克的一艘船，于1992年5月7日執(zhí)行首次飛行任務(wù)（STS-49）。由于幾乎每一次升空的任務(wù)都不盡相同，因此，奮進號航天飛機設(shè)計時就突出了任務(wù)適應(yīng)性?？罩?51,205磅，裝發(fā)動機后重172,000磅。 奮進號采用了許多新技術(shù)擴展其能力，大多數(shù)這些被驗證成功的技術(shù)和設(shè)備都又被安裝到了其他的航天飛機上。如直徑40英尺的減速傘，可縮短著陸滑跑距離1000到2000英尺；擴展續(xù)航時間的線路和管道使其具有執(zhí)行長達28天任務(wù)的能力；改進的航空電子儀器包括通用計算機，增強的慣性儀器和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，恒星追隨系統(tǒng)，改進的前輪操縱系統(tǒng)；還加裝了新型輔助動力系統(tǒng)，可用于驅(qū)動航天飛機的液壓系統(tǒng)。 蘇聯(lián)航天飛機 暴風雪號（Буран） 蘇聯(lián)的暴風雪號航天飛機外型與美國航天飛機相似，機身全長40米，高16米，機身直徑5.6米，翼展24米，有效載荷貨艙直徑4.7米，長18.3米，可將30噸載荷送入低軌道，能運回20噸貨物，比美國航天飛機的貨艙稍大一點。航天員艙容積70立方米，可供2至4名航天員使用，另外有6個座位，其中除機長、駕駛員外，還有衛(wèi)星維修人員2名，機械手操作員1名，科研人員2至3名。全機起飛總重105噸。 盡管蘇聯(lián)的暴風雪號在研制過程中參考了美國的航天飛機，但仍有其自身的特點： （1）與能源號運載火箭是相互獨立的，無需在軌道器上外掛貯箱和助推器一起點火發(fā)射，從而使用時受限制較少。 （2）沒有主發(fā)動機，只在尾部裝了兩臺小型入軌發(fā)動機。這樣大大降低了航天飛機的發(fā)射重量，節(jié)省了有效空間。 （3）由于尾部只裝有兩臺小型發(fā)動機，因而進場著陸相對比較容易，橫向機動距離較大，據(jù)稱可以在緊急情況下進行二次著陸。 （4）能源號運載火箭各級全部使用液體推進劑，通過適當?shù)墓收戏雷o措施可以保證在助推器或芯級中任一個發(fā)動機產(chǎn)生故障的情況下，火箭能繼續(xù)飛行。 （5）在大氣層滑翔時，可以像普通飛機那樣借助副翼、操縱舵和減速板來控制。 （6）機翼形狀略有不同。美國采用圓弧線型，蘇聯(lián)航天飛機機翼則棱角分明，加工比較簡單。 （7）裝有計算機控制的自動飛控系統(tǒng)，首飛時即實現(xiàn)無人自動軌道飛行。這樣在作為空間站服務(wù)工具時，可以實現(xiàn)無人貨運發(fā)射，從而減少對航天員生命的威脅。 （8）蘇聯(lián)航天飛機的表面防熱系統(tǒng)與美國航天飛機軌道器有所不同?！氨╋L雪號”表面用38000塊由特別細的玻璃纖維和碳碳復(fù)合材料構(gòu)成的輕型耐熱陶瓷片覆蓋，可承受2000℃的高溫。 暴風雪號航天飛機的飛行程序是：航天飛機首先被推力為3550噸的“能源”號運載火箭推到亞軌道速度之前，第一級液體火箭發(fā)動機脫離，然后，在160公里高度時，啟動自身的發(fā)動機，將航天飛機推到軌道速度。這時，主發(fā)動機和大型燃料箱把航天飛機送到可能進入軌道的高度后，即脫離航天飛機，同時再次啟動機上發(fā)動機，使之達到260公里的圓軌道。返航著陸情況與美國航天飛機一樣，著陸速度為340公里/每小時，地面滑行距離1100至2000米，需要彈出減速傘。 