作者：刘进军
出版社：航空工业出版社
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世界航天科普：最后一个航班航天飞机试读：
前言
航天，20世纪人类最激动人心的科学探索行动。20世纪50年代末，苏联、美国的许多航天专家不但是伟大的科学家，还是著名的科普作家，由于他们，使得航天知识深入人心，增强了人们的凝聚力和爱国心。美国国家航空航天局（NASA）表示：要让NASA一词在人们茶余饭后常常挂在嘴边。
航天科学、生命科学和信息科学是人类最伟大、最尖端的科学。中国航天事业已进入快速发展时期。然而，在美国斯坦福大学校园，一位教授不解地问：你们中国的火箭从哪里买来的？在我国江南一所漂亮的小学里，高年级学生在上科学课。老师问：第一个登上月球的人是谁？学生们异口同声地答道：杨利伟。我国航天知识的普及任重道远。《世界航天科普丛书》以弘扬科学、追求真理、普及航天科技知识、启发想象力与创造力为宗旨，以航天文献、史料为依据，介绍了各国航天发展史和各种航天器，体现智慧与科技的力量，力图激起科技强国、勇攀科技高峰的雄心，增进国家富强、跻身航天强国的信心。
本丛书主要介绍了航天运载器、卫星及航天器，由运载火箭、人造卫星、宇宙飞船、空间探测器、空间站、航天飞机等六部分组成。以讲故事的形式，将航天科技知识娓娓道来，通俗易懂，引人入胜，其间穿插许多惊心动魄的事件，有的还是第一次展现在读者面前；精心挑选的近千幅图片，使人浮想联翩。
从梦想到理想，从地球到太空。从苏联发射人类第一颗人造卫星，航天器好像是从哈利·波特的魔法学校出来的一样，变幻出各种功能强大、造型不同、惊艳绝美的太空精灵。梦想照耀太空。地球静止轨道概念的提出者克拉克曾说：“任何非常先进的科技，初看都与魔法无异。”本丛书如能激发读者想象、渴望和愉悦，作者将无比感激。
本丛书在编写时参考了俄罗斯航天局、美国国家航空航天局、欧洲空间局、日本宇宙航空研究开发机构、中国航天局、印度空间组织、中国运载火箭技术研究院、美国劳拉空间系统公司、美国洛克希德·马丁公司、美国波音公司、美国太空探索技术公司、美国缩尺复合材料公司、欧洲航空防务与航天公司等机构和公司的网站相关内容及相关资料，在本丛书出版之际，特向他们以及所有提供素材的单位，航天、火箭专家和杨星豪老师表示感谢。
本丛书将高科技知识科普化，必定存在疏漏和错误，敬请读者批评指正。
作者
2012年6月于杭州
不可能的任务
国家秘密
美国得克萨斯州的休斯敦市东南部有一个很大的湖，湖水清澈，碧波荡漾。1960年，在美丽的湖畔，有几个人正东张西望，指指点点，还不时凑在一起商量着什么。“不许动，举起手来！”一名全副武装的警察喊道。他双手紧握左轮手枪，好似西部牛仔的样子。“我们是好人，先生。”“你们也许是好人，但请举起手来！”
那几个人不但不举手，还向警察走来。“别动，不然老子的枪就要走火了！这不是演习。”那几个人只好跟着警察来到警察局。警察问“你们来这里干什么？”“这是国家秘密。我们不能告诉你。”他们回答。“你还是总统派来的呢？！哈哈哈！你们来这里干什么，老实说！”
那几个人说：“如果我们告诉你，你可能去监狱。”“只有我送别人进监狱，还没有人敢送我进监狱。”警察笑道：“听你们的口气，你们好像真是总统派来的。别跟我玩这一套！”“伙计，如果您愿意进监狱，那请您接通白宫电话，号码是202-456-1110……”“哦，上帝！真的是总统。”这个小警察吓坏了。1961年9月，美国国家航空航天局局长詹姆斯·韦布宣布：美国航天指挥中心地理位置已经选定：那就是得克萨斯州的休斯敦。航天指挥中心由美国陆军工程兵部队建造。局长韦布说：“这里的警察太敬业了。我们感到很安全。”听说，这个小警察并没有进监狱，后来还当上了警察局长。当时的选址小组对23处候选地进行了评估，休斯敦的人文地理情况给他们留下了深刻的印象，最终选定这里。
休斯敦市是得克萨斯州的最大城市，是美国重要的工商金融中心，也是世界著名的航天中心。新的航天中心以老总统约翰逊的名字命名——约翰逊航天中心。在这个好听的名字背后，有许多勇敢的故事，也有许多美丽的悲伤。
太空探索的先锋
我们在电视、电影、杂志、报纸上经常会看见一个标志：NASA。这是美国国家航空航天局的英文缩写。美国国家航空航天局，是美国航天事业的管理部门，是世界航天事业、太空探索的先锋。太空城的运载火箭
位于休斯敦市的约翰逊航天中心由研究中心、飞行指挥控制中心、宇航员训练中心以及大型展览馆四部分组成。约翰逊航天中心负责美国载人航天飞行设计、研制试验、宇航飞行、飞行器制造、太空科学研究、宇航员培训和航天飞行指挥等。约翰逊航天中心领导航天飞机和国际空间站的研制、飞行工作，还直接指挥、控制佛罗里达州肯尼迪航天中心的发射活动。该中心有“太空城”的美誉。
约翰逊航天中心的研究中心负责航天器和空间科学的各项任务。这里分工明确、合作紧密，每一位研究人员都是各自领域里的佼佼者。飞行指挥控制中心有许多飞控室，科学家和工程师在里面盯着大屏幕上令人眼花缭乱的数据，指挥航天器的运行。如果倘徉在宇航员训练中心，你也许会遇上一张熟悉的面孔，好像在哪儿见过呢。这是哪位宇航员呢？
