航天飞机概述与建模
一、 航天飞机的发展
航天飞机（Space Shuttle,又称为太空梭或太空穿梭机）是可重复使用的、 往返于太空和地面之间的航天器， 结合了飞机与航天器的特点。 作为一种可重复 使用的天地往返运输器,航天飞机是现代火箭、飞机、飞船三者结合的产物。它 能像火箭一样垂直起飞,像飞船一样绕地球飞行,像飞机一样水平着陆。 。航天 飞机为人类自由进出太空提供了很好的工具, 它大大降低航天活动的费用, 是航 天史上的一个重要里程碑。
1981 年以前,美国的载人航天是通过“水星” 、“双子星座”、“阿波罗”和 “天
空实验室” 计划进行的。 用火箭发射载人航天器一次, 就要消耗一枚巨大的 火箭。一些卫星发射后也无法回收。为了解决这个问题,美国在“阿波罗”登月 计划后,就着手研制一种经济的、 可以重复使用的航天器——航天飞机。 这种航 天器既能象火箭那样冲向太空, 也能象飞船那样在轨道上运行, 还能象飞机那样 在大气里滑行并自行安全返回地球。
美国自 1972年开始投巨资进行研究,历时 9 年,花费约 100 亿美元。整个 工程是由美国政府机构、 工业企业和高等院校的庞大队伍合作, 并靠国外一些组 织的协助,运用科学的管理方法, 按照严格的分工和进度分阶段组织实施的。 1981 年4月 12日,第一架航天飞机“哥伦比亚”号首次发射飞上太空,两天后安全 返回。
第一架轨道飞行器“企业号”于 1976 年 9月 17日出厂。 1977年 2月开始 进行进场着陆试验。 试验分三组进行。 第一组试验 5 次,检验用波音 747 飞机驮 飞时的稳定、颤振等特性,轨道飞行器中不载人；第二组作载人飞行试验,共 3 次,由飞行员检查轨道飞行器爷系统的性能； 第三组试验 5 次,飞行中轨道飞行 器与波音 747飞机分离,滑翔飞行返回发射场,试验于 1977年 11 月完成。之 后, 1978 年 3 月“企业号”被运往马歇尔航天飞行中心与外贮箱和固体火箭组 装进行发射状态的地面振动试验, 1979年 4月“企业号”运往肯尼迪发射场, 在 39A 综合发射中心与固体助推器和外贮箱组合进行合练。 1981 年 4 月开始飞 行试验,原计划试飞 6 次,但实际在第 4 次飞行时已携带国防部卫星执行任务。 到 1994 年底共发射 66 次,成功率 98．48％。
1972年7月NASA旨派约翰逊航天中心(Johnson Space Flight Centel?)责轨道
飞行器管理，马歇尔航天飞行中心(Marshall Space Flight Cen ter)负责轨道飞行器 主发动机、外贮箱和固体助推器管理，肯尼迪航天中心
(Ke nndy Space Ce nter)
负
责航天飞机组件的组装、 测试，及发射， 此外由洛克维尔公司负责轨道飞行器的 设计与研制、由马丁 2玛丽埃塔2丹佛航空公司
(Marti n Marietta Den ver Co.)负
责外贮箱的研制与制造，由莫顿聚硫橡胶公司 (Morton Thiokol Co.)负责固体助 推器的研制与制造，由洛克达因公司(Rocketdy neDiv负责主发动机的研制。
航天飞机由轨道飞行器(Orbiter)、固体火箭助推器(SRB和外挂贮箱(ET 3大部分组成， 中间是一个外形像一架三角翼滑翔机的轨道飞行器， 它垂直发射， 但再入地球大气层后就像飞机那样下滑着陆。 起飞时用两台可重复使用的固体推 进剂助推器和 3 台液体推进剂主发动机作动力。 不可重复使用的外挂贮箱内的液 氢推进剂输往主发动机， 贮箱在推进剂用尽时分离抛弃。 助推器在海上回收、 整 修后供再次使用，外贮箱不回收。轨道飞行器执行任务后返回机场，水平着陆。
轨道飞行器具有2000km横向机动能力。原规定轨道飞行器的维护周期为
160h,
即2周后便可执行下一次任务。 轨道飞行器设计可供 100次飞行，固体火箭助推 器可以回收并重复使用。 轨道飞行器有一个巨大的有效载荷舱， 卫星及其他材料 就放在舱内送进太空或从太空带回。按设计要求每次最多可将 29. 5t 有效载荷 送入 185— 1110km 近地轨道，将 14。 5t 有效载荷带回地面。轨道飞行器可载 3 —7 人，在轨道上逗留 7—
30 天，进行会合、 对接、停靠，执行人员和货物运送， 空间试验，卫星发射、检修和回
收等任务。
美国共有6架航天飞机，分别为OV—101 “企业号”(Enterprise)、OV-102“哥 伦比亚号”(Columbia)、OV— 099 “挑战者号” (Challenger) OV—103“发现者号”
(Discovery) OV— 104\阿特兰蒂斯号” (Atlantis)和 OV—105\奋进号”(Endeavourg
“开拓者号”只用于测试，一直未进入轨道飞行和执行太空任务。 1986 年 1 月 28日，“挑战者”号航天飞机在第 10次飞行时，升空第 73秒后，由于右侧助推 火箭密封装置出现问题，造成燃料外泄，航天飞机发生爆炸， 7 名航天员当场遇 难。随后航天飞机停飞了 32个月，一些系统进行了重新设计和改进。 2003年 2 月 1 日，“哥伦比亚”号航天飞机在即将返回地面前十几分钟失事， 7 名宇航员 全部丧生。
航天飞机概述与建模
