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个/性/化/教/育/行/业/领/跑/者
2025/08/04
1981年，在佛罗里达州卡纳维拉尔角的一个炎热的四月天，人类历史上最先进的飞行器升空了。它看起来像是飞机与火箭的混合体——笨重、庞大，几乎不可能实现，但却充满希望，技术先进，前景光明。它不仅仅是升空了——它立刻打破了此前所有关于太空飞行的规则。
在那“从前”的太空时代，飞船升空之后就基本上是“消失了”：烧毁、坠入海洋，或永久留在轨道上。而这一次，它回来了。它像滑翔机一样降落，没有爆炸、没有特效，只有起落架与混凝土接触时轻微的摩擦声。这是“哥伦比亚”号的首次飞行落幕——也是一个新纪元的开始：太空不再是单程票的终点，而是往返之地。
“航天飞机”（Space Shuttle）——是一场试图重写物理、经济学乃至太空飞行理念的尝试。它是可重复使用的，有人驾驶的，能够运输人员和货物并将它们带回地球。它成为了希望的象征、技术的奇迹、悲剧的主角，最终也是人类在探索太空历史上的一个关键转折点。
航天飞机的理念并不是凭空出现的。1969年，当“阿波罗11号”在月球上留下人类的脚印时，美国国家航空航天局（NASA）就已经在思考：“下一步是什么？”月球已被征服，胜利已获得，但预算却在削减，公众的兴趣也在下降。NASA需要一个新的目标——不是一次性的探险，不是一场太空竞赛，而是一个系统。一个能让太空变得常态化、极大降低进入成本的系统。
图3：五架航天飞机依次从左到右：哥伦比亚号、挑战者号、发现号、亚特兰蒂斯号、奋进号
最初的构想极其宏伟：太空空间站、月球基地、火星远征……但政治现实要求的是更“务实”的预算数字。于是，折衷方案诞生了——“航天运输系统”（STS，Space Transportation System）。它的核心理念不是征服，而是物流。
航天飞机应如织布机的“梭子”一般，来回穿梭于地球与轨道之间，运送货物、卫星和人员。理论上，一年最多可执行24次任务，每架航天飞机的寿命为100次飞行。盈利方式则靠发射商业卫星。这是人类历史上第一个“金属铸成”的太空商业计划——正中美国经济体系的下怀。
图4：1982年7月4日美国独立日，时任总统罗纳德·里根与夫人一同在加州爱德华兹空军基地迎接“哥伦比亚号”航天飞机返航的宇航员们
但现实比理想要残酷得多。航天飞机并没有像航班那样频繁起飞。30年间，只有135次任务，平均每年4次。不是24次，也远未达到每架飞机飞行100次的目标。但它依然具备令人惊叹的运载能力——能将24.4吨物资送入低地球轨道。在当时，这是无人能及的。没有任何一次性火箭能在货仓容量上与其匹敌：18米长、4.5米直径的货舱，足以装载不仅仅是卫星，还有完整的模块、望远镜、科学实验舱。
航天飞机并不是一艘单独的飞船，而是由三部分组成的复杂系统——它看起来脆弱，却拥有惊人的力量。整个系统像一个“太空巨龙”，其结构可分为三大部分：
下方是两个固体燃料助推器。每个助推器长45.5 米，直径3.7 米，重量590 吨。两个加起来，发射时可提供2600 吨推力，约占总推力的80%。它们使用的燃料是一种混合物：铝粉、氧化剂与聚合物粘合剂。这两个助推器可燃烧123 秒，随后分离、坠入海洋，并通过降落伞回收，再送回工厂清理、重新加注燃料，之后可再次使用。这是当时火箭技术的一场革命——可以重复使用的助推器。
中间是巨大的外部燃料箱，这是一个长47 米、直径8.4 米的椭圆形大圆筒。里面装有103 吨液氢和616 吨液氧，用于为航天飞机的三台主发动机 RS-25（也称为 SSME）提供燃料。这个外部燃料箱本身没有推进系统，只是一个燃料容器。它是一次性的：在升空到约113 公里高度时与飞船分离，随后坠入大气层并大部分烧毁，残骸落入海洋。
顶部是航天飞机本体，即轨道飞行器。其机身长37 米，翼展24 米。配备三台 RS-25 主发动机，以液氢和液氧为燃料，总推力达541 吨。在助推器分离后，正是这三台主发动机将航天飞机推送进入轨道。
进入轨道后，还使用两个 OMS（轨道机动系统）发动机，用于轨道调整、对接操作和返回地球前的减速制动。
航天飞机的发射，是工程学中最受控的“混乱”之一。在发射前6.6秒，三台主发动机启动。在3秒内它们将功率提升至100%。在发射瞬间（T=0），固体助推器点火，八个爆破螺栓爆炸，释放系统。过载可达3倍重力加速度（3g）。
在气动阻力最大的飞行段（称为Max Q），发动机会被限制在65%到72%功率，以避免结构被撕裂。126秒后，助推器在约45公里高度分离。它们会下落、展开降落伞，最终坠入大西洋。而航天飞机则继续依靠外部燃料箱上升。