约翰逊航天中心有世界上最大的航天展览馆。每天，来自世界各地的游客络绎不绝，坐旅游车参观火箭、卫星、宇宙飞船、深空探测器、航天飞机和空间站等航天器的外观和内部结构；亲手抚摸从太空返回的卫星、宇宙飞船，或者与航天飞机模型合影；还可以钻进宇宙飞船及造型各异的太空舱；在立体影院体会乘火箭飞天、在太空俯瞰地球的惊险感觉。
太空城里的中央控制室、风洞试验室等非常专业，有专门的电子介绍。在失重馆的太空舱，参观者可以穿上宇航服，体验宇航员失重状态下的工作和生活。宇航服是高科技产品，据说每件的价格都在300万美元以上；摸着宇航服、月球车、“阿波罗”号飞船，能感觉到高科技的力量。那里有第一个登上月球的宇航员阿姆斯特朗穿过的的宇航服；1986年“挑战者”航天飞机遇难女宇航员麦考利夫曾穿过的宇航服。阿姆斯特朗穿过的宇航服麦考利夫穿过的宇航服
休斯敦市的许多酒店、宾馆、街道、大楼、学校，甚至人名都以“太空”、“宇航”、“卫星”、“飞船”、“火箭”等命名。篮球明星姚明也愿意加盟“休斯敦火箭”篮球队。休斯敦市有一种烤鸡很好吃，名字叫“火箭发动机”，还有一种面包圈，叫“飞船残骸”。在展览馆里可以买到各种航天器的模型、徽章，甚至各种小宇航服。如果运气好的话，你能和宇航员合影，亲耳聆听宇航员讲述有关太空有趣的、惊险的故事。
约翰逊航天中心为美国的航天事业做出了重要贡献。美国许多举世瞩目的航天飞机，都是在这里研发、飞上太空的。约翰逊航天中心完成了一个个不可能完成的任务。
科幻还是科学
科学家曾断言有十大不可能的科学任务，分析恒星组成列为第一，制造重于空气的飞行器列为第三，进入太空列为第四，远距离传物列为第十。这些富有强烈科幻色彩的事情是不可能办到的，是不可能的物理学。
1842年，法国哲学家奥古斯特·孔德这样描述恒星：“我们永远不可能了解它们的内部结构，不可能了解它们的大气层如何吸收热量。”他这样评价行星：“我们永远不会知道它们的化学或者矿物学结构，更不要说了解生活在那里的生物了。”事实证明这位哲学家的话是错误的。后来，人们确定出太阳的每一种化学元素，进而发现恒星组成成分。
100年前，许多科学家和工程师曾自信地断言，比空气重的东西，是不可能飞行的。英国有人还声称，“不可能制造出重于空气的飞行器”。1903年，莱特兄弟的世界第一架带动力载人飞机飞行成功，证明以前的论断是多么荒谬可笑。
从大气飞行到太空飞行是一个很大的飞跃。很长时间以来，将任何物体送入太空和人类进入太空的想法，都被视为幻想、荒谬和无稽之谈。科学家也被视为傻子、疯子。然而，科学进步的步伐是阻挡不住的。俄罗斯的齐奥尔科夫斯基和美国的戈达德在宇宙航行方面开拓性的研究，为人类进入太空奠定了基础。1957年，第一颗人造卫星“人造地球卫星-1”号发射升空；4年之后，第一艘载人飞船也进入太空。
科学就是力量。幻想加科学就是成功。曾被认为不可能的十大科学任务，现在都已成为可能和接近可能。
当航天专家提出航天飞机这个概念的时候，有人说：这种飞行器似乎说起来容易做起来难。航天飞机要求更大的动力和更轻的重量。这是很矛盾的，又是一个不可能的科学任务。
不能改变宇宙，但能改变自己
人类早就有飞天的梦想。由于地球的强大引力，人类被束缚在地球上。随着人类知识的积累，科学技术的不断提高，空气动力学和机械电子工业的发展，航空事业才迅速发展起来，但这仍然只是在地球大气层内活动。
人类不能进入宇宙空间，关键是速度不够。为了脱离地球引力束缚、实现航天飞机升空，必须达到第一宇宙速度，即7.9千米每秒的速度。重量也是限制航天飞机提高运载量和速度的难题。
太阳系是辽阔的。地球与月球的平均距离为38.4万千米，与火星的最近距离为5500～7800万千米。航天器飞向它们的飞行距离很远，利用现有的火箭技术飞到月球和火星分别需要4天和1年左右。太阳距最近恒星的距离达43万亿千米，约4.3光年，以第三宇宙速度飞行需要近10万年的时间。银河系的直径达10万光年，在银河系外还有千亿个河外星系。我们现在可以十分遗憾地说：人类用现在的火箭、以超声速的速度，想冲出太阳系到银河系，到银河系以外的星系去旅行，这是不可能的任务。
怎样在太空自由翱翔呢？怎样战胜时间和距离呢？怎样创造科学奇迹呢？人类不能改变宇宙，但能改变自己。人类只有用力量和速度挑战引力，用智慧与科技战胜时间和距离。人类要创造出更先进引擎、更先进的航天器，才能战胜地球引力，战胜重量与速度，战胜遥远的距离。将来的某一天，人类一定能驾驶达到亚光速或光速的航天器，飞出太阳系，飞出银河系。
太空争霸
宇航历史学家威廉·伯罗斯在撰写“阿波罗”计划时曾说：“这次人类最伟大的探索活动是完全错误的。但这仍然是人类最伟大的冒险，是这个千年的奥德赛传奇。”火箭专家冯·布劳恩说：“我们知道，谁取得太空的领导权，就意味着在地球上取得领导权。”
在冷战时期，美、苏两个超级大国展开的太空竞赛，推动了航天技术的飞速发展。导弹由近程导弹发展到洲际导弹，洲际导弹发展为运载火箭，把卫星、探测器、宇宙飞船、空间站、航天飞机和人类送上太空。
