人类历史上最伟大也备受争议的科技产品——航天飞机!

2022-12-04 阅读3005 评论0 喜欢0

在人类进入太空时代的起点上,航天飞机的出现无疑给出了未来人类征服太空的最优方案:重复利用、空天一体,可以方便人类往返太空。然而,美国的航天飞机并没有达到预想中的目标,它过于复杂(超过 250 万个零件)、过于昂贵(单次发射费用 5-10 亿美元,5 架航天飞机花掉了 2000 多亿美元)且出现了两次悲惨的爆炸事故。16年前,哥伦比亚号航天飞机在返回地球期间失事,解体坠毁,7名宇航员全部罹难,它和挑战者号失事并列为人类航天史最为惨重灾难。前后40年的航天飞机项目烧了天量的钱,5架花了超过2000亿美元。135次任务,平均下来近15亿美元一次。现在的国际空间站项目,美国大概一年全部预算仅在15亿美元左右。

但是,这些丝毫不妨碍它在人类航天史上的伟大地位,它带给了人类大量的技术反馈,唯一遗憾只是它的出现太过超出当时人类的科技水平和时代需求。

 

航天飞机项目历来备受争议,很多人认为它是一个失败的项目。那么我们先来好好讨论下,航天飞机是个失败的项目么?再在其中穿插讨论技术。

反对派:当然是失败的项目。

理由如下:

1. 烧了天量的钱,5架航天飞机(1981哥伦比亚号,1983挑战者号,1984年发现号,1985年亚特兰蒂斯号,1992年奋进号)花了超过2000亿美元,这些费用够维持4个核动力航母战斗群几十年了;主要原因在于所谓的可回收大大超出了计划,原计划单次6000万美元的费用飙升了10倍。

2. 航天飞机过于复杂,容易出事,哥伦比亚号(2003)和挑战者号(1986)两次失事,成为人类史上宇航员伤亡最大的航天事故,每次都死亡7名宇航员。航天飞机共计正式发射135次。

3. 功能实在有限,只能在近地轨道使用,无法执行大型的项目,比如登月;由于自身重量过大(78吨),真正的有效载荷只能做到20-25吨。

 

我认为:当然不是失败的项目。

理由如下:

1. 航天飞机集成了美国航天各个技术顶点

单从推进系统而言,目前我国最强大的火箭是2016年刚刚试射成功的长征五号,以及人类历史上最强大的土星五号火箭,作为对比。

航天飞机助推器:全世界最强,遥遥领先苏联。固体助推做到了单个推力1250吨,土星五号并没有助推器,但主发动机的推力也不过是700吨级别。

我国还没有大型的固体助推器,长征五号的助推器是液氧煤油YF-100发动机,推力是这个固体助推10分之一;且自1981年首次发射起固体助推器可重复回收(大部分零件),2011年亚特兰蒂斯号做完航天飞机第135次飞行任务退役时,固体助推器上依然有1981年首次发射时的零件

航天飞机主发动机:液氧液氢RS-25发动机,土星五号J-2的1,7倍,中国最好、长征五号上YF-77液氧液氢发动机的3.5倍;航天飞机这个主发动机是可回收的,设计回收次数150次,这个回收次数简直太无情;

轨道转移发动机:类似各大火箭的上面级,但也达到了5吨推力。能做到15个小时工作时间,1000次启动。我国最先进的远征二号,公开数据显示2次启动能力,1.3吨推力。

航天飞机比土星五号水平都高了一大截,我国目前计划的长征九号火箭,要按照土星五号级别做,都计划到2030年首飞了,美国是1967年就首飞了土星五号,1981年就首飞了航天飞机。

每一架航天飞机都有超过250万个零件,370公里长的线缆,27000块防热瓦,是人类有史以来造过的最复杂机器没有之一了

2. 航天飞机的技术反馈奠定了美国几十年的航天技术制霸

航天飞机虽然2011年遗憾下马,但它的技术积累却一直在被使用。

航天飞机这种固体助推+液氢液氧主推的推力系统,直接被美国下一代土星五号火箭-太空发射系统(Space launch system)拿来使用,后者已经测试完毕,2019年首飞。

