宇宙飛船和飛機的混血兒——航天飛機
航天飛機是一種載人的太空飛行器。它的最突出優點在於可以反複使用，因此是空間技術發展進程中的一個突破。它為人類探索宇宙、開發太空領域提供了經濟實用的工具，所以航天飛機的發明被稱為人類通向宇宙之路的又一塊裏程碑。
在航天飛機誕生之前，人類探索太空的工具，不論是人造衛星、登月飛船，還是隨後的太空實驗室，都是通過發射一個又一個功率巨大的運載火箭來把它們送上太空的。運載火箭是使衛星和飛船進入預定軌道運行的主要運輸工具。
研究、設計和製造這樣的運載火箭需要耗費大量的人力、物力和財力，這種代價高昂的運載火箭隻能使用一次；每發射一次衛星或飛船都要重新製造一個甚至幾個運載火箭。1969年，美國發射的第一次把人送上月球的“土星”5號運載火箭和阿波羅登月飛船，起飛總重量為2800多噸，但除了約5噸重的登月指令艙外，全部器件隻使用一次就丟棄在宇宙空間。像這樣的發射，每次要花費1750萬美元。正因為如此，所以美國的“阿波羅計劃”到1972年12月19日， “阿波羅”17號宇宙飛船運載3名宇航員登月歸來以後，就此告一段落。
不過，有很多宇航方麵的專家不肯罷休，他們始終認為探索宇宙，能為人類帶來無法估量的好處。所以，每年仍然有一人批人造衛星飛上天空。美國宇航局的科學家還利用“阿波羅計劃”中已造好而沒有來得及利用的“土星”5號火箭，成功地發射了太空實驗室。然而，由此也帶來了麻煩：施放到太空圍繞地球運轉的人造衛星並不能保證百分之百地投入使用，有時由於裝在它“肚子”裏的儀器設備發生了意料不到的故障，導致整個衛星失效。像這種局部損壞，隻須稍加修理就能正常工作的人造衛星不是很少而是有不少。它們不能發揮作用，隻是繞著地球一圈又一圈地轉，變成了太空的“流浪漢”；如果碰巧撞上了正在正常飛行的人造衛星，還會引起一場爆炸，那時它們就是十足的“闖禍坯”了。還有那種比人造衛星更複雜、高級：造價更高的太空實驗室，一旦它貯存的食物、氧氣、實驗物品花盡用完以後，無法得到補充，結果也逃脫不了被丟棄的命運。它和失效的人造衛星一樣，白白占據了地球上空目前已經顯得很“擁擠”的運轉軌道的位置。
當然，也可以另外派一艘宇宙飛船到軌道上去給實驗室送貨上門；但這樣一來，問題義涉及到每次要動用一枚隻能用一次、價值幾千萬美元的運載火箭，花費太大了啊!
這種被動局麵嚴重地阻礙了宇宙航行事業的蓬勃發展。因此，研究一種可以重複使用的工具，以便大大降低宇宙航行的成本，就成了人們發展宇宙航行事業的迫切需要。
對於這種未來的運載工具應該具備什麽特點呢?各方麵的專家為當時還沒有出生的“胎兒”勾勒了一副大致的“麵貌”：
它必須可以重複使用、經久耐用，在完成了各項任務以後，能像普通飛機一樣飛回來在常規機場跑道上平穩降落。
它必須能攜帶各種各樣的人員，包括沒有受過專門飛行訓練的普通人。
它必須有較寬大的貨艙，可以容納各種各樣的物品，而隨機的科學家隻須通過短距離的通道就能夠進入貨艙，進行各項理化實驗。
它能隨時改變自身的運行軌道，跟正在繞地球運轉的各種人造衛星、太空實驗室靠攏甚至對接，從而對那些失效的人造衛星進行修理保養工作，為太空實驗室運送物資，擔負太空緊急救援任務。
它必須能施放和回收各種人造衛星，或者作為一種中間站，供飛往其他星球的宇宙飛船起落逗留。
一句話，它是一種具有運載火箭性質、來回於太空與地球之間、像飛機一樣的宇宙運輸工具，它的名稱就叫“航天飛機”。