1954年，地球物理学国际会议提出1957～1958年为“国际地球物理年”，建议在此期间发射人造地球卫星。这个建议激起美、苏两国展开了“看谁先把第一颗人造卫星送上天”的竞赛。美国想抢先在1957年9月发射一颗非常小的卫星，结果火箭在发射台上爆炸失败了。苏联用刚研制成功的运载火箭于1957年10月4日，把世界上第一颗人造卫星送入太空。一个月后，苏联又发射一颗生物卫星，把小狗莱伊卡送上天。这一回合苏联战胜了美国。
第二回合的较量是“看谁先把人送入太空”。苏联先于1961年4月12日，用“东方”号运载火箭把加加林送上天，并围绕地球飞行了一圈。加加林成为第一个进入太空的人。美国在1962年2月20日才把格伦送入环球飞行轨道。在这个回合中，美国又输给了苏联。
第三回合的竞赛是“看谁先登上月球”。1961年，美国总统肯尼迪宣布10年之内将把美国人送上月球，再返回地球。这就是历时11年耗资255亿美元的“阿波罗计划”。20世纪60年代，美、苏两国都为登月计划做了大量的准备工作，如研制超大型火箭；发射月球探测器，拍摄月球正面、背面图像，在月球上软着陆等。两国都用载人飞船做空间医学研究；试验机动飞行和航天器的交会对接等。1969年7月16日，美国“阿波罗-11”号飞船飞往月球，阿姆斯特朗第一个踏上了月球。美国终于在人类登月的竞赛中取得了胜利。
空间站是一块美味的大蛋糕。怎样得到这个大蛋糕呢？美苏两国暗暗较劲。苏联以史无前例的速度，建设了8座空间站。其中的“和平”号空间站散发着玫瑰色的光辉，唤起人们对太空的无限遐想。
20世纪80年代，航天飞机飞向太空成为人类的理想。一场新的政治较量、军事竞赛、科技实力的大戏拉开了序幕。
决战卡门线
冲破卡门线
在美丽的阿尔卑斯山下，坐落着一座洋溢着浓郁欧洲风格的城市——瑞士日内瓦。这里制造了世界上最精确、最精美的手表。优美的风光，也吸引了许多国际组织。一个著名的国际组织——国际航空联合会就设在日内瓦。国际航空联合会定义了天空与太空的界线。国际航空联合会以离地面100千米的高度为分界线，称为卡门线。卡门线以内为地球的天空；卡门线以外的空间为太空。实际上，太空和天空并没有明确的边界。
从距地球表面10千米至20千米高度的天空，有浓密的空气，称为浓密大气层。浓密大气层随高度增加，空气越来越稀薄。从地球到100千米的高度，随高度的增加，空气越来越少，直至没有空气。随高度增加，地球引力减少。在接近卡门线的高度时，地球引力为地球表面引力的97%。
在卡门线以外的太空，就是宇宙空间——太空。宇宙在空间上是无限的，在时间上也是无限的。卡门线以外的太空随着高度的增加，地球引力越来越小。那里是真空的世界，没有空气，也没有风。没有空气也就没有光，没有空气也就没有声音。
人类要冲出卡门线，想跳过这个龙门很难，跳过以后还是很难。以往的航天器，最重的也就7吨左右，航天飞机轨道器，连同外挂燃料箱和两台火箭助推器作为一个总系统，其总长度为56.1米、高23.34米、起飞总重量2030吨。它要冲出卡门线，进入太空，谈何容易？但人类别无选择，决战卡门线！
定期往返航班
1969年4月，美国国家航空航天局提出建造一种能适应多次发射，可重复使用，发射成本又较低的天地间的运输工具，一种新的航天器——航天飞机。这就是航天飞机的最初设想。
美国国家航空航天局将航天飞机定义为一个太空运输系统，真名是空间运输系统，英文缩写为STS（Space Transportation System）。按英语的意思可理解为太空穿梭机、定期往返航班等。人们常说的航天飞机，往往只是指那个像飞机一样的轨道器。准确称呼美国的航天飞机，应该包括轨道器、助推器和燃料箱，因为它们是一个空间运输系统。当航天飞机发射，轨道器单独飞行以后，人们习惯地称它为航天飞机也可以。
航天飞机的轨道器长度37.237米，翼展23.79米，高度17.25米，空重78吨左右，总起飞重量110吨，最大着陆重量100吨，低轨道运载能力24.4吨，有效载荷舱尺寸为直径4.6米、长18米，飞行高度190～960千米，飞行速度7743米/秒，即27870千米/时。
航天飞机是一种为穿越卡门线而设计的火箭动力飞机。航天飞机集火箭、飞船和飞机技术于一体。它是一种有机翼、可部分重复使用的航天器。航天飞机由火箭动力发射脱离大气层，作为往返于地球与太空的交通工具。
航天飞机是新型的运载工具，通常飞行在1000千米以下的近地轨道上，可以像飞机一样机动灵活地变换轨道。航天飞机往返于地面与空间，使人类开拓大型空间站成为可能。它负载大、飞行灵活、可在不同的轨道高度飞行，还可以在轨道上发射其他航天器。人们可利用它在空间开展地面上无法进行的科研活动，完成军事任务和新技术的研究。
在太空计划中，航天飞机不仅能胜任上述各种科学任务，还可运载和发射卫星、探测器。当然，无论任何人，只要肯花钱，就有可能到太空去旅行或去做试验。奇妙的太空之旅，激发了人类对未知宇宙的探索愿望。
