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  作为NASA安全飞行记录最好执行太空任务最多的航天飞机,“发现”号这次的告别之旅将为美国航天飞机时代画上一个阶段性的句点——在2011年初“奋进”号执行完另外两次飞行任务后,航天飞机将全体退役。尽管它们几乎被视为人类太空探索象征和图腾,但因为其糟糕的安全记录以及远远超出预期的运营成本和老化速度,早已成为美国和NASA的一块难以割舍的鸡肋。在“后航天飞机”时代,私营航天企业将成为未来美国载人航天的主角,而政府大包大揽的时代已经结束了。
  航天飞机:冷战时代的产物  

1969年4月在耗资巨大的“阿波罗登月计划”行将结束之际,沉溺在太空探索激情中的NASA认为需要建设一种可重复使用的航天运载工具。1972年1月“航天飞机”设计方案诞生了。1981年4月12日,NASA第一架航天飞机“哥伦比亚”号首次升空,进行为期两天的飞行,验证了其安全发射与降落返回的能力,这不但为当时苏联的载人航天起到震慑作用,也意味着人类进入了航天的一个新时代。


航天飞机
美苏航天飞机对比图,右为苏联暴雪号。
航天飞机

“奋进”号航天飞机降落后由一架NASA的飞机带回基地。

设计初衷:重复使用以降低运营成本

 

上世纪七八十年代正是美国载人航天事业发展如火如荼的时代。送人登陆月球的阿波罗登月活动让美国坐上全球太空竞赛的头把交椅后,也刺激了美国的太空探测野心,加大了此后人类进入太空的频率。密集的太空探测项目让NASA觉得不够经济,因为用火箭发射载人航天器需要的是巨大火箭,并且都是一次性的不可回收重复利用。出于对经费的考虑制造一种新的航天器成为时代的新要求。NASA第三任局长托马斯·佩奇曾认为,航天飞机因可重复利用从而可以降低成本,不用每执行一次任务就要造一个新的火箭出来;而且当时他还认为一架航天飞机的发射准备时间仅需要两周远比火箭反应快。

 

航天飞机曾是先进航天技术的象征,是阿波罗登月之后美国航天事业的里程碑,担负着在载人航天领域与前苏联的空间站分庭抗礼的政治宣传功能。航天飞机的概念曾让不少航天大国心动,比如欧空局和日本都设计过自己的航天飞机。前苏联更是造出了有“自主知识产权”的“暴风雪”号航天飞机,但“巧合”的是,其外形几乎与美国的航天飞机如出一撤。

 

太空运载能力无人能及 衍生科技影响人类三十年

 

当时NASA为说服美国当局发展航天飞机,表示航天飞机拥有很多优点,除可以多次往返重复使用外,还能送7人外加将近30吨货物进入太空,在返回时可把14.5吨的有效载荷从轨道上运回。这样的载重量可以保证航天飞机能够直接将中国的“神舟”号或者俄罗斯的“联盟”号太空船直接运上太空,运载量是其他航天器的数十倍;它可以捕获太空中的其他飞行器如卫星,还可以通过航天员的太空行走对飞行器进行检修,也可将其带回地球。

 

航天飞机为太空探测增加了动力,过去近30年的探空行动中衍生的技术以及相关的科学发现,都对地球上人类的生活产生了至关重要的影响。无论是国际空间站还是预想中的人类月球前进基地,都需要航天飞机这样大载重量的太空货仓来支持——否则根本无法将用于基建的大型太空施工机械或者有关物资送上去。美国共有6架航天飞机,除首架测试用的“企业”号测试之后被收藏到博物馆中,其余的5架航天飞机“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“亚特兰蒂斯”号以及“奋进”号,都参与了太空运输任务。“亚特兰蒂斯”号共执行了32次任务,是执行国际合作任务最多的一架航天飞机;而“发现”号航天飞机是美国历史上参与飞行任务次数最多的,功勋显著成为美航天飞机最为著名的代表。

 

 弱点暴露渐成“鸡肋”  

美国政府在奥巴马上台之后叫停了新的登月计划,开始将太空探索的目光投向火星,对于服务于近地轨道的航天飞机来说已经没用武之地。与此同时航天飞机投入使用后并未达到原先预想的目的。因此2010年,由16个国家的科学家参与的国际空间站基本建成时,美国决定放弃“航天飞机”项目。另外,过高的运营成本和过低的安全系数亦是航天飞机被退役的主要原因。


