人类航天史上重要的里程碑——航天飞机发展史

取得历史性巨大成就的“阿波罗计划”被NASA视为人类长期探索和利用太空的开端，在登月后NASA提交的项目报告列举了众多太空发展计划。作为阿波罗计划早期阶段的高度工程计划，空间运输系统如何做到重复利用这个课题受到了政府的资助，也是政府在众多发展计划中唯一一个支持资助的项目，即后来我们所称的“航天飞机计划”。

NASA纪念航天飞机计划的30年徽章

空间运输系统（Space Transportation System，简称STS）源自1969年的可回收航天器方案，NASA于1972年开展。该计划的目标是，建造一种可重复使用的大型可载人航天载具，定员在3~11人之间，并将约23吨的有效载荷送往近地轨道，以火箭发动机进入绕地轨道，再入大气层以后以飞机滑翔的方式返回至肯尼迪航天中心或爱德华兹空军基地，经过适当修护后可再次执行飞行任务。

除了“企业”号作为测试平台从未参与太空任务以外，整个计划中NASA一共建造了五架航天飞机，按照首次发射顺序分别是：“哥伦比亚”、“挑战者”、“发现”、“亚特兰蒂斯”和“奋进”，下面我们来逐一介绍。

航天测试平台——“企业”号

为纪念美国宪法的二百周年，NASA内部代号为OV-101的第一架航天飞机原本命名为“宪法”号，然而，受欢迎的电视科幻小说“星际迷航”的观众开始敦促白宫命名为“企业”号，值得一提的是，电视剧里的命名是源自海军核动力航母“企业”号。但是，作为航天飞机的“企业”号实际上只是一个没有发动机等相关部件的测试平台，更不具备执行太空任务的能力，于1976年9月17日在罗克韦尔空军工厂开始装配。

NASA定制的747载着企业号参加巴黎航展

1977年1月31日，它被运往NASA的爱德华兹空军基地开始各种返回及着陆测试，其中包括运输机背负运输的飞行测试、自由飞行着陆测试等等。结束这些测试后又装配燃料箱和助推器，以用来在发射状态下进行各项指标测试。这些测试均证明航天飞机可以在大气层中像飞机一样飞行和着陆。

2012年6月6日，驳船上的企业号航天飞机经过自由女神像。

在结束测试后，从1983年5月16日到6月12日，“企业”号被螺栓固定在NASA特制的波音747的顶部，前往欧洲开始为期28天的巡回展出，同时在5月24日至6月5日在巴黎航空展进行了展出。于1984年世界博览会进行了展出后返回NASA飞行研究中心。在2011年4月，NASA宣布将“企业”号移至纽约无畏号海空暨太空博物馆供人们参观。

于博物馆展出的企业号

开启计划序章——“哥伦比亚”号

1979年3月8日，NASA内部代号为OV-102的航天飞机通过验收，为了纪念18世纪第一艘环绕世界航行的美国籍船只，NASA将第一架航天飞机命名为“哥伦比亚”号。

哥伦比亚号点火升空正式开启了NASA的太空运输系统计划之序章

随着测试的顺利完成，1981年4月12日18时20分，““哥伦比亚”号点火升空正式开启了NASA的太空运输系统计划之序章。同时还是NASA目前唯一一次在新的航天系统第一次发射进行载人实验的任务。在55个小时的代号STS-1任务中，“哥伦比亚”号航天飞机环绕地球36周。也是1975年7月的阿波罗-联盟测试计划之后的第一次美国太空任务。

哥伦比亚号在转运过程中

“哥伦比亚”号总共有28次飞行纪录，在太空度过300日，绕行地球4808圈，但是在2003年2月1日，由于发射时掉落的一块隔热泡棉损坏了航天飞机的防热系统，致使炙热空气在冲入左机翼的同时还可能涌进了机轮所在的起落架舱，“哥伦比亚”号重返大气层的阶段中与控制中心失去联系，不久后被发现在德克萨斯州上空爆炸解体，造成七名宇航员牺牲。

执行STS-107任务的机组人员

安全教育案例——“挑战者”号

不同于其他航天飞机，开发初期作为高拟真结构测试体（英语缩写STA）的“挑战者”号并非实际具有运载功能，由于航天飞机需要承受极大的外力，还要尽可能的减轻自重，在考虑当时计算机技术发展有限，NASA没有把握仅靠软件将航天飞机所受机械负荷与热负荷的数据计算精准，为了安全起见，建造STA-99平台来真实测试航天飞机的每一部分。于1978年2月4日运抵洛克希德工厂开始进行实际的结构测试。

1983年6月18日挑战者号航天飞机发射执行STS-7任务

1979年1月29日，NASA决定将“挑战者”号（编号STA-099）从测试载具的状态改装成真的可以执行太空任务的航天飞机OV-099。于1982年6月30日正式亮相。由于美国航天飞机都是以早期的研究船名作为命名，来自19世纪70年代的英国海军研究船挑战者号命名在NASA内部编号OV-099的航天飞机上。

1984年2月7日宇航员布鲁斯在挑战者号航天飞机附近的太空行走。

1983年4月4日，执行STS-6任务的“挑战者”号开启了太空旅行的首航。然而在1986年1月28日上午11时39分，挑战者号航天飞机的第10次太空飞行。因右侧助推器的O型环密封圈失效，使得原本应该是密封的高压高热气体泄漏。影响了毗邻的外储箱，高温的灼烧下结构失效的同时也让右侧助推器尾部脱落分离。最后，高速飞行中的“挑战者”号在发射后的73秒爆炸，七名宇航员全部遇难。“挑战者”号也成为此后工程安全教育及工程伦理教育中的一个常见案例，并在之后许多安全研究讨论中被提起。总共10次的飞行记录中，“挑战者”号在太空中69日，绕行地球987圈。