航天飞机具有4种本领：能像火箭一样起飞；能像宇宙飞船一样进入轨道，围绕地球飞行；能像普通飞机一样在大气层滑翔并着陆；能够重复使用。航天飞机时刻准备着，应付太空中的突发事件；对不友好的航天器进行监视、破坏；发射各类航天器。航天飞机的发射费用很高。
航天飞机太神了。它集中了火箭、飞机和宇宙飞船的优点。
太空起跑
飞机与航天飞机有什么区别呢？飞机与航天飞机轨道器长得很像，而且都有一对宽大的翅膀。绝大部分飞机没有本领超过距地面100千米的卡门线，只能在卡门线以下的空中飞行。航天飞机能在空中和太空中飞行。
航天飞机能垂直起飞、水平着陆。特别是航天飞机在发射时，与普通飞机完全不同，而在返回时与普通飞机一样在机场降落，但要借助减速伞减速。
航天飞机能冲破卡门线，在大气层外飞行。它使用火箭发动机，燃料和氧化剂要自身携带。航天飞机升空和返回再入大气层时，温度极高，防热技术非常复杂。
航天飞机与宇宙飞船有什么不同呢？航天飞机与宇宙飞船是太空飞行的哥儿们。它们在同样的太空飞行，但有不一样的身影。
航天飞机与宇宙飞船都来往于地面和太空之间，运送宇航员和货物，都在太空自由翱翔。它们作为运输工具，运送了一批又一批宇航员、各种仪器设备以及补给用品。
航天飞机就是一艘有翅膀的太空船。航天飞机与宇宙飞船在外形上最大的不同就是：航天飞机有“翅膀”，宇宙飞船没有“翅膀”。
航天飞机能多次重复使用，宇宙飞船只能一次性使用。宇宙飞船除了返回舱外，飞船在重返大气层中焚毁。
除了外形不一样，在功能上也有很大不同。由于宇宙飞船没有机翼，不能像飞机一样降落地面，只能依靠降落伞在海面溅落或在荒原上着陆。这种着陆方式，对宇航员生命安全有一定危险。它也使飞船成为一次性使用航天器。目前，载人的宇宙飞船最多能运送3人外加几百千克的货物，在太空独自飞行10天左右。宇宙飞船与航天飞机比较
宇宙飞船没有“翅膀”，所以结构相对简单，没有复杂的驾驶控制系统，也没有着陆机构等复杂设备，可靠性和安全性较高。例如，苏联有100多艘载人宇宙飞船上过天，只有2艘飞船发生灾难性事故。
航天飞机有很大的机翼。机翼在回到地球时起滑翔作用，以及在跑道降落时提供稳定性。航天飞机能准确地降落在跑道上，经修整后可以重复使用。
航天飞机从起飞到返回地面的整个过程中，加速和减速都很缓慢，大大降低了对宇航员的身体要求，可把稍加训练的科学家、工程师、医生和教师等送上太空。
航天飞机一般运送7人，最多10人，能将近29.5吨的货物送到近地轨道上去，机体肯定就庞大多了。它能独自飞行10～30天，可满足大型空间站的需求。
美金的无底洞
航天飞机的致命弱点是机身庞大、技术复杂、发射和维修费用很高，特别是发射的费用很高。航天飞机研发需要很大的投入，大约需要100亿美元。美国财政部官员曾抱怨说：航天飞机是个无底洞，我们拿什么去填。
目前发射航天器的运载火箭是一次性使用的。随着有效载荷的成功入轨，运载火箭就结束了它的使命，最终粉身碎骨。因为这个原因，美国才提出研制可重复使用的航天飞机。美国国家航空航天局认为，运载火箭发射航天器成本居高不下，主要原因是它不可重复使用。如果研制一种可重复使用的航天飞机，发射成本高的问题就可以迎刃而解。
运载火箭每次发射时有效载荷，通常是几吨或十几吨。如果能够通过航天飞机一次性将20多吨的载荷送入轨道，那么费用就可降低。
科学家设想：虽然航天飞机研制费用较高，如果发射次数多了，平均费用就降低了。航天飞机发射卫星，费用只是火箭发射的十分之一，效益十分明显。
当航天飞机真正投入研制时，科学家却发现许多关键问题难以解决，最后不得不采取折中措施，将原计划完全可重复使用变成部分可重复使用。这无疑给以后的发射运行增加了成本。另外，航天飞机故障率高、维护使用非常复杂、生产数量比较少，造成每一架航天飞机的成本极高。很多技术难题使原来的设想大打折扣，最后研制成功并投入使用时才发现，真正研制成的航天飞机，不但没有像预计的那样大幅度降低发射成本，反而比火箭成本更高了。
飘渺的太空舞台
1972年1月，美国正式研制航天飞机。1973年，美国国家航空航天局的科学家克服了无数的困难，最终拿出三位一体方案。航天飞机分为三个组成部分：一架可多次使用的飞行轨道器；两个可回收重复使用的火箭助推器；一个不可回收的外挂燃料箱。
美国集中了200多所大学、研究所，几千家工厂，十几万专家、工程师和科研人员，花费了100多亿美元，终于使航天飞机登上太空舞台。
经过5年时间，1977年2月，研制出第一架“企业”号航天飞机轨道器，由波音747飞机搭载进行了机载试验。1977年6月18日，首次载人升空，用飞机驮着飞入空中试飞。8月12日，载人飞行试验圆满完成。1981年，第一架载人航天飞机终于出现在飘渺的太空中。这是航天技术发展史上的又一个里程碑。
在太空这个大舞台上，美国开始跳的是独舞，表演太空华尔兹，独领风骚。不久，苏联也走上舞台，跳了一场高难度的芭蕾舞。苏联也制造了第一架航天飞机。航天飞机冲出卡门线
