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2010航天飞机的最后时光

  谢幕之旅
  2010年4月18日,当“发现”号返航,美国3架现役的航天飞机将迎来各自的最后一次太空旅程。
  2010年5月14日,“亚特兰蒂斯”号将执行为期12天航行任务(Orbiter:Atlantis,MissionNumber:STS-132),成为最先退役的航天飞机。搭载俄罗斯制造的靠泊口和实验舱升空。向空间站运送集成货舱以及俄罗斯制造的迷你研究舱。迷你研究舱将安装在空间站曙光舱底部端口。此外,迷你研究舱也将搭载美国货物。宇航员将进行3次太空行走,在空间站外部安装备用零部件,其中包括六块备用电池、一个用于Ku波段天线的桁架总成以及为加拿大机械臂准备的零部件。散热器、气闸、欧洲机械臂、俄罗斯多功能实验舱等部件也将搭乘“亚特兰蒂斯”号进入空间站。
  2010年7月29日,“奋进”号将执行为期10天的航行任务(Orbiter:En-deavour,MissionNumber:STS-134)。这一次“奋进”号主要是运送零部件和一部名叫阿尔法磁谱仪的粒子物理实验仪器。阿尔法磁谱仪(AlphaMagneticSpectrometer,简称AMS)将安装在国际空间站的外部。AMS的研制开发工作由诺贝尔奖得主物理学家丁肇中领导的国际小组负责,它将通过探测宇宙射线来寻找反物质、暗物质和奇异微子存在的证据。AMS最初计划在2003年发射升空,因“哥伦比亚”号航天飞机坠毁而停止。008年,美国国会通过了一项法案,授令NASA发射这个价值20亿美元的设备。另外,向空间站运送一系列备用零件,其中包括两个S波段通信天线、一个高压气罐、为加拿大机械臂准备的额外零部件以及微流星体碎片防护盾。由于在空间站周围或附近飞行的太空垃圾数量增多,防护盾显得非常重要。
  2010年9月16日,“发现”号将执行为期8天的航行任务(Orbiter:Dis-coveryMissionNumber:STS-133)。不过,日前有消息称,这次任务很有可能会推迟。然而,至今为止“STS-133”号航天飞行任务仍是NASA公布的航天飞机退役前的最后一次飞行任务。“发现”号将向国际空间站运送最后的补给和包括4号在内的快速后勤运输装置的其它零部件。这将是航天飞机的第134次太空航行任务,同时也是第36次飞往空间站的任务。后勤运输装置有助于提高空间站的货物储存空间。
退役之年
    航天飞机是世界上第一种往返于地面和宇宙空间的可重复使用的航天运载器。2010年,这种自1982年以来一直霸占着众人视线焦点和作为人类太空飞行活动中心的航天运载器,将面临着服役以来最艰难的一年。按照NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration,即美国国家航空航天局,简称NASA)的计划,在2010年,美国现役的3架航天飞机 “发现”号、“奋进”号及“亚特兰蒂斯”号将执行5次飞行任务,并于2010年年底之前集体退役。今年9月,“发现”号航天飞机顺利执行完代号为“STS-133”的第134次太空飞行任务(这是NASA公布的,由航天飞机执行的最后一个太空飞行任务,最近NASA的内部研究指出,不可控因素可能将航天飞机的最后一次飞行任务推后4个月,推至2011年)后,将进入美国国家航空航天博物馆 (SmithsonianNationalAirandSpaceMuseum),成为日后供游人参观的“馆藏展品”,其它航天飞机也将在退役后“公开发售”。从此,航天飞机将正式退出人类太空探险的历史舞台。
  今年2月,“奋进”号航天飞机的升空,拉开了2010年航天飞机退役“演出”的帷幕。此次“奋进”号执行的主要任务是向国际空间站运送最后一个由美国制造的节点舱和一个由意大利制造的,名为“炮塔”的观景穹顶。这个节点舱,名为“安宁”(Tranquility),将供4名宇航员在国际空间站居住;经过安装后,通过“炮塔”的7个窗户,国际空间站的宇航员可以360度观测、监控空间站的运行,同时方便宇航员对地观察及观测星空。“奋进”号是NASA今年首次执行飞行任务的航天飞机,也是最后一次美国航天飞机为国际空间站运送重大施工部件。
  在“奋进”号顺利返航后,NASA已于4月5日将著名的“发现”号航天飞机送入太空。在4月18日返航前,“发现”号飞机将搭载一个多功能后勤舱进入空间站。这个后勤舱是一个大型储藏室,里面装的是用于空间站实验室的科学研究架。按照计划,宇航员将在此次任务中进行3次太空行走,完成更换氨水箱、取回空间站外部的日本实验舱以及更换陀螺仪等工作,以保证国际空间站能运行至2015年,甚至到2020年以后。由于航天飞机一次能运送约23吨的货物,所以当航天飞机退役后,将由其它运载量比航天飞机小得多的航天运载器来继续履行航天飞机的职责。因此,NASA试图让航天飞机在服役期间尽可能多地给国际空间站运送补给,以确保在未来航天飞机退役后的日子里,国际空间站可以处于最佳运行状态。
  当“发现”号返航后,这3架航天飞机都将面临着各自最后一次的太空冒险。
航天飞机的太空梦想