美國是最早研究航天飛機各種可行方案的國家。從1969年停止“阿波羅計劃”以後，就立即集中5萬名高級技術人員，花了差不多10年時間和將近100億美元的研製費用，終於把一張張藍圖上的東西變成了一架真正的航天飛機。1981年4月12日上午7時，在美國佛羅裏達州的卡納維拉爾角肯尼迪空間中心第39號發射台上，升起了世界第一架航天飛機“哥倫比亞”號。從此，宇宙航行的新紀元開始了。
1981年4月12日，世界上第一架航天飛機“哥倫比亞”號，在一片歡呼聲中徐徐上升，進入太空，在軌道上遨遊了54小時後，安全返回地麵。至1991年止，有5架航天飛機曾在太空遨遊，其中美國有4架，前蘇聯有1架。
航天飛機為人類自由進出太空提供了很好的工具，是航天史上的一個重要裏程碑。
航天飛機是往返於地球表麵和近地軌道之間。運送有效載荷(如衛星、物品等)的飛行器，可以重複使用。
航天飛機設計成用火箭推進的飛機，它發射時像火箭那樣垂直起飛，返回地麵時能像滑翔機或飛機那樣下滑和著陸。航天飛機集中了許多現代科學技術成果，是火箭、航天器和航空技術的綜合產物。它的特點是可以多次使用(火箭都是一次使用的)，發射成本較低，用途廣泛。
美國“哥倫比亞”號航天飛機由一個軌道器、1個外貯箱和2個固體火箭助推器組成。
軌道器是航天飛機最複雜的部分，外形是一個三角翼滑翔機，長約37米，高17．3米，翼展24米，它的貨艙能把29．5噸重的有效載荷送上地球軌道，並能把15噸重的有效載荷帶回地麵。它可乘坐3～7名航天員，在軌道上連續飛行7～30天。
外貯箱是航天飛機最大的部件，也是唯一不可回收的部件，用於貯存航天飛機的燃料——液氫和液氧，並向發動機輸送燃料。它長47．1米，直徑8．38米，裝滿燃料後重約740噸。
固體火箭助推器內裝固體燃料，為航天飛機垂直起飛和飛出大氣層提供約78％的動力。它長45．5米，直徑3．7米，重約566噸，使用壽命為20次。從1981年4月一1991年4月，航天飛機在太空中飛行了40次，完成了許多科學實驗和研究項目，也執行了多次軍事飛行任務，取得了許多重大科學技術成果，獲得巨大的經濟效益。
航天飛機的卓越才能
從航天飛機上發射衛星把衛星送上太空，一般都從地麵用火箭發射。在太空運行的航天飛機上，怎麽也能發射衛星呢?
大家知道，航天飛機是天地間很好的交通工具，也是用途廣泛的航天器，此外，它還有奇特的用處，它還是一種理想的太空發射基地。利用航天飛機。宇航員可以把衛星發射到地球同步軌道，或把宇宙探測器送到遙遠的星際空間。從航天飛機上發射衛星，那好比把地麵的衛星發射場搬到離地麵幾百公裏高的太空，當然，這個太空“發射場”也需要配備必要的發射設備。
航天飛機的主要發射設施是旋轉式垂直發射架，發射架設有支承衛星及末級火箭的托架，搖籃似的托架固定在航天飛機的貨艙內。
航天飛機進入太空後，地麵測控人員開始測定航天飛機狀態，使它保持有利於發射衛星的狀態。在彈射前20分鍾，根據預定的程序，打開蛤殼式的白色遮陽罩，這時從電視上可以看到一個待發衛星，像嬰兒一樣靜靜地“躺”在“搖籃”裏。地麵控製人員根據衛星狀態確定是否可以進行彈射。
彈射前3分鍾，航天飛機的通用計算機開始對衛星的末級火箭的程序裝置發指令，通知它開始執行預定的程序，啟動未級火箭的定時器等。
在彈射前5秒，末級火箭的電子設備使衛星處於待發狀態。當倒計時達到“零”時，航天飛機上的計算機發出指令，自動鬆開夾緊裝置，這時呆在“搖籃”裏的衛星及其末級火箭在彈簧機構的彈力作用下，以約l萬米／秒的速度從貨艙彈射出去，並借助彈射時獲得的動能開始在太空滑行。然後點燃末級火箭的發動機，使衛星從幾百公裏的圓軌道進入一條近地點約為300公裏、遠地點為35860公裏的大橢圓轉移軌道，衛星與末級火箭離開。衛星靠本身攜帶的遠地點發動機，進入35860公裏的圓形地球同步軌道。至此，航天飛機發射衛星的任務就順利完成了。