世界上有许多国家，如英国、德国、法国、日本等都进行过航天飞机的开发、试验。只有美国与苏联成功发射并安全降落。由于苏联解体，苏联的航天飞机由哈萨克斯坦接收，因为没有足够的经费，未能继续航天飞机的研究和飞行。因此，全世界仅有美国的航天飞机在大地与空间飞行。欧洲空间局的“赫尔墨斯”号航天飞机日本的“希望”号航天飞机
突破、完美，没有终点
吓人的脑筋急转弯
美国国家航空航天局聚集了来自各个国家、各种肤色的科学家。他们是非常敬业和严谨的科学家，同时又是一群幻想狂，经常玩脑筋急转弯，甚至将总统玩得团团转。当年，约翰逊副总统听到国家航空航天局的登月建议时，竟被“吓了一跳”。“登月？这简直是吓人的脑筋急转弯。”约翰逊说什么也不同意。但当他知道登月计划能够提高美国的国际形象和国家经济实力，能够提高美国的科技力量时，约翰逊全力支持登月计划。
当美国国家航空航天局的科学家根据里根总统的“星球大战”想法，制订详细计划时，里根总统说：“我喜欢玩脑筋急转弯，但你们的脑筋急转弯太玄了。我喜欢玩星球大战，更喜欢你们的玄虚。”从某种程度而言，美国国家航空航天局实际上是美国的另一个国防部。
美国总统抱怨太空很遥远，花钱太多：美国国家航空航天局这帮疯子总是将最值钱的东西往火里扔。美国国家航空航天局局长说：“同样是往太空扔东西，有的会扔，有的不会扔。”
太空是施展高科技的最佳舞台。什么材料最坚硬？什么东西最柔软？什么东西最不怕火烧？怎样将电器最小化？怎样将无线电传得最远？这些都是美国国家航空航天局专家要研究的。如“阿波罗”登月计划，诞生了3000多项专利，帮助美国成为不可撼动的科技强国，同时也给人们创造了许多先进实用的生活用品。如今的微波炉、尿不湿、吸管、太阳镜、运动鞋垫、鲨鱼泳衣、医院的重症监护室等都是美国航天技术的产品。“阿波罗”登月后，美国波音公司无比风光，它的飞机越来越受人欢迎。因为宇宙飞船不允许带笨重的电脑登月，美国IBM公司制造出了轻薄的笔记本电脑。医院里的B超源自“阿波罗”登月和地球资源卫星的成像技术；哈勃太空望远镜的高灵敏度摄像机技术，现在被用来寻找人体里的癌细胞；建造航天飞机的绝热泡沫材料是最好的人工假肢材料；用探测遥远恒星温度的神奇技术制成的红外温度计，不必放到嘴里，可以在2秒内量出体温。基于航天飞机，科学家创造出几万项专利。科技就是力量！
神奇的智力游戏
1975年，美国的第一架航天飞机试验机——“企业”号在美国罗克韦尔国际公司开始建造。加利福尼亚州洛杉矶郊区的帕姆代尔为主要装配厂。
1978年，航天飞机完成首次试飞。科学家们解决了一系列的技术问题，如宇航员救生、固体助推器回收、轨道器防热、外贮箱的绝热、主发动机的研制等难题。美国总统卡特称赞科学家道：你们玩的是一场神奇的智力游戏。
航天飞机是一个庞大的运输系统，轨道器固定在燃料箱的前部，两个助推器分别固定在燃料箱的两侧。助推器和轨道器大致呈品字形分布。
航天飞机是迄今为止人类所制造的最复杂、最尖端的运载工具。它有庞大而精密的系统，其中包括3500个重要的分系统和200多万个零部件。只要其中任何一个分系统或零部件失灵，都可能导致重大事故。航天飞机总系统的起飞重量达2000多吨，竖起来高达56米，将近30层楼的高度。轨道器的主要结构
飞机一样的轨道器
航天飞机的轨道器由总部位于芝加哥的波音公司和总部位于威斯康星州的罗克韦尔国际公司制造。波音公司曾制造轰炸机、隐身轰炸机、洲际导弹，也制造出世界上第一架喷气客机和第一架涡轮动力直升机。罗克韦尔国际公司当年是美国制造业的巨头，在航空、航天、国防科技等领域走在世界前列。两家公司都是制造飞机的专家。现在，要建造一架既有飞机的特征，又有航天飞行功能的轨道器，面临极多挑战。
轨道器本身类似于一架飞机。它是在太空中围绕地球轨道飞行的航天器。轨道器长约37.23米，高17.25米，翼展宽约23.79米，体积与大型喷气客机相仿。轨道器表面有特殊的防热瓦，可承受1500℃温度，能在轨道高度190千米至960千米之间飞行，一般持续时间10～16天。轨道器可以在再入大气层后像飞机一样水平着陆，可重复使用100次。
航天飞机的轨道器是载人的部分，有宽大的机舱，并分成若干个“房间”。轨道器是整个航天飞机系统的主体，分为机头、机身、机尾三段。机舱内有三层甲板：飞行甲板、中甲板和生命支持系统的底层甲板。
轨道器的分系统非常复杂。它包括23只各种天线、5台中央计算机，各种控制、通信、导航和操纵系统。在机头的上部和侧部、机尾处，共安装了46台推力大小不同的变轨与姿态控制发动机。驾驶员前面的仪器和飞行指南书
精密的驾驶舱
航天飞机的机头分为上下两层，上层为驾驶舱，下层为生活舱，容积72立方米，通常最多容纳7人。当然，如果在生活舱、货舱里面挤一挤，能坐上10个人。
上层的驾驶舱，是航天飞机的大脑。机长的座位在驾驶舱的左边，飞行员的座位在右边。驾驶舱里可以坐4个人。驾驶舱通常设计成驾驶员、副驾驶员都可操作模式。这样在两个座位上都可以驾驶航天飞机，也可以执行单人的紧急返回任务。每个座位上都有手动飞行控制器，包括旋转和转换驾驶杆、方向舵踏板和减速板控制器。
大肚子的机身
