五千年(敝帚自珍)

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家园 【原创】失之毫厘差之千里--谈航天飞机的谢幕

随着亚特兰蒂斯的降落,航天飞机,这个曾经承载着美国的光荣和梦想的名词,终于走完了他最后的历程。航天飞机的废弃,标志着人类航天发展的重大挫折,标志着太空穿棱梦想的破灭。面对这一无言的结局,我们不得不去沉思,一个并不天才的想法,一个本来认为肯定可以实现的思路,为什么会失败的如此彻底。三十年时间,只是一个轮回,似乎只是为了证明,前路不通。

航天飞机的出现,有很多个推动力,但最根本的就是人类的飞天梦想。宇宙飞船,虽然将人类送上了月球,但就这种蹿着上去摔着下来的一次性的消耗品,注定了它的昂贵,也注定了它无法平民化。看看《星球大战》,看看那里面纵横宇宙飘然起降的飞船,就知道,人们心目中的航天器是什么,重复使用,只有重复使用,才能够降低成本,才能够将航天普及。这是大众的梦想,更是航天科技人员的理想,飞机可以反复使用,飞船为什么就不能呢,如果飞船不能,那我们不要飞船,我们要飞机,能航天的飞机。无论是刚刚将人送上月球的美国航天局,还是刚经历了登月梦幻的普通美国人,都拥有着无比奋发的意气,有着无比爆棚的信心,准备再给世界人民(特别是苏联人民)一个大大的suprise,这是一场全民科技狂欢的盛宴。

这个想法一被提出,就激起无数智慧的火花,绝妙的想法,实用的功能,便宜的费用,成熟的技术,似乎一切都是现成的,一切都是顺理成章。六七十年代是科技拓荒时代,人类把自己送上了月球,同时不断将飞行器送往其它的星球,甚至,还发射了一个联络外星人的飞船让它到宇宙去飘荡(三十多年后的今天终于走出了院门),当然,更不能忘记,航空界的巨无霸--波音747,也是出自那个时代。造一架能在太空穿棱的飞机,为什么不呢?有很多的困难,当然如此,但人类的每一步,不都是在超越困难吗?

目标就这么定下来了,接下来就是实现了,而最首先要确定的就是哪些部件可以重复使用。其实一次性飞船也不是所有的东西都是消耗品,太空旅行不是“板哉冲锋”,将人整个儿送上去,就必须全须全尾的送回来,因此那个装人的返回舱,本身也并没有太大的损坏,其实只要科技人员稍做努力,即可以在下次发射时再次使用。但如果只是返回舱复用,这样的工程既不经济也没有技术含量,必须让尽可能多的东西返回地面,这才是目标,或者说,既然是航天飞机,那么就应该有个飞机的样子。

实际上,我们从航天飞机的整个架构设计和发射过程,都能看到尽可能重用的思路。航天飞机由固体火箭助推器、外挂燃料贮箱和轨道器(即航天飞机)三部分组成,其中只有外挂燃料贮箱是一次性的,其余两部分,都是可以重复使用。如果和宇宙飞船进行类比,航天飞机的轨道器就相当于宇宙飞船的轨道舱加返回舱,但轨道器的体积显然要大的多,它长约37米直径约4.5米,并且是可以全部返回地面的,与之相比,宇宙飞船的返回舱是直径不到3米的圆球。

因此,航天飞机的进步绝不仅是可重复使用,这种体积的差别,实际上是一种质的飞跃,它能将更多的东西带到太空,也能将这些东西带回地面。它拥有更大的容积,更多的返回舱位,这也是为什么我们经常看到,航天飞机可以承载7人,而宇宙飞船只有3名成员的原因。实际的差距不单是人,更有货物的运输能力,航天飞机可以一次承载30吨货物,而与之相比,俄罗斯的进步号飞船只能载货2吨。

从上面的数据来比较,航天飞机与宇宙飞船相比,无论从什么角度,都有着无与伦比的优越性,都应该是宇宙飞船的替代产品,但最终的结果,却是航天飞机退出了,从美国新载人航天器的规划来看,这就是一个宇宙飞船的放大版。是什么造成了这种结局呢?