航天飛機抓“俘虜”1983年6月18日，航天飛機“挑戰者”號第二次飛行。在太空施放和收回前西德衛星是航天飛機“挑戰者”號的重要任務之一。 “挑戰者”號圓滿地完成了這一使命，從而為將來修理在軌道中的衛星或為某些衛星補充燃料打下基礎。
在太空飛行中， “挑戰者”號上加拿大研製的15米長的機械臂，從貨艙裏抓住前西德衛星，把它從艙裏舉出業。這顆一噸半的衛星，形狀像個箱子，釋放到空中自由運行。 “挑戰者”號向下漂動，飛到衛星前麵300米距離，然後逼近衛星，把衛星抓住。1小時後，這顆衛星再次被放到太空，讓它轉動，而“挑戰者”號後撤幾十米，然後再把衛星抓住，送回貨艙。這兩次景象壯觀的編隊飛行，使人們驚歎不已。
“挑戰者”號在浩瀚的太空是怎樣抓捕衛星的呢?航天飛機在太空運行處於失重狀態，釋放衛星是很容易的，隻要把衛星舉起來，然後鬆開機械臂，衛星就“自由”了。如衛星沒有動力，而航天飛機也不作機動飛行，在短時間內衛星與航天飛機在太空運行的相對位置不變。這種飛行狀態，就形成航天飛機與衛星的編隊飛行。這時航天飛機是隨時可以輕而易舉抓住衛星的。
如果衛星帶動力，即自身帶的發動機，就可以隨時點火，推動衛星向前或向後或向左或向右運動(這種運動就叫機動飛行)。在失重狀態下，隻要發動機產生很小的力(如幾牛、，就可以做小小的機動飛行。當衛星作機動飛行(可以改變軌道高度或改變軌道平麵)時，它與航天飛機的相對位置就拉開了，也許一個在“上”麵，一個在“下”麵，或兩者不在一個軌道平麵(衛星運行軌道所構成的平麵，稱衛星軌道平麵)內。對付這種‘“耍花招”的目標——衛星，航天飛機就要付出一點代價。它用軌道交會雷達先搜索、跟蹤目標，根據目標位置，航天飛機開動發動機，似警車追捕罪犯汽車那樣，加速向目標追去，追捕中根據目標位置，或改變軌道平麵，或提高或降低軌道高度，逼近目標，最後把目標抓住。
航天飛機首次在太空釋放和收回衛星成功說明，為了營救、修理或使損壞的衛星恢複工作，航天飛機可以把它們從浩瀚的太空中抓來，帶回地麵，使它們“死而複活”。
在未來空間戰中，航天飛機除帶武器參戰外，它靈巧的機械臂，還可以把敵方的“間諜”——偵察衛星抓來，帶回地麵“審訊”，因此，不能忽視航天飛機的軍事用途。
太空修理衛星自1957年前蘇聯發射世界上第一顆人造衛星以來，各國已向太空發射了數千顆人造衛星，然而“病”者甚多。1984年世界上第一個為衛星“治病”的“醫生”出現了，它就是“挑戰者”號航天飛機。
1984年4月6日， “挑戰者”號航天飛機載著5名機組人員從美國卡納維拉爾角騰空而起，奉命修複“太陽活動峰年觀測衛星”。這顆衛星是1980年發射的，用於在太陽活動峰年測定太陽耀斑數據，僅使用9個月，就“臥”床休息，不能正常工作了。
起飛45分鍾後， “挑戰者”號航天飛機就飛達與“太陽活動峰年觀測衛星”相接近的高度。4月8日，航天飛機駛至距衛星60米處，並逐漸接近至12米處，宇航員納爾遜帶一具捕捉裝置離開航天飛機作太空行走捕捉衛星，由於捕捉裝置難以咬緊衛星突起部分，未能成功。接著宇航員哈特操縱長達15米的機械臂去抓衛星，嚐試4次均未奏效。4月10日，當衛星處於良好狀態時，宇航員操縱著長長的機械臂，慢慢插入衛星兩塊太陽帆板之間，終於逮住了衛星，並將其固定在航天飛機艙內的修理台上。4月11日，宇航員納爾遜和霍夫坦手持價值100萬美元的電扳手、動力改錐、剪刀等修理工具，更換了2個損壞了的組件，衛星修理好了。整個修理持續了3小時20分鍾，比原計劃提前2個多小時。4月13日， “挑戰者”號航天飛機完成了它的曆史使命，順利地返回地麵。