航天飞机
“亚特兰蒂斯”号航天飞机与空间站对接。
航天飞机
1986年“挑战者”号航天飞机升空时发生爆炸。
航天飞机
NASA早期低估了航天飞机的发射费用,现在每次发射约1万美元/斤。

安全系数低:5架航天飞机2架爆炸,14名宇航员因此丧命

 

航天飞机由于重复使用,因此其技术难度大、系统设计复杂、零部件更容易耗损,从起飞、上升、轨道运行,再入大气层直到返回着陆过程中,需要经受各类极度严酷的环境。航天飞机的弱点是在使用中逐渐暴露出来的,它的系统远不止将载人飞船和运载火箭两者单纯相加那么简单。单次运行成本过高时,风险也不容忽视,发射频率从计划中的每年24次下降到5次。而航天飞机的事故率非常高,美国的5架航天飞机中,有2架在执行任务时候发生了爆炸、解体,有14位宇航员为此丧命。而与火箭、飞船等一次性飞行器不同,航天飞机的火箭发动机需要多次重复使用,寿命期间的总工作时间累计长达数小时之久,这也为其执行任务带来安全隐患:随着飞行任务的增加势必有更多的潜在危险。

 

发射成本高:飞行一次耗费5亿美元,超过设计预期近百倍

 

美国共研制并投入使用五架航天飞机,每架研发费用20亿美元,总共发射一百多次,每飞行一次费用高达5亿美元,返回后还要进行大量费时费力的检修,这让美航天局的财政不堪重负。尽管提出航天飞机的初衷是为了降低整个载人航天研制和发射过程中的花销,但是美国人在执行这一计划的过程中却发现真实情况并非如此。早先有数据显示从1985年到1988年10月间,航天飞机的发射价格增加了85%,即每次发射费用飙升到9000万美元。这笔花费完全违背了NASA最初设计航天飞机的预算。NASA在确定航天飞机的结构布局时,曾估计航天飞机发射费用为每斤100美元,每次发射费用不超过600万美元。

 

尽管NASA采取了种种措施节约开支,但研制费用还是连年超支。1978年9月,NASA宣布航天飞机的研制费用可能比原计划增加8%-9%。1980年4月,NASA透露整个航天飞机计划费用将增加到89亿美元。这种情况下NASA只得一再向国会申请继续增加拨款,而当时的卡特政府考虑航天飞机对国家安全有利,对科学研究和商业开发也有很高价值,因此对追加经费基本不持异议,所以航天飞机计划的费用才得以解决。此外,航天飞机的着陆场与发射场相距甚远,每次降落后要用大型客机运回发射场检修,额外增加了成本。这些情况都超出了NASA最初的美好预期,这表明航天飞机经济效益大打折扣。

 

航天飞机老化速度远超预期,飞行任务被迫大幅缩水

 

同时在航天飞机的使用中,NASA发现同研制和发射费用一样,航天飞机的维护和运行费用也在直线飙升。比如1984年航天飞机一次飞行的花费为1.5-2亿美元,而在商业发射中可以得到的最高补偿仅为7100万美元。最重要的是NASA发现,用航天飞机发射卫星,比使用火箭发射卫星的费用还要多。因此,1988年之后,NASA决定不再承揽商业载荷的发射任务,每年航天飞机飞行次数减为9次左右。按照计划美国的航天飞机寿命最多为20年,每架应飞行100次。而截至到今天,5架航天飞机加起来飞行了才132次,其中2架在飞行中爆炸,2架已严重超期限服役。

 

而且航天飞机的老化程度比预期的要快,尽管执行任务的次数比预期减少了近1/4但航天飞机破损、老化加剧,每次的维修费用也非常昂贵。特别是“哥伦比亚”号航天飞机坠毁事故(2003年)发生后,对防热瓦的检查费用增加了。而“发现”号自1984年首飞以来小状况频发,燃料箱隔热泡沫脱落、外部燃料箱的液态氢传输管泄露等,都导致每次执行任务前加强检查和维护,以至于任务一拖再拖。

  后航天飞机时代的太空运输转型  

进入21世纪以后,美国对宇宙飞船重新产生了兴趣,认为它比航天飞机更安全,成本也低许多。美国现正在研制新一代载人飞船“猎户座”探索飞行器,并计划在2015年以后投入使用。而美国政府对太空探索的注意力转向更为纵深的小行星与火星,这也促进了私人航空公司的热情。有美国媒体认为,私营航天企业将成为未来美国载人航天的主角,而政府大包大揽的时代已经结束了。