1988年11月15日，蘇聯(lián)用能源號運載火箭將無人駕駛的暴風雪號航天飛機送入250千米高的預(yù)定圓形軌道，前后用了47分鐘的時間。能源號首先將暴風雪號送入亞軌道，然后由航天飛機上的兩個小型機載發(fā)動機繼續(xù)推進，進入軌道。暴風雪號自動繞地球飛行兩圈，在軌道上運行3小時后，按預(yù)定計劃于當天9時25分受控返回地面，準確降落在距發(fā)射場12千米外的機場。航天飛機歷史上的首次不載人自動軌道飛行獲得圓滿成功。 1989年以后，由于蘇聯(lián)內(nèi)部社會嚴重動蕩、經(jīng)濟狀況每況愈下，航天飛機載人計劃一推再推。在極其艱難的情況下，1991年計劃載人的小鳥號航天飛機（俄語：Птичка，意為“小鳥”）進行了地面實驗。隨著8·19事件以及蘇聯(lián)解體，原來的航天計劃被蒙上了一層陰影。蘇聯(lián)解體后，俄羅斯經(jīng)濟狀況不佳，維持和平號空間站的運行已經(jīng)力不從心，再無力繼續(xù)航天飛機計劃。除經(jīng)濟原因外，進入20世紀90年代后航天飛機的實際用途也不明確。正像一位前蘇聯(lián)專家所說的：“可重復(fù)使用的航天器思想，無疑是很先進的，但在我們的航天計劃中，還從沒有一個有效載荷超過25～30噸的。“暴風雪”號就像一輛重型卡車在高速公路上空車奔跑。”由于經(jīng)費及使用目的不明確等原因，1993年6月30日，葉利欽政府正式?jīng)Q定中止航天飛機計劃。 由于“暴風雪”計劃是蘇聯(lián)為了與美國進行太空軍備競賽而開展的，因而在蘇聯(lián)解體后不久此計劃也宣告正式終結(jié)，殘存的設(shè)備劃歸給蘇聯(lián)拜科努爾太空中心所在地哈薩克斯坦擁有。 "暴風雪"計劃中實際已開始建造共五架航天飛機，但是只有第一架暴風雪號（Buran 1.01）實現(xiàn)了真正順利發(fā)射升空與回收，而包括二號機小鳥號（Буран 1.02，即Buran 1.02）、三號機貝加爾號（Буран 2.01，即Buran2.01）在內(nèi)的其他幾架全都是以未完成的姿態(tài)停止建造。 蘇聯(lián)航天飛機與美國航天飛機最大的不同，是其具有像普通噴氣式飛機一樣自由起降的能力。美國的航天飛機，從試驗性的企業(yè)號到后來的奮進號，在尾部都擁有幾個碩大的火箭自主推進器噴管。而БТС-002并沒有在尾部安裝主推進引擎，除了兩具用于調(diào)整軌道姿態(tài)的小型推進引擎外，БТС-002則裝有四臺渦輪噴氣發(fā)動機（而首架發(fā)射升空的暴風雪號則是兩臺）。這一獨特的設(shè)計使蘇聯(lián)的航天工程師們堅信，暴風雪的安全性與整體機動性要大大高于美國航天飛機（即在發(fā)射時遇到事故可以及時脫離火箭并自主降落，在地面著陸遇到突發(fā)情況時亦可以做二次飛行）。而相比美國航天飛機，暴風雪號的體量更大，貨艙更為寬敞，其總體效費比亦在美國之上。 由于此次任務(wù)是無人駕駛，所以機上并未安裝生命保障系統(tǒng)，也沒有為操控臺安裝軟件。升空之后，暴風雪號用了206分鐘圍繞地球兩周。在返回地球時，暴風雪號安全地在拜科努爾航天中心的跑道上進行了自動降落程序。美國航天飛機需要人工控制著陸，相比之下，暴風雪號則擁有全自動著陸系統(tǒng)，且在首次測試中獲得了很好的降落精度（距離預(yù)計降落位置僅相距10m）。實際上，迄今為止能夠做到航天飛機完全自動地在地面跑道上精確著陸的國家只有蘇聯(lián)。 