失之毫厘差之千里--谈航天飞机的谢幕

河蚌 · 发表于 2011-7-22 23:40:32

   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。而面对它的离去，我们只能暗自神伤，并且感叹，星球大战的梦想，太空穿棱机的时代，何时才会再次实现！！

河蚌 · 发表于 2011-7-23 09:29:10

回复不爱吱声的帖子

CZ-2F的起飞重量是近500吨，承运力是8吨。欧洲要做的货运飞船是8吨载核，而发射时的重量应该在600吨以上。
这实际上意味着人类出现了工业文明下的运输瓶颈，这类似于农业文明的运输问题，依靠人力或蓄力，要把粮食运到目的地，需要同时准备二倍的粮食作为路途耗费。
以火箭方式，航天永远只能停留在科技领域，而无法商业化。

河蚌 · 发表于 2011-7-23 09:58:04

回复猫元帅的帖子

飞船起飞重量超500吨，最后回收只有不到3吨，里面只能坐3个人。这个太贵了，无法商业化。航天飞机起飞重2000吨，飞船着陆时重量70吨左右，可以装7人，另外，辅助助推器也可以重用。这个费效比要高的多。如果不是安全问题，已经可以商业化了。

河蚌 · 发表于 2011-7-25 21:55:51

回复旅途愉快的帖子

其实航天飞机后，美国就没有明确的太空计划了。猎户座，其实就是把航天飞机前的飞船拾起来，加大一点而已，但不搞，那空间站只能依靠俄罗斯的飞船了。
私人的商业飞行，那个吸引点眼球可以。论实在的，还不如俄罗斯的飞船呢，俄罗斯的飞船可是明码标价，进入实际操作的。

河蚌 · 发表于 2011-12-25 09:46:16

本帖最后由河蚌于 2011-12-25 09:46 编辑

砺剑发表于 2011-12-25 08:32
0 F, t$ G" `! p* C" g, [/ V看过一个科普文章说航天飞机上面电子计算系统过于老化，也是提前退役的一个原因，就是不知道他们美国不对航 ...

我觉得这个不是主要原因。控制程序，很多都有几十年的历史，不会轻易更新，稳定运行才是系统的根本，而先进性，则是出现技术飞跃时才会考虑的。这也是先进工艺无法买来的原因，你买来的是先进设备，而内置程序，你不知道源码，如果没有积累，连逆向工程都做不出来。
中国的载人航天，外国人都说用的是苏联六十年代的落后技术，但这些技术成熟可靠。而且，你看控制中心里面的大屏幕控制界面，这肯定是最新的科技成果。所以，现代科技就是成熟技术与先进技术的结合。
我觉得科技就是一个不断积累的过程，积累在内部的核心层面的东西，可能是很早之前成型的，而整个系统分模块不断地升级，到了一定阶段，当觉得系统有了更大的需求，也有了相当多稳定的技术后，再对整个系统进行重构。想想2000年时的千年虫问题，就知道，多少程序都用了几十年了。

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