航天飞机
NASA测试奥赖恩飞船,它曾经是返月的星座计划一部分。
维珍银河
维珍银河的推出太空之旅,图为太空船2号。
航天飞机
一架公司推出的“山猫”号太空之旅线路图。

国家层面:载人登火星计划航天飞机已无用武之地

 

今年2月奥巴马政府宣布了新的航天计划,提出砍掉由前任总统布什推出的旨在重返月球的“星座计划”,将深空探测推进到新的领域:载人飞往小行星继而登陆火星。奥巴马认为,美国航天的未来不在低地轨道,必须走向更远的地方。按奥巴马的方案美国计划在2025年送人前往一颗小行星,于是作为近地载人飞行器被研发的航天飞机在计划里已无用武之地。按照政府通过的授权法案,NASA需要在2011年启动一项新的重型火箭的研制工作,利用现役航天飞机和“星座计划”的成果,争取在2016年研制成功。NASA局长博尔登在一份书面声明中表示,奥巴马的这项计划将促进宇航局将重点转移到重装在发射运载火箭上来,将宇航员送入更为纵深的火星,而奥巴马政府将对该项目为NASA拨款580亿美元。在美国经济低迷财政赤字导致银根紧缩的当下,NASA唯有遵从新政党对太空探索的预期,进行更有野心的火星探索项目,于是一直耗费着天文数字资金的航天飞机项目被迫中止。

 

商业层面:美国鼓励私人航天项目,波音等企业争夺太空运输市场

 

美国政府声称在航天飞机退役后,将鼓励各类私人公司建造和发射多种航天器。美国宇航局甚至有意租用私人飞船将宇航员送入太空(国际空间站),以便节约经费,开展更为“尖端”的外太空探索活动。如同当年私营民航公司取代美国陆军成为民间运输主力一样,美国航天运输业“私有化”的呼声由来已久。2020年之前,美国迫切需要有私人公司站出来承担将宇航员送入国际空间站的任务。其运作模式和美国租用俄罗斯宇宙飞船送航天员往返国际空间站的做法一样。目前,有意充当上述“太空出租公司”的美国企业包括波音和洛克希德·马丁公司。分析人士指出,这两大巨头手中拥有建造各类大型火箭和宇宙飞船建造技术,承担着大量军用和民用卫星的发射任务,只是尚未开展载人航天试验而已。此外,一些互联网新贵也对太空发射活动跃跃欲试,并且出巨资打造了自己的火箭和飞船。

 

事实上,近年美国的私人载人航天飞行产业已经逐渐成熟起来。已经有很多商业公司,为普通游客打造了太空旅游项目,尽管这些是商业性的旅游服务,但其实已经证明美国的私人企业对太空飞行器的研制有了一定的规模。据美联社报道,维珍银河的太空船2号将会在2011年搭载首批太空游客进入太空,该飞船是由一种特殊的飞机推动从地面带入高空释放。而且私人公司不需要国家和政府的资金支持,反而有自己的经费和赞助来研制新型的飞行器——太空船2号的投资耗费便达到4亿多美元。另外,而很多对“太空旅馆”感兴趣的富豪,也在这种计划中预定了客房。私人太空旅游企业一位负责人表示,一位匿名的亿万富翁已为太空旅馆项目提供了30亿美金的启动资金。

 

不管是从技术还是从财力来看,私人航空都比NASA来的底气更充足。而奥巴马政府在今年2月提出的新太空计划,也鼓励私人企业参与投资太空领域,美国宇航局局长查尔斯·博尔登表示,在美国财政预算拮据以至于几十年来发展太空技术的资金严重不足的时候,需要让私人机构充分参与进来,改变NASA的现状并使之在创新与载人航天方面发挥重要作用。


 
  航天飞机是一个时代的产物也是人类探索太空的文化象征,尽管其诞生后有种种不完美之处但它们为国际空间站的建设与维护、对空间探索项目的推动起到非常重大的作用。在当下,国家的太空竞赛已经更多地偏向于连横合作,同时如何寻找更为经济实用和安全的航天器成为很多国家新的目标。曾一度走在时代前沿的美国也许真会如奥巴马所言选择跟私人企业合作,或者与其他新兴航天大国合作开发新的航天载体,比如中国。而航天飞机,则只需要好好待在博物馆里被人观赏。

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编辑:王暐 视觉:陈子宇
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