雖然暴風雪號的首秀比美國首架成功發(fā)射的航天飛機哥倫比亞號晚了8年之久，而且整個發(fā)射任務(wù)僅持續(xù)了兩個多小時，很多技術(shù)細節(jié)還不盡完善，但此次成功的發(fā)射至少證明在航天飛機領(lǐng)域，蘇聯(lián)的航天科研實力完全不遜于美國，并且完全有能力后來居上。 二者之間的最大區(qū)別是美國航天飛機由軌道器、外貯箱和固體助推器組成。[1]而蘇聯(lián)航天飛機本身未裝備主發(fā)動機，因而只是航天器，不是運輸器，需借助能源號火箭才能送上太空。 蘇聯(lián)航天飛機的設(shè)計既有利也有弊，因為沒有主發(fā)動機，所以暴風雪號可攜帶更多的有效載荷，但發(fā)射它的能源號是一次性使用運載火箭，故主發(fā)動機不能重復(fù)使用，這看上去似乎不太經(jīng)濟，然而能源號火箭還可以發(fā)射別的航天器，用途范圍廣。蘇聯(lián)航天飛機上雖沒有主發(fā)動機，但由于安裝了2臺小型發(fā)動機，所以著陸時如果第一次著陸失敗，還可以拉起來進行再次著陸，安全系數(shù)較高。美國航天飛機只能靠無動力滑翔著陸。鑒于美國挑戰(zhàn)者號的慘痛事故，蘇聯(lián)航天飛機增設(shè)了逃逸系統(tǒng)并決定先進行無人飛行。而美國與其相反。 美蘇航天飛機均裝有機械臂，美國的機械臂可回收軌道上的衛(wèi)星和釋放衛(wèi)星進入空間，蘇聯(lián)的機械臂僅能用于把和平號空間站的1個對接口上的專用實驗艙移到另一個對接口上。[25] 美國航天飛機的著陸速度為213~226千米/小時(使用減速傘)；蘇聯(lián)航天飛機的著陸速度為310~340 千米/小時，不難看出，在此方面美國優(yōu)于蘇聯(lián)。但美國只有卡納維拉爾角的一座發(fā)射臺能發(fā)射航天飛機，而蘇聯(lián)在拜科努爾建有3座能發(fā)射航天飛機的發(fā)射臺，即當一座發(fā)射臺出現(xiàn)故障時并不影響航天飛機的發(fā)射。 蘇聯(lián)航天飛機一開始就設(shè)有與空間站對接裝置，原計劃在第2次飛行時就與和平號空間站對接。而在1995年以前，美國還沒有空間站，故其航天飛機沒有安裝對接裝置，在此期間均是獨自飛行執(zhí)行各種任務(wù)。后來，為了與和平號空間站對接，才增設(shè)了對接裝置。 飛行事故 1986年美國挑戰(zhàn)者號升空爆炸 1986年1月28日，天氣雖然晴朗但極冷，夜間溫度下降了20度。管理組官員讓工程師評估這種零下3度的溫度對“挑戰(zhàn)者”號航天飛機發(fā)射是否會造成影響，評估結(jié)果認為沒有嚴重問題。因此決定繼續(xù)倒計時并向外燃料貯箱加注燃料。固體火箭助推器承包公司的工程師們始終堅持反對在低溫環(huán)境下發(fā)射，羅克韋爾公司也認為發(fā)射臺上有冰凌，這時發(fā)射不安全?！碧魬?zhàn)者”號在這種情況下仍發(fā)射升空, 在起飛73秒后發(fā)生爆炸，7名航天員全部遇難。發(fā)射后110秒時安全控制人員將固體火箭助推器炸毀 根據(jù)“挑戰(zhàn)者”號事故調(diào)查委員會的研究，引發(fā)“挑戰(zhàn)者”號航天飛機爆炸的直接技術(shù)原因是右則固體助推器一個O型密封圈因低溫失效。在“挑戰(zhàn)者”號升空后不久，右側(cè)固體助推器后接合部因段體膨脹而略有變形（此屬于正?，F(xiàn)象），由于環(huán)境溫度過低，O形密封圈彈性變差，沒有達到它原來密封的位置。密封性變差使接合部靠近外貯箱的部位發(fā)生蒸發(fā)物泄漏。