三十多年来,航天飞机却一直被一个厄梦所萦绕,那就是安全。对于任何航天器而言,最大的安全问题,来自于上天和落地这两个阶段(其实这和飞机一样,飞机的最大危险来自于起飞和降落)。上天,这个问题实际上在卫星发射时代就已经存在并着手解决,人类积累了丰富的经验,可以说,现在上天阶段的问题其实都可以说是技术事故,而落地阶段,对于航天器而言,则主要面临两个问题,一个是在进入大气层初期不能被烧化了,另一个是在落地时不能被摔碎了。在这两个问题上,由于宇宙飞船和航天飞机的目标完全不一样,也就采用了完全不同的解决方案。

宇宙飞船的目的很简单,就是将人安全地送上天,再安全的送下来,因为它是一次性消耗品,所以技术人员只要解决一次上天再一次落地的问题就行。当然,为了完成这个目标,科技人员仍然使用了很多高精尖的技术,但最有效的,却也是最原始的,一个是在返回舱外面刷层漆,通过漆的燃烧来降低温度从而保护舱体外壳,另一个则是使用降落伞,保证返回舱可以减缓降落速度,而把返回舱设计成球体,实际上也是为了保证降落的安全。在降落的大部分阶段,实际上都是这些原始技术在保护着飞船,而其稳定性,也随着回收次数的增多,而变得极高。

但航天飞机的重复使用特性则将目标要求高很多,它采用了飞机的机翼布局,这一思路确实解决了飞机落地的问题,保证了飞行器在降地时可以不受过大冲击,可以如飞机般重复使用,但这也使得航天飞机的复杂程度远高于返回舱(毕竟我们知道,飞机的降落是飞行事故的最集中阶段之一)。而在解决了解决进入大气层时高速摩擦生热的问题上,航天飞机必须保证机体不受损害,刷漆燃烧的方法显然是不适用的,因此航天飞机采用了另一个高精尖的技术,即在其外层贴上耐高温的陶瓷片作为外壳,而这一技术,在现在看来,无疑是一个灾难。

如果说八十年代挑战者号爆炸可以看成一次技术事故的话,那么从哥伦比亚号开始的事故,更应该称为设计缺陷。在哥伦比亚号,因为耐高温陶瓷片的松动,造成热量侵入内部,从而使不耐高温的内壳及框架融化,进而引起飞船的整体解体。而这样的事故并没有因此终止,在后续的飞行时,出现了相同的问题,只是因为发现的早,而通过舱外维修才避免了相同的悲剧的发生。

从航天飞机第一次发射开始,科技人员就在不断地加强其安全性,但是航天飞机的本质问题仍然存在,那就是可重复使用。因为航天器安全的根本威胁是其速度,在上天时,航天器要在很短时间内达到第一宇宙速度,而在降落时,则必须以这一速度进入大气层。因此,航天器的每一次飞行,实际上都是对它的一次破坏性实验,而其破坏性,已经远大于人类工程学可以控制的程度。作为一次性消耗器的宇宙飞船,我们根本就不关注飞行后的情况,而航天飞机的目标则是重复使用。于是,它的每一次发射前和降落后,维护测试工作都必须是全面的,随着安全检查和设备的增强,维护的工作量也越来越大。最后,人们发现,航天飞机发射一次的成本,竟然远远超过了宇宙飞船的发射成本。

于是,航天飞机就变成了白象,这头白象不是别人送来的,而是自己养出来的。重用的设想,竟然要花费更多的金钱,虽然它很先进,虽然它仍然可以改进,但是,维护它的成本,足以养出一只能够干出更多活的马队。

理想是美好的,但现实是残酷的,航天飞机只能黯然谢幕。面对它的离去,我们只能暗自神伤,星球大战的梦想,太空穿棱机的时代,何时才会再次实现!!

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