    上世纪30年代,奥地利人欧根·森格尔(物理学家,特劳恩飞机实验所主任)设计了用火箭发动机作为动力装置进行高空、高速飞行的飞机。由于设计构想和技术水平的限制,当时根本不具备实现这种飞机的可能。然而,就像J·F·肯尼迪在《WeChooseTheMoon》(1962年9月12日,RiceUniversity)中引用的英国探险家eorgeMallory的故事(eorgeMallory死于攀登珠穆朗玛峰,被人问到他问什么要攀登珠穆朗玛峰。他回答说:“因为它就在哪儿。”)人们从未停止想要研究一种能像普通飞机一样,在天地间自由往返的航天飞机。
  到了60年代,洲际导弹、运载火箭、载人航天飞船和大型喷气客机及运输机,为航天飞机的研制储备了原始的技术、积累了足够的经验。人们终于迎来了最初的探索太空的机会。美国和苏联的冷战,也在一定程度上促进了 “阿波罗登月计划”。不过,不论是美国还是苏联发射的卫星、载人飞船和其他宇宙飞行器都使用一次性运载火箭——即每次发射都要使用并消耗一枚火箭,用宇宙飞船作为载人航天运输器,也是“一次性”的,不能重复进行。于是,作为飞向太空的工具发展出一种可重复使用的火箭飞机,就成了科学家重大命题。
  1969年4月,在耗资巨大的“阿波罗登月计划”行将结束之际,NASA提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。1972年1月,正式确定了“航天飞机”的设计方案后,美国启动了“航天飞机”制造工程。设计方案中的航天飞机由一个可回收重复使用的固体火箭助推器、两个不可回收的外挂燃料贮箱和可以多次使用的轨道器三个部分组成。美国开始把人力、物力、财力转移和集中到研制可部分重复使用的航天飞机项目上来。
  研制航天飞机的最主要目的是利用其可重复使用性来降低天地往返运输费用,既能作为运输工具,又可像飞机一样在绕地球的轨道上运行,返回地面经维修后可再次发射使用。人们最初提出航天飞机设计方案,是因为它兼有运载火箭、载人航天器和多次使用仍可保持高性能的特性,为此,除了美国之外,前苏联、法国和英国等都曾对航天飞机的方案做过探索性研究工作,但最终只有美国研制出了实用型航天飞机。美国在设计垂直起飞、水平降落的航天飞机时,除考虑使运费降至原来的1/10外,还有一个目的是将航天员升空时所受的超重减为一半,即只有大约3倍于地面正常重力的压力 (航天员坐飞船在发射加速阶段所受到的超重力是大约五六倍于地面正常重力的压力),这将是任何一个没有晕车病的健康人都可以承受得了的。就身体条件而言,人人“升天”的机会均等。
  10年努力终得正果。1981年4月12日(美国人选择了20年前,世界第一名航天员、苏联太空人尤里·阿列克谢耶维奇·加加林第一次进入太空的日子)世界上第一架航天飞机 “哥伦比亚”号在太空遨游了54.5小时后,首航成功,后于1982年11月投入使用。紧接着,美国又生产了“挑战者”号、“发现”号和“亚特兰蒂斯”号。随之,载人航天也进入了一个新阶段。
  虽然引起了巨大轰动,但是航天飞机始终未能证明自己究竟省在何处。相反,多年来航天飞机有效载荷的发射费用一直高于传统的火箭。不论曾引起过多少喝彩,隐患并未消除。
  可重复使用即能大幅度降低往返太空成本的印象,激发了人类对太空探索的热情。像很多悲剧往往伴随着过度的乐观一样,1986年1月28日“挑战者”号航天飞机升空73秒后爆炸,包括1名教师在内的7名航员罹难;2003年2月1日“哥伦比亚”号在返回地球途中失事。在航天飞机的太空探索史中,先后损失了2架航天飞机和14名宇航员。两次严重事故使5架航天飞机坠毁2架。安全成为美国航天飞机存在的严重问题。
  保养维护成本过高和安全可靠性低是美国航天飞机退役的主要原因。高成本加高风险,终于使人们不得不反省,航天飞机是否是像自己所想象的那样理想。原来理想中的航天飞机,每次运营费用控制在300万美元,实际上航天飞机的使用成本高达四五亿美元。
  41年前美国宇航员尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗成功登上了月球。41年过去了,我们不得不接受一个事实——人类还在地球附近转悠。航天飞机投入使用后并未达到原先预想的目的。它的发射费用并没有那么便宜,每次发射后都要进行检修,不能频繁飞行。另外,航天飞机发射卫星时需有二三名航天员。从1986年“挑战者”号航天飞机失事后,美国就停止使用航天飞机发射商业卫星了,美国空军也放弃使用航天飞机。 因此2010年,当由16个国家的科学家参与的国际空间站计划将基本建成时,美国决定放弃“航天飞机”项目。NASA太空任务主管比尔·格斯滕迈尔和航天飞机项目负责人约翰·香农感慨道:“没有其他航天器能够完成国际空间站的建造和组装任务。现在国际空间站即将组装完毕,是时候让航天飞机退役了。我们将启用小型航天器,往返于地球和国际空间站接送宇航员。”“我期待它带来的不是一个时代结束的伤感,而是我们曾经参与过这个时代的喜悦。没有航天飞机,国际空间站不可能完成。这将是人类历史上最伟大的工程之一。”
  (本专题由伊安编写)
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【第 47 版:新知】
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