很快，灰色蒸發(fā)物變成濃黑的煙霧，這表明接合部密封部位的潤滑劑、絕熱材料和O形密封圈已受到燃氣的燒蝕。當主發(fā)動機加大推力時，接合部出現(xiàn)了火舌。大約在起飛15秒鐘時，火舌已發(fā)展成連續(xù)的清晰的羽焰。遙測數(shù)據(jù)表明，這時兩個助推器燃燒室的壓力不一致，右側(cè)較低，說明接合部的泄漏在加大。在此后的3秒鐘，這個火焰成了一個高熱的噴燈，對著外貯箱燒烤，外層絕熱層很快燒壞，接著又燒向鋁蒙皮。當鋁蒙皮也被損壞后，急劇冒出的氫氣立刻被點燃并向后順氣流沖擊。液氫貯箱的進一步破壞、右側(cè)助推器的擺動撞擊著液氧箱，巨大的沖擊力使液氧箱底部撞壞。就在這一瞬間，大量氫氧混合物釀成巨大的爆炸。此時“挑戰(zhàn)者”號的高度約14千米，速度達到M1.92。爆炸形成的超音速擴散的氣團給“挑戰(zhàn)者”號造成20倍重力的沖擊，使之解體四散。 2003年哥倫比亞號返航解體 2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在結(jié)束了為期16天的科學(xué)實驗任務(wù)之后，在返航途中解體，7名航天員喪生。 2003年8月26日，美國“哥倫比亞”號航天飛機事故調(diào)查委員會，公布了有關(guān)“哥倫比亞”號失事原因的最終調(diào)查報告。報告指出，導(dǎo)致“哥倫比亞”號發(fā)生事故的直接技術(shù)原因是：航天飛機發(fā)射升空81.7秒后，由于外部燃料箱外表面脫落的一塊泡沫材料的撞擊，導(dǎo)致了航天飛機左翼前緣的熱保護系統(tǒng)形成裂孔。航天飛機重返大氣層時，超高溫氣體得以從裂孔處進入“哥倫比亞”號機體，造成航天飛機最終解體。 “哥倫比亞”號航天飛機事故調(diào)查耗資2000萬美元，報告長達248頁，涉及調(diào)查人員多達2.5萬名。調(diào)查人員在得克薩斯和路易斯安那州收集了8400多片殘骸，相當于整個飛機的38%。通過把它們拼裝起來，調(diào)查人員做出了上述結(jié)論。 航天飛機計劃終止 美國政府在奧巴馬上臺之后叫停了新的登月計劃，開始將太空探索的目光投向火星，對于服務(wù)于近地軌道的航天飛機來說已經(jīng)沒用武之地。與此同時航天飛機投入使用后并未達到原先預(yù)想的目的。因此2010年，由16個國家的科學(xué)家參與的國際空間站基本建成時，美國決定放棄“航天飛機”計劃。另外，過高的運營成本和過低的安全系數(shù)亦是航天飛機被退役的主要原因。 安全系數(shù)低：5架航天飛機2架爆炸，14名宇航員因此喪命 航天飛機由于重復(fù)使用，因此其技術(shù)難度大、系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜、零部件更容易耗損，從起飛、上升、軌道運行，再入大氣層直到返回著陸過程中，需要經(jīng)受各類極度嚴酷的環(huán)境。航天飛機的弱點是在使用中逐漸暴露出來的，它的系統(tǒng)遠不止將載人飛船和運載火箭兩者單純相加那么簡單。單次運行成本過高時，風險也不容忽視，發(fā)射頻率從計劃中的每年24次下降到5次。而航天飛機的事故率非常高，美國的5架航天飛機中，有2架在執(zhí)行任務(wù)時候發(fā)生了爆炸、解體，有14位宇航員為此喪命。而與火箭、飛船等一次性飛行器不同，航天飛機的火箭發(fā)動機需要多次重復(fù)使用，壽命期間的總工作時間累計長達數(shù)小時之久，這也為其執(zhí)行任務(wù)帶來安全隱患：隨著飛行任務(wù)的增加勢必有更多的潛在危險。 