“挑戰者”號航天飛機在太空捕捉和修理衛星F戊功，不僅具有較高的經濟價值，而且還具有重要的軍事意義，它開創了航天器的新時代。
航天飛機上的故事
第一個女宇航員1983年6月18日，美國“挑戰者”號航天飛機第二次從佛羅裏達州的肯尼迪航天中心發射上天，繞地球飛行98圈後，於6月24日在加利福尼亞州的沙漠裏順利降落。莎莉·賴德就是世界上第一位乘坐航天飛機的女宇航員。
莎莉·賴德身高1．67米，出生於加利福尼亞州洛杉磯郊外的恩雷諾。她自幼愛好體育，曾獲國家級運動員稱號。1973年在斯坦福大學獲物理和英語兩項碩士學位，她後來又獲天體物理學博士學位。1977年她在斯坦福大學學報上，看到國家航空和航天局招收宇航員的廣告後，她就報了名，想試一試。結果非常幸運，她被美國航空和航天局選中了。
1978年，莎莉·賴德在訓練中與另一名宇航員史蒂夫·霍利結識，於1981年喜結良緣。
莎莉·賴德在為期6天的航天生活中，出色地完成了任務。 “挑戰者”號航天飛機在這次航行中創造了航天史上七項第一，其中與莎莉·賴德有關的就有4項。她自豪地說，我參加宇宙航行的目的不是為了名利，而是為了航天事業。
華人宇航員王贛駿1985年4月29日，“挑戰者”航天飛機進入太空，開始了7天的太空飛行。這次飛行中，第一位美籍華人宇航員王贛駿做了一項太空科學實驗。他是第一位遨遊太空的華人。
王贛駿祖籍江蘇鹽城，1940年6月16日生於江西南昌，童年在上海度過。10歲隨家遷往台灣、香港，1963年獲物理博士學位，1972年在美國國家航空和航天局下屬的噴氣推進實驗室工作。
1976年，王贛駿提出“失重條件下液滴狀態研究”的太空實驗課題，不久，這個課題被選為航天飛機上的科學實驗項目。1984年，王贛駿被選定為參加太空科學實驗的科學家，並負責自己提出的“失重條件下液滴狀態研究”課題的實驗工作，這樣，王贛駿成為世界上第一個登上航天飛機操作自己設計的試驗的科學家。
失重條件下液滴狀態研究實驗是怎麽進行的呢?王贛駿花了多年時間，為太空實驗進行了緊張的地麵準備工作。在航天飛機上，他放了一個空箱子，從箱子的一邊伸進一根細管，液滴從這個管子的口中“吐”出，吐出時液滴的大小可以調節。從箱子的四壁發出聲波來驅動漂浮在空箱中的液滴，由攝像機和電子計算機記錄下液滴形狀變化和運動情況。宇航員也可透過箱子的玻璃口觀察液滴的變形與運動。
試驗由王贛駿親自操作。在失重情況下操作試驗是不容易的事，因為拿在手中的工具無論大小都沒有重量，手的動作幅度掌握不住，手邊的工具不小心一碰，就會飄得無影無蹤。飛行一開始，液滴試驗設備就發生故障。王贛駿連夜搶修，加班加點，1天工作15小時，花了2天時間才修好，終於成功地進行了失重條件下液滴形狀和運動的試驗研究，取得了大量寶貴的資料。
王贛駿在太空所做的失重條件下的液滴動力實驗，即在失重狀態下的流動力學研究，不僅對研究**在失重條件下的變形和運動具有理論意義，而且為在失重條件下懸浮冶煉技術奠定實驗基礎，同時對無重力無容器情況下的物質加工也有重要應用價值。
媽媽宇航員安娜1984年l 1月7日，一位當母親不久的宇航員，乘航天飛機在太空遨遊了8天，然後才順利返回地麵。這位女宇航員就是安娜·費希爾。
安娜是美國宇航局1978年選中的6名女宇航員之一(她們是麥加勒脫、凱思林、朱迪思、沙利、季農和安娜)，她原是個醫生。當時安娜和她的丈夫維力亞姆·費希爾在一所醫院剛剛結束學習。宇航局找安娜談話時，年青的夫婦正在度蜜月。
安娜童年喜歡讀宇宙航行之類的書，她12歲時曾說過： “等我長大了，那時有了航天站，在那裏工作該多有意思啊!”
