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航天史:58.命名风波

2021-01-04  星光闪亮...

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上文书讲到了航天飞机的设计方案,这个东西毕竟是和以前的火箭完全不同。为了能够自主返回大气层,不得不付出很多的代价,比如说,靠烧蚀材料来降温就行不通了,只能靠陶瓷隔热瓦。为了在大气层内滑翔,航天飞机是带有机翼的,可是这个机翼在太空里完全用不上。在大气层内的滑翔性能也不是太好,毕竟人类此前还没玩儿过25倍音速的滑翔机。正因为降落速度远超一般的飞机,所以,跑道也就不得不充分延长。

爱德华兹空军基地的干湖床

为了测试滑翔性能,NASA特别改装了一架波音747飞机,背上装了支架,尾翼也做了改装。把航天飞机测试版装在背上,带到高空,然后波音747飞机就开始玩儿俯冲。背上的航天飞机脱钩,进入自由滑翔阶段。这种实验做了很多次。尽管航天飞机的操纵性不是太好,也还是够用的,能够顺利降落。
本来,NASA给这第一架航天飞机起名字叫做“宪法号”,美国海军的第一艘军舰就叫这个名字,这是一艘木帆船。如今的宪法号已经成了一个博物馆了。美英这种有航海传统的国家都有这个习惯,纳尔逊的胜利号也成了博物馆,而且永不退役。不过呢,福特总统下命令,让NASA把这架飞机的名字改成“企业号”。

企业号星舰

这是因为当年正好《星际迷航》正在热播。这里边有个飞船叫“企业号”,《星际迷航》的粉丝那叫一个多啊。他们强烈要求,把第一架航天飞机要叫“企业号”。NASA收到了将近40万封粉丝的来信,要求NASA改名字,NASA其实很不想改,这东西怎么就跟科幻作品联系上了呢?挨不上啊。他们硬顶着不理会,福特总统可就不能不理会了。星际迷航的粉丝们也给白宫写信啊。福特总统犯不上在这事儿上跟老百姓找别扭,那就改呗。于是就给NASA下了个命令,给改成了“企业号”。
其实啊,企业号也是美国海军军舰的名字,而且这个名字的历史更加悠久,按照英文翻译,这个名字其实应该翻译成“进取号”,但是这个词也有企业的意思。翻译者大概是觉得美国人搞资本主义嘛,都是企业,十有八九跑不了,结果就给翻成了“企业号”。将错就错吧,这都已经习惯了。

企业号航空母舰(CV-6)

最早的一艘企业号是法国人的一艘木帆船,后来被英国人给俘获了,成了“皇家企业号”,这个名字就一直保留下来了,船可以换,但是名字永流传。法国从1671年到1864年间,一共有23艘军舰命名为“企业号”。英国有10艘,有的叫企业号,有的叫“皇家企业号”。美国海军前后有9艘军舰被命名为“企业号”。最著名的就是“永远不沉的大E”——CV-6号航空母舰。

第一艘核动力航母企业号(CVN-65)

太平洋战争人家几乎是打满全场。就连神风特工队的自杀飞机都没法打沉幸运的大E。还是退役以后美国人自己给拆了。CV-6上的船钟作为遗物由下一艘企业号继承,这就是CVN-65,世界上第一艘核动力航空母舰。现在CVN-65也送去拆了,企业号这个名字给了下一艘福特级航母,名字还是延续的。

《星际迷航》里也有一艘飞船叫“企业号”,也是传了好几代。所以,星际迷航的粉丝们拼老命也要把第一架航天飞机命名为“企业号”。1976年,企业号在公众面前亮相的时候还挺热闹的,NASA还专门把星际迷航的主演们全都拉去助威了。但是,星际迷航的粉丝们显然很不爽,闹了半天,企业号是永远也不会上太空的。这就是一艘测试用的飞机,很多东西都没装,连发动机都没装,瞧这事儿闹的。
第一架真正飞向太空的航天飞机不是企业号,而是哥伦比亚号。哥伦比亚号(Columbia)这个名字也有来历。美国叫哥伦比亚的也不少,比如首都华盛顿哥伦比亚特区。还有哥伦比亚大学,还有哥伦比亚广播公司。你要是去找,还能找到一大堆呢,这个词来源于哥伦布,其实就是北美殖民地的别称。

不列颠尼亚的女神形象

英国有个别称叫“不列颠尼亚(Britannia)”,尾巴上加个“ia”弄得像是拉丁语,这个概念逐渐就成了大不列颠的女性形象。哥伦比亚和不列颠尼亚都差不多,哥伦比亚也是有个女神形象的,要不然你以为自由女神的灵感来源是什么?