發(fā)射成本高：飛行一次耗費5億美元，超過設(shè)計預(yù)期近百倍 美國共研制并投入使用五架航天飛機，每架研發(fā)費用20億美元，總共發(fā)射一百多次，每飛行一次費用高達5億美元，返回后還要進行大量費時費力的檢修，這讓美航天局的財政不堪重負。盡管提出航天飛機的初衷是為了降低整個載人航天研制和發(fā)射過程中的花銷，但是美國人在執(zhí)行這一計劃的過程中卻發(fā)現(xiàn)真實情況并非如此。早先有數(shù)據(jù)顯示從1985年到1988年10月間，航天飛機的發(fā)射價格增加了85%，即每次發(fā)射費用飆升到9000萬美元。這筆花費完全違背了NASA最初設(shè)計航天飛機的預(yù)算。NASA在確定航天飛機的結(jié)構(gòu)布局時，曾估計航天飛機發(fā)射費用為每斤100美元，每次發(fā)射費用不超過600萬美元。 盡管NASA采取了種種措施節(jié)約開支，但研制費用還是連年超支。1978年9月，NASA宣布航天飛機的研制費用可能比原計劃增加8%-9%。1980年4月，NASA透露整個航天飛機計劃費用將增加到89億美元。這種情況下NASA只得一再向國會申請繼續(xù)增加撥款，而當時的卡特政府考慮航天飛機對國家安全有利，對科學(xué)研究和商業(yè)開發(fā)也有很高價值，因此對追加經(jīng)費基本不持異議，所以航天飛機計劃的費用才得以解決。此外，航天飛機的著陸場與發(fā)射場相距甚遠，每次降落后要用大型客機運回發(fā)射場檢修，額外增加了成本。這些情況都超出了NASA最初的美好預(yù)期，這表明航天飛機經(jīng)濟效益大打折扣。 航天飛機老化速度遠超預(yù)期，飛行任務(wù)被迫大幅縮水 在航天飛機的使用中，NASA發(fā)現(xiàn)同研制和發(fā)射費用一樣，航天飛機的維護和運行費用也在直線飆升。比如1984年航天飛機一次飛行的花費為1.5-2億美元，而在商業(yè)發(fā)射中可以得到的最高補償僅為7100萬美元。最重要的是NASA發(fā)現(xiàn)，用航天飛機發(fā)射衛(wèi)星，比使用火箭發(fā)射衛(wèi)星的費用還要多。因此，1988年之后，NASA決定不再承攬商業(yè)載荷的發(fā)射任務(wù)，每年航天飛機飛行次數(shù)減為9次左右。按照計劃美國的航天飛機壽命最多為20年，每架應(yīng)飛行100次。而截至到目前，5架航天飛機加起來飛行了才132次，其中2架在飛行中爆炸，2架已嚴重超期限服役。 航天飛機的老化程度比預(yù)期的要快，盡管執(zhí)行任務(wù)的次數(shù)比預(yù)期減少了近1/4，但航天飛機破損、老化加劇，每次的維修費用也非常昂貴。特別是2003年哥倫比亞號航天飛機墜毀事故發(fā)生后，對防熱瓦的檢查費用增加了。而發(fā)現(xiàn)號自1984年首飛以來小狀況頻發(fā)，燃料箱隔熱泡沫脫落、外部燃料箱的液態(tài)氫傳輸管泄露等，都導(dǎo)致每次執(zhí)行任務(wù)前加強檢查和維護，以至于任務(wù)一拖再拖。 對于航天飛機時代的結(jié)束，中國戰(zhàn)略導(dǎo)彈與運載火箭技術(shù)專家、長征三號甲系列運載火箭總設(shè)計師、中國工程院院士龍樂豪認為，它意味著一個階段的終止，但也意味著一個更高起點的開始。

航天飛機組件示意圖

美國建造使用過的五架航天飛機

航天飛機在太空中打開貨艙