有效载荷舱，又称为运输舱、货舱，相当于卡车的车斗。卡车的车斗是长方形，航天飞机的货舱是半圆形，上面还有两个盖子，合拢后就成为半圆形的盖子。货舱装好卫星等有效载荷，盖好盖子，合在一起就是圆柱形的。货舱里面装载了一段空间站舱段
货舱有一个可容纳4位宇航员的睡眠室，里面有食品、服装和冰箱等设施，还有氢氧化锂单人救生器呼吸袋和其他装置、废物管理系统、卫生间、工作桌和餐桌。货舱可以与空间站对接，里面还安装有遥控机械臂，用于搬运货物或进行轨道器检查等工作。货舱两边有10多个外方内圆的舷窗。
货舱很大，长18.3米，直径4.6米。这两个尺寸是根据特定货物尺寸确定的，长18.3米是为了满足美国国防部最大的军事卫星长度，直径4.6米是为了满足装载未来空间站舱段的尺寸。由于货舱很大，所以可以装载发射大型货物，也可以分开装载多个小型货物，包括卫星、科学仪器、航天武器、宇航员等。
按照设计，航天飞机一次发射，最多可将总计29.5吨重的货物送入低地球轨道；返回时，可把14.5吨的有效载荷从轨道上运回。
动力强大的主发动机
轨道器的尾部装有3台液体燃料的主发动机、轨道发动机、机身襟翼、垂直尾翼。航天飞机在发射时，2台助推器发动机、轨道器3台主发动机同时点火，航天飞机缓慢起飞。轨道器主发动机要独立完成入轨的工作。
航天飞机主发动机是航天飞机的最重要部件。3台主发动机为轨道器提供推力，以便脱离地球引力。在发射后，主发动机继续运作8.5分钟左右。航天飞机的主发动机
3台主发动机工作时间，要消耗大量的推进剂。这些液氢液氧推进剂就贮存在燃料箱中。在航天飞机加速时，外贮箱的所有燃料都是在发动机燃烧，从喷口喷出的。喷射速度约为9600千米/时。化学火箭通常的喷射速度在8000千米/时至16000千米/时之间。每次发射时，发动机大约燃烧2分钟，产生约14678千牛的推力，整个燃烧过程的平均推力为11787千牛。3台主发动机消耗外贮箱的燃料，大约燃烧8.5分钟。燃烧期间每台发动机产生1668千牛的推力。主发动机在8.5分钟内，会燃烧掉190万升液态推进剂，相当于烧掉一座大油库。主发动机使用液氢液氧推进剂。
航天飞机发射时速度极快。当固体燃料火箭被抛开后，主发动机提供的推力极大。它能将航天飞机的速度，在6分钟内从4828千米每小时提高到27358千米每小时以上，并进入飞行轨道。
主发动机的燃烧室是用特殊材料制成的，能承受极高的温度。喷出来的火焰不是红色，也不是蓝色、白色，而是无色的。
航天飞机轨道器有近50台大大小小的发动机。为什么要这么多发动机呢？
轨道器在进入轨道时，需要调整轨道和姿态。在与空间站对接时也需要实施轨道调整、机动和调整姿态。因此，要在轨道器的不同部位、不同方向安装推力大小不同的发动机。
轨道器共安装了46台这类发动机。2台轨道机动发动机安装在主发动机两侧，可以持续工作15小时，重复起动1000次。38台调整姿态的发动机，有14台装在机身头部，24台安装在主发动机两侧。这些发动机可重复起动50000次，累计工作时间20000秒。6台游动发动机，可进行50万次起动，工作时间累计可达125000秒，用于精确姿态调整。这些发动机重复起动次数之多、工作时间之长是前所未有的。
耐高温的防热瓦
航天飞机完成任务返回地面，远比升空时的难度与危险性要大。当轨道器返回地球再入大气层时，必须十分精确地调整好姿态和再入角度。由于机身与空气的剧烈摩擦，外部可产生1500℃的高温，如果没有防护装置，飞机将会熔化。所以，航天飞机的外表覆盖有一层大小、形状不同的隔热瓦。隔热瓦又称为防热瓦，是黑色光亮的硅酸盐纤维砖，这些隔热瓦的隔热性能非常好，可保证热量不被传导到飞行器上。机头部分的防热瓦
轨道器的防热要求很严。首先结构不能太复杂、防热系统重量不能太大，还要能多次重复使用。轨道器的机身采用常规的铝合金结构。机身的蒙皮表面安装有高性能隔热瓦。由于轨道器表面不同区域产生的热量不同，温度也不同。
美国航天专家研制了4种隔热瓦。每种隔热瓦的隔热温度不一样。根据航天飞机不同区域承受的温度，安装不同的隔热瓦。隔热最高的是预应力碳碳复合材料，用于机身头部及机翼前面。这里的温度可达1590℃。而这种隔热瓦可承受1650℃的高温。
航天飞机轨道器外表面防热材料总面积为1100平方米，在不同位置粘上不同的防热瓦，共安装了24000块防热瓦，总重约7吨，占轨道器重量的10%。这个比例较以往任何航天器防热系统都低得多。
大力士助推器
航天飞机助推器由总部位于马里兰州的洛克希德公司和马丁·玛丽埃塔公司研制。
洛克希德公司是世界上最大的弹道导弹、运载火箭、运输机、战斗机、雷达、卫星等的军火制造商。马丁·玛丽埃塔公司是化工、航空航天、电子行业的领导者，曾建造过洲际导弹和运载火箭。它们曾合作建造过航天飞机助推器，1995年这两家公司合并为洛克希德·马丁公司。助推器比美国自由女神还高
火箭的燃料与氧化剂是用于推动飞行的，其爆发力、推动力很强。所以，火箭专家把燃料与氧化剂称为推进剂。火箭燃料又分为液体燃料和固体燃料。顾名思义，液体燃料是液体的，如液态氧、液态氢；固体燃料一般是中空颗粒、有柱状、星状，摸上去有点儿弹性。