哥伦比亚女神形象代表早期美国白人扩张的昭昭天命

当然,美国和英国也都有男性形象,不就是山姆大叔和约翰牛嘛。其实法兰西共和国也有女性形象,叫“玛丽安娜”,名画《自由引导人民》就是嘛。男性形象嘛,我不知道,我只知道高卢雄鸡,这算是不算啊?
由此,第一架上太空的航天飞机叫“哥伦比亚号”,其实就是美国的别称。我国载人飞船叫“神舟”,也是一语双关。所以啊,航天业就别想离开爱国主义的。

约翰·杨和克里朋

1979年,哥伦比亚号生产出来了,两年之后,也就是1981年的4月12号,哥伦比亚号准备发射升空。担任宇航员的就是老将约翰·杨和来自空间载人轨道实验室的克里朋。克里朋本来是军人,当时军方还是认为,侦察卫星上有个人的话,能解决很多问题。第一代空间站就是载人侦察卫星。后来军方放弃了这个项目,克里朋就调动工作,来到了NASA。他参与了阿波罗-联盟项目,但是没有上太空,也算是一个新手吧。

哥伦比亚号运到了39A发射台

航天飞机有自己专用的组装大楼,装好巨大的燃料罐,两边是两根大型固体火箭,燃料罐的背上挂着航天飞机,航天飞机本身的重量就达到了109吨。灌满了燃料以后,整体的总重量达到了2030吨。4月10号,整个航天飞机系统就由专用的平板拖车从厂房里给拉出来了,美国人都是垂直转运的,也就是航天飞机竖着被缓缓地移动到了发射台上。就位了以后,大家把航天飞机上上下下刷的特别干净,这是国家的脸面,马虎不得哦。

哥伦比亚号第一次发射(STS-1)

到了4月12日这一天,可以说是名流云集,上百万人聚集在了发射场周围,游艇铺满了附近的海面。伊斯特伍德、乔治·卢卡斯、斯皮尔伯格这样的演艺界人士都去了。距离上次阿波罗-联盟任务,美国人已经好几年没有发射载人飞船了,这一天也正好是加加林首次太空飞行20周年的纪念日,因此还显得特别有意义。一晃已经20年过去了,谁也没想到,航天事业已经发展到了这样的高度。
航天飞机的发射和过去的火箭大不相同。过去的土星5号是液氧煤油发动机。燃烧的火焰比较明亮,但是烟不多。其实煤油充分燃烧是蓝火苗。但是绝对充分燃烧是不太可能的,多多少少有一些碳颗粒存在。温度低的话,就是黑烟。但是温度高的话,碳颗粒都被烧红了,烧到白热化,火焰就显得非常明亮,这就是一个标准的黑体辐射过程。但是在火焰的边缘和末端。碳颗粒可以充分接触到更多的空气,温度又足够高,碳颗粒会继续燃烧,所以边缘微微有点发蓝。

固体火箭发动机和氢氧发动机的尾焰形成鲜明对比

航天飞机的主发动机是氢氧发动机,燃烧产物是水,高温下都是水蒸气,基本上不怎么发光,火焰很淡,微微发蓝。即便是不完全燃烧,要么是氢没烧完,要么是氧没烧完。反正这都是气体,都是看不见的。所以航天飞机发射的时候,中间的主发动机火焰几乎看不清楚。倒是两边两个巨大的固体助推器喷出的火焰和浓烟异常壮观。
固体火箭助推器主要用高氯酸铵作为氧化剂,占了70%,铝粉作为燃料,占了16%,剩下就是一些聚合物,类似橡胶之类的,占了12%,有了这东西,才能把各种粉末黏在一起,变成药柱。当然还有微量的氧化铁催化剂和环氧树脂,比例很低。
提供主要能量的是铝粉,这东西比较安全,你不点它,它绝对不着。点着了以后燃烧又非常猛烈,产生大量的热量。所以这是一种非常优秀的燃料。燃烧的产物是三氧化二铝,是白色的颗粒,所以,你看吧,固体火箭是屁股后边一溜白烟。非常浓烈,而且可以拖得非常的长,经久不散,特别的壮观。升空2分钟以后,2个巨大的助推器就烧光了。打开降落伞,坠落到了海里,捞起来洗洗,说不定还能用。当时的固体火箭结构还是蛮简单的,就是个大钢壳子,现在早就换成碳纤维了。

燃料罐被抛弃

航天飞机主发动机继续工作,9分钟左右,燃料罐也就完全烧空了,在印度洋上空,燃料罐被抛弃,掉进大气层解体。航天飞机已经入轨,主发动机关机,靠辅助发动机来调整姿态,加速减速。
现在我们知道了,航天飞机实际上相当于是一个一级半的火箭。助推器是半级,主发动机是一级。只能把航天飞机送到近地轨道,再高就上不去了,主燃料罐都烧光了呀。只剩下一点调整姿态用的燃料了。如果是要发射低轨卫星,那只要打开航天飞机背后的货舱,把卫星推出去就OK了,那要发射高轨卫星该怎么办呢?比如说同步卫星的轨道高达3.6万公里。怎么弄上去呢?GPS卫星的轨道有高有低,有些也在2万公里的高度上,这又该怎么送上去呢?