8分半钟后，外部燃料箱耗尽，发动机关机，燃料箱被抛弃。但这时航天飞机还没有进入轨道。虽然它的速度达到了每秒7.8公里，但在如此可怕的高度下仍不足以维持稳定轨道——它正处在弹道轨迹上。只有90秒后，当航天飞机飞至远地点时，轨道机动系统（OMS）的发动机才启动，给予一次推进，使航天飞机进入环绕轨道。
这套流程极为巧妙。它的轨道设计使得外部燃料箱无需进入轨道——它将坠入印度洋。而航天飞机得以留在轨道上，进入轨道飞行阶段。
再入就是一种可控的坠落。在接近降落地点半圈轨道之前，航天飞机会尾部朝前翻转，并启动轨道机动系统（OMS）发动机三分钟。这次减速脉冲会将飞行速度降低322公里/小时，这就足以让轨道的近地点进入大气层。
翻转之后，航天飞机以40°的迎角（机头朝上）进入大气层，这样可以实现最大的空气阻力减速。机翼前缘和机身前部的温度会升高到1650°C。热防护系统由上百块隔热瓦组成，每一块都具有独特的形状和安装位置。瓦块紧密排列，如同拼图，经受住了地狱般的考验。
航天飞机会通过S形机动来持续降低速度，倾斜角度最高可达70°。这不是为了美观，而是为了分散热量，避免某一侧过热。飞行中的过载为1.5g，算是比较温和，几乎是舒适的。但此时机外是高温等离子体，航天飞机无法像在正常大气中那样进行机动。
在500米高度时开始平飞调整，随后起落架放下。接触跑道时的速度为每小时350公里。之后释放一个直径12米的减速伞，在速度降至每小时110公里时切除。直到此时，航天飞机才真正变成地面交通工具。
这是一次不能重来的降落。没有任何犯错的余地，没有备用机场。只有一条跑道，只有一次机会。
航天飞机上的乘员人数从两人到八人不等。最高纪录是1985年“挑战者号”上搭载了八名宇航员。通常来说，航天飞机上有五至七名乘员。指令长和驾驶员位于驾驶舱内。下方是乘员舱，宇航员们在那里生活、睡觉、吃饭。乘员舱的容积为65.8立方米，设有11个舷窗，还配备了厕所、餐桌、睡眠区以及实验工作站。
航天飞机完全由人手操作。机上资料重达90公斤的纸质文档，没有任何数字平板设备。所有信息都显示在模拟仪表、显示屏和电路图上。宇航员要经过多年训练，才能学会“感知”这艘飞船的状态。因为一旦发生事故，他们只能靠自己。
货舱是航天飞机最大的优势。货舱里装有**“加拿大机械臂”（Canadarm），长度达15.2米**，可从驾驶舱内远程操控，在失重状态下能举起最多29.5吨的物体。借助这只机械臂，航天飞机可以部署卫星、运输国际空间站模块，甚至捕捉卫星进行维修。
货舱舱门不仅仅是普通的“门”，它们还是航天飞机的散热器。舱门内部安装有专用的散热板，将热量辐射到太空中。如果没有这些舱门，航天飞机上的电子设备在一小时内就会过热烧毁。
第一次灾难发生在1986年1月28日，“挑战者”号，在飞行第73秒时失事。原因是在固体助推器的连接处，密封环受损。那天夜里温度为零下4摄氏度。工程师们曾警告：这种橡胶材料在如此低温下无法正常工作。但发射依然被批准。密封环未能承受，高温气体喷出，烧穿了外部燃料箱。系统随即崩溃。严格来说，航天飞机并未爆炸，而是因气动载荷解体。机组舱保持完整，机组人员在坠入海面撞击时遇难。
第二次灾难是“哥伦比亚”号，发生在2003年2月1日，任务返回途中。在升空阶段，一块来自外部燃料箱的泡沫击中了机翼前缘，损坏了隔热瓦。工程师们察觉到可能存在问题，请求立即获取轨道上的照片。但NASA管理层认为无必要为此增加发射前的复杂流程。当航天飞机重返大气层时，高温气体进入机翼内部，熔毁了结构。整架飞船在60公里高空解体。
这两次灾难，是系统性思维所带来的风险教训。当时间表的压力、政治因素和等级制度淹没了工程师的声音，代价可能就是死亡。
最后一次发射——2011年7月8日。“亚特兰蒂斯”号，任务编号STS-135。乘组4人，特意缩编。以防万一。因为再也没有航天飞机可以执行救援任务了。如果出了什么问题，乘员就只能留在国际空间站。
飞行持续了13天。送去了货物，进行了实验，然后返回。2011年7月21日——着陆接地。寂静。再无后续的发射。
航天飞机退役进入博物馆。“企业”号去了纽约，“发现”号在华盛顿，“奋进”号前往洛杉矶，“亚特兰蒂斯”号留在卡纳维拉尔角。它们仿佛幽灵般的飞船，凝固在永恒的待命状态中……
15. “哥伦比亚”号（STS-35）（左）驶过“亚特兰蒂斯”号（STS-38）
……航天飞机离开了舞台。但每一艘都证明：可重复使用的飞船是可能的。这一认识成为SpaceX、Blue Origin、“星舰”项目的基础。如今火箭的垂直回收着陆，正是航天飞机理念的延续。它们让世界明白：太空不仅属于英雄。它属于工程师，科学家，后勤人员……属于每一个人。返回搜狐，查看更多