固体火箭助推器是燃烧固体燃料的火箭。它帮助航天飞机飞上太空，所以称为助推器。助推器下面有一个发动机。助推器的推力越大，能将越重的东西送上太空。
航天飞机的固体火箭助推器是细长的。它由两枚固体燃料的运载火箭组成，直径3.7米，高45米。航天飞机发射时，两个助推器发动机点火，航天飞机起飞。助推器发动机工作的时间很短，只有2～3分钟就脱落了。
助推器脱落时，高度不高，速度不快。推进剂消耗完毕后就很轻，比较容易安全回收。固体火箭助推器用降落伞降落，回收后可重复使用20次。
轨道器的空载质量约78吨。外贮箱的空载质量为35.145吨。每一枚固体火箭助推器的空载质量均为83.25吨，将容纳约504吨燃料。外贮箱装有约54万升液氧，约612吨；145万升液氢，约102吨。航天飞机的轨道器、外贮箱、固体火箭推进器和所有燃料在内的整个飞行器在发射时的总质量为2000多吨。用2000多吨将78吨轨道器送入轨道。轨道器可以承载29.55吨的有效负荷。燃料的质量大约是轨道器的20倍。
巨大的燃料箱
航天飞机燃料箱由位于犹他州的锡奥科尔化学公司和总部位于明尼苏达州的阿联特技术系统公司研制。阿联特技术系统公司以制造导弹、航天、精密引信为专长。锡奥科尔化学公司专攻火箭、导弹推进系统和燃料。
燃料箱就是一个挂在外面的大箱子，所以又称为外贮箱。燃料箱用于贮存液氢和液氧推进剂。它为航天飞机的3台主发动机提供燃料。燃料箱是航天飞机中唯一不可回收的部件。燃料箱个头很大，总高为47米，直径为8.4米，空重35吨，里面装有720多吨液氢和液氧。当这个庞然大物矗立起来的时候，足有15层楼那么高，令人十分震撼。
燃料箱有3个主要部件：氧燃料箱、氢燃料箱和仪器箱。氧燃料箱位于前部，氢燃料箱位于后部，仪器箱位于中部。仪器箱将两个推进燃料箱连在一起，各种仪表和燃料输送设备也在中间的仪器箱里。它身上还有一个挂钩，可将固体火箭助推器前端挂住。
燃料箱有一层特殊的“皮肤”——热保护层。热保护层是一层2.5厘米厚的聚氨酯泡沫涂料。它的作用是将推进剂保存在一个安全的温度，不能太冷，也不能太热。
突破极限 追求完美
航天飞机是迄今为止技术难度最大、技术水平最高的载人航天器。航天飞机起航
美国航天飞机在研制过程中遇到的关键技术有：发射时从亚声速、超声速到高超声速，返回时从高超声速、超声速到亚声速的技术；完全可重复使用、可靠性高、重量轻的先进防热系统技术；大推力、可重复使用、可多次点火、可靠性/安全性高的先进液氢液氧火箭发动机技术；大推力、安全可靠、可重复使用的先进固体火箭发动机技术；先进的信息处理、通信与指挥技术；长寿命、高可靠性、可重复使用的各类小火箭发动机技术；大型低温燃料箱的加工制造以及绝热技术；高可靠性、可长期使用的生命保障系统技术；多种发射中止的安全保障模式，等等。这些还都属于大系统方面的，具体到关键技术就更多了。
最重要的轨道器需要解决的技术难题也很多。最棘手的是主发动机和机身表面防热系统。主发动机的技术和性能要求很高。单台最大推力达到2000千牛，而且要能重复使用100次。发动机的工作时间长达7.5小时。主发动机在起飞过程中，烧掉的推进剂数量很大。高性能的涡轮泵，每秒钟向燃烧室内输送207升液氢和75升液氧。这些高性能要求对结构设计、材料选择、推进剂输送、发动机控制以及加工和制造都是极为困难的。
尽管航天飞机涉及的关键技术很多，但美国国家航空航天局的专家都有一个共同的信念：突破极限，追求完美，没有终点。
航向——东南，偏东
航天多面手
航天飞机是以火箭为动力发射到太空的。东南，偏东，这是航天飞机飞向太空的航向。不论从美国肯尼迪航天中心，还是从苏联拜科努尔航天中心发射场发射，航天飞机都是沿着“东南，偏东”的方向腾飞。安全、快速，也是航天专家永不改变的航向。修理哈勃望远镜
航天专家为航天飞机设计了许多功能，为航天飞机装备了各种设备。航天飞机具有包括卫星、货运飞船、载人飞船和小型载人空间站在内的许多航天器所具备的各种功能。航天飞机很聪明也很能干，是个多面手，同时还能做其他航天器做不了的事情。“在天愿作比翼鸟，在地愿为连理枝。”外国宇航员不知道中国古代的千古绝唱，但他们干着同样的事情，而且干得相当不错。航天专家常把航天器的对接，用中国的“在天愿作比翼鸟”来形容。修理一下自己
航天器的对接主要是用于接送宇航员，运送物品和科研仪器等。另外，两个航天器一起飞行可以更安全、节省燃料。航天飞机可与空间站对接。“亚特兰蒂斯”号航天飞机与“和平”号空间站对接成功
航天器的对接是一项技术要求很高的危险任务。航天器之间的对接要求的精度在一根头发丝之内。当航天飞机飞到空间站下方，与空间站互相发射两条激光束。两条激光束完全对准后，航天飞机慢慢靠近空间站。航天飞机和空间站各有一个卡车轮胎大小的的连接器。这种连接器很像火车的詹天佑挂钩一样，一旦对准就连接在一起。到目前为止，各国的航天器进行过上千次的对接。虽然有一些小碰撞、小摩擦，但至今没有出过大事故。欢迎你——太空握手
航天飞机对接成功后，像一对比翼鸟，在太空中比翼翱翔。宇航员可以通过圆形的连接器，从航天飞机进入空间站。