挑战者号牺牲的机组人员

第二代的改进——“发现”号

与前三架航天飞机不一样，内部编号OV-103属于NASA建造的第二代航天飞机。因此，在研发中吸取了前三架的实际测试经验与飞行数据，从设计上来说较之前更为成熟。出厂时其重量较哥伦比亚号轻盈了约3吨左右，装上三具主发动机后总重7.7吨。“发现”号的命名，源自于伴随著名的詹姆斯·库克船长远征南太平洋的发现号。

1997年8月19日，执行STS-85任务的发现号着陆

除了1984年8月30日首次飞行执行STS-41-D任务以外，“挑战者”号和“哥伦比亚”号的事故后的航天飞机复飞任务都是发现号执行。

2000年10月11日，第100次太空飞行由发现号担当。

和所有航天飞机一样，“发现”号也经历了数次改装和大修。开始于2002年的修改是规模最大的，为了使其更安全共有99次升级和88次特殊测试。这些改进和升级使“发现”号是出动次数最多（39次）、飞行时间最长（364天）、服役时间最长（27年）、和国际空间站对接次数最多（13次）的航天飞机，也是第一架正式退役的航天飞机（2011年2月24日），退役后存放于美国航空航天博物馆。

2011年2月24日，发现号的最后一次发射任务。

“发现”号的姐妹——“亚特兰蒂斯”号

内部代号OV-104的“亚特兰蒂斯”号和“发现”号一样同属第二代航天飞机，延续了二代航天飞机的优秀性能，是NASA第四架执行太空任务的航天飞机（企业号并未执行太空任务），得名源自于一艘隶属于麻省伍兹霍尔海洋科学研究所亚特兰蒂斯号双桅帆船。这艘双桅帆船是第一艘被用于海洋科学研究的美国船只。

1985年10月3日，“亚特兰蒂斯”的首次太空航行

“亚特兰蒂斯”号首飞于1985年10月3日，执行代号STS-51-J的任务。在服役的26年内，一共出动33次，飞行时间306天，与“和平”号空间站对接7次，与“国际”号空间站对接12次。

2011年7月8日，亚特兰蒂斯号最后一次发射前

大量的飞行任务证明航天飞机尚未达到设计的目的，加上每次发射之前的检查、维护、修理都成为浩繁的高成本工作，NASA原计划每架航天飞机的设计寿命是20年、100次发射，但最终5架航天飞机加起来才发射了100多次，美国政府财力也无法再支撑一个新一代航天飞机计划。于是在2011年7月8日，代号为STS-135任务是亚特兰蒂斯号的最后一次飞行任务，同时也是美国航天飞机的最后一次飞行任务。

执行完最后一次任务的亚特兰蒂斯降落宣告了美国航天飞机时代的落幕

拼凑零件不代表逊色——“奋进”号

从在发现号和亚特兰提斯号建造过程中剩余一批同时生产的备用结构零件，这些零件给了“奋进”号额外组装出来的基础。挑战者号意外坠毁后留下来的任务空缺成为“奋进”号诞生的需求。作为NASA的第五架实际执行太空飞行任务的航天飞机，也是最新的一架，首次飞行是1992年5月7日的STS-49号任务。2011年5月16日的STS-134是它最后一次任务。

19922年5月7日，奋进号的第一次发射

剩余的备用结构零件组成的“奋进”号并不能表示性能与前辈差，恰恰相反，事实上因为是最新的一艘航天飞机，“奋进”号在建造过程中吸取了许多前辈们的教训，拥有了更多新开发的硬件设备。而大部分新一代的航天飞机仪器设备都是在奋进号上率先采用之后，才在稍后趁着停飞维修的机会，改装追加到了其他几架航天飞机上。这些改良的重点包括有：

• 直径12米的新型减速伞，能够缩短航天飞机落地后的减速滑行距离约300米，改良后的滑行总长为约600米。
• 一些配合延伸绕行改装所需的管线与电路连结，因而能够将航天飞机绕地球运行的任务期限延长到28天。
• 升级版的航电系统，包括较先进的通用任务电脑，改良的惯性测量单元，战术空中导航系统，强化版的主任务控制器，多路转换器/多路分解器，固态跟星仪与一套改良过的鼻轮转向机构。
• 一套改良版的辅助动力系统，以增加航天飞机液压系统所需的动力。

2011年5月16日，奋进号的最后一次发射

NASA内部编号为OV-105的“奋进”号，是首架以公开征名竞赛的方式来决定命名的先例，首先由美国的中小学生决定航天飞机的命名之后，再由当时的总统老布什在1989年时正式宣布。源自一艘著名英国探险家詹姆斯·库克船长在1768年第一次远征时所搭乘的三桅帆船奋进号，由于是艘英国籍的船只，这也解释了为何奋进号的名字是用英式英文的“Endeavour”而非美式英文的“Endeavor”拼法。2011年5月16日，“奋进”号执行最后一次任务STS-134，再结束这次任务后将退役，退役后的“奋进”号于洛杉矶的加州科学中心永久展示。

2012年9月21日，退役后的奋进号被送往洛杉矶

后记

从1981年4月12日“哥伦比亚”号的首次发射到2011年7月21日“亚特兰蒂斯”号最终降落，这期间，NASA这30年的航天飞机机队共执行了135次任务，帮助建造了国际空间站并激励了几代人。随着美国总统奥巴马认为“星座计划”是超预算、进度落后而且缺乏新意，在2010年2月1日正式提议取消该计划，包括猎户座飞船在内的星座计划宣告终结，但相关技术很可能用于未来的太空探索计划。

“航天飞机”计划取得了哪些成就？，敬请阅读下一期的内容，谢谢