航天飞机固体助推器回收早在1981年。助推器就是火箭一级的效果,这也启发了后来的Space-X做火箭回收,而且SpaceX使用的很多技术跟航天飞机的各项技术积累是密不可分的。

去年轨道科学公司又测试了一款固体助推器,破纪录了,也是在航天飞机固体助推基础上改的。

而轨道器(类似飞机那部分)的回收设计也是150次,这部分简直是黑科技。

航天飞机气动很复杂,尤其是返回大气时类似飞机的外形带来很大挑战。航天飞机先后用过十几种隔热材料/瓦,它们为后来猎户座飞船等的设计积累了大量数据和经验。

3. 航天飞机是一个缺一不可的大系统

它不仅是一个超强的火箭,很多系统的综合缺一不可,苏联在很多分系统上准备充分,也是倾尽全国之力,然而在一个环节失败就最后失败了,苏联解体后就更不用说了。(唯一的暴风雪号在暴风雪中被仓库砸毁了。。。,悲剧)

苏联也为了自家的航天飞机设计了世界上推力最大的能源火箭,推力甚至超过了土星五号,然而完全没用上;

航天飞机转运需要大飞机背着,美国用的是波音747改进,苏联也为航天飞机设计了世界上载重最强的安225运输机,然而也没用上;

 

下面是航天飞机发射基地,卡纳尔维拉尔角+肯尼迪中心,发射架一条线蔚为壮观

 

航天飞机转运的履带运输车,自重2400吨,世界最大的履带运输车

 

在这些重要的系统中,我国的载重运输车和发射场应该差距不多。但单单一个能扛得起来航天飞机这种重量的大型运输机,估计也要等很多年了。

所以航天飞机是当年美国把各个领域的顶级技术集中到一起做出的一个产品,退役并不代表这些资金的投入没有价值。航天飞机虽然被雪藏了,它创造的顶级技术却一直存在。

航天飞机项目先后持续近40年,NASA里五大中心(约翰逊、马歇尔、戈达德、肯尼迪和斯坦尼斯)全程主要负责,带来了大量经费和科研产出;

它的制造商,洛克希德·马丁,波音,轨道科学都是世界顶级的防务/航空/航天公司,在航天飞机项目上赚的盆满钵满。

尤其是洛马的成长,在航天飞机项目周期内大量并购整合美国防务公司,现在是全世界最大的防务/军火公司。航天飞机项目消耗了美国半导体、集成电路、计算机、微电子等行业早期三分之一甚至一半的产品,直接促进了美国这些行业的崛起,全球领先。美国的大学和科研机构参与的毛毛多,这就不细说了。还有政治和文化价值。

它的退役也不全是资金的问题,有如下很多因素:

a. 其他火箭的竞争。航天飞机运力20吨很鸡肋,很多NASA培养的其他公司也有不错的火箭产品,比如泰坦、三角洲、宇宙神等,导致航天飞机很多发射任务被抢;

b. 航天需求发生变化,尤其是国际空间站的存在,使得近地载人航天任务变得不再神秘。NASA在把近地任务部分下放给商业航天公司,自己重新把眼光放在新一代火箭航天器和深空探测任务上。航天飞机用处减少。

c. 商业航天崛起,可替代方案逐渐成熟。现在商业航天顶起了美国半边天,同样的任务,Space-X、轨道科学公司的价格只是航天飞机的十分之一,航天飞机就彻底没意义了。

所以,我国当然没有必要重新做一架航天飞机,性价比太低,且貌似技术上20-30年内还真很难做出来。

但并不代表航天飞机的技术就不值得做了,它是当时做的太牛了,大家没想到会这么贵!

更何况现在国际形势那么好,冷战的军备和科技竞赛消失不见,政治和军事压力不大。

我国的航天投入只是NASA预算的零头,只够专心做载人航天,那就更难达到航天飞机的水平了。人家比你优秀,哎,还比你有钱。

但也没办法,欠的账太多了,只能先解决一个个从0到1的问题。

所以更应该向中国航天人致敬!

不只是科技数码,还有一些有趣的生活分享给大家

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