1978年，他們夫妻同時向航宇局提出申請當宇航員。經過多次測驗，安娜首先被錄取了，比她的丈夫維力亞姆早了兩年。
緊張的宇航員生活開始了，他們要學習物理學、氣象學；學習駕駛各種飛機……在6年的訓練中，她決定要個小孩，因為她已35歲，維力亞姆38歲了。
她懷孕的頭5個月裏，除了安娜的丈夫沒人知道此事，因為安娜不願放棄飛行訓練。那時，她正在佛羅裏達州的肯尼迪航天中心集訓。她擔負的任務中，一項是如何在發生意外情況下，對宇航員實施急救。在她之前，女宇航員從來不從事這一工作。原因是男宇航員身高、體重和體力都大大超過女宇航員。安娜接受這次任務時想：我要向人們顯示，一個婦女是怎樣從座艙裏把那些大塊頭男人拖出來的。這時安娜已懷孕4個月了，可誰也不知道。
訓練開始了。安娜先從指令長位置上拖出一個宇航員，然後從駕駛員座位上拖走另一個……
一個月以後，安娜終於承認自己已經懷孕了。
正當安娜的小女兒一歲時，安娜與另4名男宇航員乘航天飛機進入太空。當人們問安娜，把女兒丟下這麽長時間能放心嗎?安娜回答： “我的心情要比一個姑娘沉重得多。”
安娜，一位出色的媽媽宇航員。
震驚世界的航天事故人類為了充分利用太空環境，需要把人員和設備送人太空。在80年代之前，人們隻能用火箭來完成這種任務。隨著人類太空活動的展開，人們迫切需要如同飛機一樣可重複作用的交通工具，於是一種新型航天器——航天飛機誕生了。
1986年1月28日上午， “挑戰者”號航天飛機乘載7名宇航員準備起飛。他們是載荷專家、休斯公司工程師、41歲的格雷戈裏·賈維斯；第一位太空教師、37歲的克裏斯塔·麥考利夫；職業宇航員、飛行任務專家、35歲的羅納德·麥克奈爾；美籍日裔職業宇航員、飛行任務專家、39歲的埃利森·鬼塚；職業女宇航員、飛行任務專家、36歲的朱迪恩·雷斯尼克；職業宇航員、機長、46歲的弗朗西斯·斯科比；職業宇航員、駕駛員、40歲的邁克爾·史密斯。
ll時38分， “挑戰者”號從卡納維拉爾角騰空而起，發射場看台上歡聲雷動，世界上第一位太空女教師麥考利夫所在學校的禮堂裏鼓樂齊鳴。
突然，碧空傳來一陣巨響，航天飛機與地麵的無線電聯係驟然中斷，“挑戰者”號在數秒鍾內化成一團火球，從火球的濃煙中散射出的無數碎片像流星雨一樣散落在大西洋海麵。
在發射場觀看的數千名觀眾和地麵操作人員，以及在熒光屏前觀看發射實況的電視觀眾，都被這一突然事件驚呆了。沒有一個人願意相信眼前發生的這一可怕情景是事實，但又不得不承認， “挑戰者”號失事了!
“挑戰者”號升空約73秒爆炸，7名宇航員全部遇難的消息，閃電般地傳遍全球，世界各國數以億計的人收看了這一事件的實況錄像，這一特大新聞轟動全球。
爆炸是怎樣引起的呢?調查人員在研究錄像和照片時，發現起飛後不久，掛在外燃料箱上的一枚固體助推火箭的密封裝置破裂，引起燃料箱發生爆炸。這是航天史上最大的事故。
“挑戰者”號爆炸並未影響航天事業的發展，它隻能激勵人們繼續前進，在總結經驗的基礎上，以新的步伐發展航天事業。