SBS3通信卫星屁股上的那个球就是PAM上面级

没办法,必须在货舱里再放一个上面级火箭,NASA有个固体火箭上面级(PAM),这东西不大,军方不满意,找了波音公司设计了一个新的上面级,代号IUS,这还是两级火箭。从航天飞机的货舱里送出去,然后点火加速,可以把2.4吨的载荷送到同步轨道。

发射伽利略号木星探测器,下边白色的是IUS上面级

当然,NASA也有类似的产品,那就是半人马座-G助推器。这东西用的是氢氧发动机,不是固体发动机。用液体火箭的好处是可以多次启动,更加灵活。固体火箭点着了就无法刹车了。军方的IUS进展不顺,看着NASA的这个半人马座不爽,两边就掐起来了。
就在这时候,NASA居然窝里反,有些专家坚决反对搞半人马座G上面级,因为这是个液体火箭,还是个低温的火箭,太危险了。他们说了,要想让这东西装进航天飞机的货舱,除非从他们身上压过去,这简直是要拼命的架势。

半人马座是金牌上面级,但是为航天飞机优化的矮墩墩的型号夭折了

其实呢,用火箭发射同步卫星,一般是送到同步转移轨道,然后用上面级推一把,推进同步轨道。似乎这也是很正常的事情啊。可是火箭不载人,不用考虑人员的安全。航天飞机可不一样,前边的驾驶舱里还有好几口人呢。货舱里装个小火箭,固体燃料倒是比较合适,磕磕碰碰的不要紧。您玩儿液体燃料,万一任务终止,你还打算把这一罐子燃料带回地球啊?在航天飞机的货舱里是没法这么玩儿的。
就这样,磕磕绊绊的折腾了好几年,到1986年挑战者号爆炸了,NASA也就把计划取消了。还是老老实实的用固体火箭当辅助发射系统吧。
第一次任务嘛,货舱里倒是没什么东西。毕竟是第一次任务,带有实验性质,时间也不长,哥伦比亚号在轨道上转悠了2天就下来了。首先是姿态调整发动机启动,调整航天飞机屁股朝前,然后辅助发动机开机减速。这时候,航天飞要摆正姿势,转换成头朝前的姿势,准备进入大气层。

预定的着陆地点是加州的爱德华兹空军基地,那儿有一大片干湖床,面积很大,很平整。随便你从哪个方向降落都行。在距离爱德华兹空军基地5600公里的距离上,航天飞机开始再入大气层。航天飞机竖起身子,用肚子迎着气流,圆滑的机头激起一道弓形波。温度高达4000摄氏度,但是距离飞机的表面还有一点距离,机身表面的温度才一千多度,还能承受。你看火箭的头部也是圆圆的,不是尖锥形,为啥,就是为了推开热空气。如果是尖头的,那热空气就贴着火箭表面,那火箭才受不了呢。

圆钝形的头部其实和最热的空气不直接接触

即便如此高温等离子体仍然屏蔽了航天飞机和休斯顿的无线电通信,航天飞机进入了黑障区。整整中断了10分钟之后,航天飞机等进入稠密大气,速度降下来了。黑障也就消失了。

滑翔速度很快,操控不容易

至此,航天飞机开始依靠机翼和垂尾上的空气舵来操控飞机的滑翔,进入了正常的飞行姿态。最后,平稳的降落在了爱德华兹空军基地的干湖床上。航天飞机的第一次测试飞行圆满成功。至此,人类进入航天飞机的时代。

哥伦比亚号降落在干湖床上

检查了一下航天飞机的机体,发现在发射的时候,因为强烈的振动,有16片隔热瓦脱落。整个过程,有148片隔热瓦损坏。工程师们马上开始修复这些问题。哥伦比亚号航天飞机还是用那架专用的波音747飞机驮着回了肯尼迪航天中心。

经过高温的考验,隔热瓦损坏了不少

就在这年的11月份,整修一新的哥伦比亚号又一次被树立在了发射架上,如果这次发射成功,人类将创造新的历史,我们下回再说。

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