天使的小窝
航天飞机主要的任务，是为国际空间站运送人员和大量生活用品、科研仪器等，为空间站建设服务。可以这么说，没有航天飞机，就没有国际空间站。建造空间站
宇航员是快乐天使，建造空间站是他们的任务。他们好像一群勤快的小鸟，努力建造温暖的小窝，为将来建造太空城积累经验。
航天飞机的一个主要的功能，就是代替运载火箭，发射各种航天器。它可以完成一般航天器不能完成的任务，如向近地轨道施放卫星，向高轨道发射卫星，在轨道上捕捉、维修和回收卫星等。航天飞机吊起哈勃太空望远镜放入轨道
航天飞机用于卫星发射具有一些优势，主要包括：发射运载能力较大，可发射体积、重量巨大的卫星；可以发射多颗卫星，大幅度节省成本。航天飞机施放卫星很简单，就是从舱内搬到舱外，对准方向放开手就行了。卫星被激活，火箭点火后，卫星自己去寻找轨道。
一般的运载火箭发射卫星最重的仅6吨。航天飞机发射卫星比运载火箭发射卫星方便得多。航天飞机的货舱很大，特别适于施放各种大型、超重的卫星和航天器，如长13.3米、直径4.3米、重11.6吨的哈勃太空望远镜。美国的又大又重的间谍卫星几乎都是偷偷运上天发射的。“锁眼”照相侦察卫星，长19.5米、重13.5～19.6吨、直径3米，确实是个大个子。航天飞机共施放了11颗“锁眼”照相侦察卫星。
航天飞机在太空施放卫星，可以提高卫星入轨的精度；可在轨道上对卫星进行最后检查，保证卫星可靠工作，不用担心卫星发射失败。航天飞机甚至可以对失效的卫星进行捕获、维修、再发射，从而大大延长卫星的使用寿命。航天飞机每天都有精彩的故事。
空间实验室
内部空间实验室航天飞机是个老好人，任劳任怨。空间实验室是欧洲研制的一种多功能、多用途、半自主的太空舱。如果将它安装在航天飞机货舱甲板的下面，就是一个极好的空间实验室。空间实验室能完成各种空间科学与应用研究任务，每次能接纳1～4名科学家。科学家乘航天飞机进入空间和返回地面。空间实验室能完成5个领域的研究与试验任务：对地观测、天文观测、生命科学研究、生物医学实验和工业技术研究。
1983年11月28日，“哥伦比亚”号航天飞机将“空间实验室-1”号发射升空，开始了第一次试验工作。1985年10月，德国专门研制的空间实验室进入太空。航天飞机上一共搭载了5个空间实验室，其中欧洲空间局3个，德国研制的2个。
童叟无欺的天国
航天飞机能利用飞行的特点，进行科学技术活动，包括天文观测、对地观测、物理试验、化学试验、生物医学试验以及各类技术试验等。随着空间科学技术活动的深入，这类科技活动也越来越专业化。宇航员大多是飞行员或试飞员出身，在科学技术方面的专业水平与能力不足，难以胜任这些科学技术工作。
航天飞机对人的身体要求比宇宙飞船低得多。科学家、工程师、医生和教师等一般的人，只要身体和心理素质较好，经过较短时间的训练，就可以胜任航天飞行。航天飞机运送了许多科学家，十分友好，童叟无欺。
美国老牌宇航员、曾经离上帝最近、差点命丧太空的约翰·格伦，已经77岁了。1998年10月29日，他作为世界上年龄最大的宇航员，与另外6名宇航员乘坐“发现”号航天飞机绕地球飞行134圈后，成功返回，创造了航天史上的又一个奇迹。格伦说：阔别几十年的太空，好像更宽广了。
无可奈何的选择
航天飞机与航空客机一样，没有降落伞、没有弹射座椅和其他救生设备。既然宇航员那么宝贵，为什么不装救生设备呢？1998年，雄心勃勃的约翰·格伦
其实，航天飞机在当初设计时，是有救生系统的。后来，科学家发现，无论是弹射座椅还是救生座舱，都会占据航天飞机内本来就不宽裕的空间。如果航天飞机一次发射运载7名宇航员，7套救生座舱无疑会占很大的重量和空间。
一套救生座舱，本身就是一个微型航天器，有精密的生命保障系统。当发生事故时，一旦救生座舱受损，就很难挽救宇航员的生命。救生座舱就会变成一具棺材。
救生座舱需要火箭推动。如果某位宇航员不小心意外点火，将把整架航天飞机炸毁。航天飞机上去不易下来难
科学家从降低成本、提高运载能力、简化乘员舱布局以及实际效果等因素综合考虑，最终决定不采用救生系统。这是一种无奈的选择。
1986年，“挑战者”号航天飞机爆炸后，美国国家航空航天局决定为航天飞机配备简单的救生装置──可伸缩桅杆式逃逸系统。它是装在航天飞机驾驶舱左侧的长约3米的钢制桅杆，形成一个半径约5米的圆弧。在发生紧急事件情况下，宇航员用伞钩挂在杆上，两手扶住桅杆，依次滑向轨道器右翼下的舱门。这个舱门可自动爆开。宇航员利用这个滑杆可使身体顺应下滑气流，起导向作用。不过，这种逃逸系统相当初级，对于像“挑战者”号这样的事故，根本不起作用。另外，由于航天飞机乘员较多，也很难救生。
梦幻倒计时
没有遗憾的误差
航天飞机是一种兼有飞船与飞机双重功能的载人航天器。航天飞机技术复杂，功能齐全，代表着当代航天技术的领先水平。美国航天飞机从设计到成功，耗费了几十万科技工作者近10年的时间，仅设计图样就可以堆满一个足球场。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]