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尤其是在1986年和2003年航天飞机先后两次失事后,人们开始越来越迫切地期待“未来”号航天飞机的出现。
瑕瑜共存的飞行器
早在1969年4月,美国航空航天局就提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。第一架航天飞机“哥伦比亚”号升空,揭开了航天史上新的一页。航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身,它能像火箭那样垂直发射进入空间轨道,又能像卫星那样在太空轨道飞行,是一种多功能的航天飞行器。
然而,航天飞机有很多缺点,无论是在外形、发动机还是防热设计上都相当复杂,所以需要花费相当高的费用;航天飞机每次返航后都要进行大规模的检修,不可能进行频繁的飞行;更主要的是用航天飞机发射卫星时需有2~3名宇航员陪着升空,这样做既不经济也不安全。
另外,航天飞机既不能像普通飞机那样从跑道上起飞,也不能自由地选择飞行角度,而且在飞行过程中还要分离两个火箭助推器,然后还要再分离一个外贮箱,其过程不仅复杂,而且耗资也较大(外贮箱不能重复使用),对航天飞机进行彻底的改造已势在必行。
新奇的飞行路线
人们期待着的“未来”号航天飞机到底会是什么样子?它又是怎样飞行的呢?
美国的“太空通道”计划将建造一种冲压式喷气发动机做动力的航天飞机,这种“未来”号航天飞机摆脱了火箭助推器和外贮箱的累赘,其外形尺寸将与波音747客机差不多,而且它也不再采用垂直发射的方式,而会像普通的飞机那样从跑道上起飞,并可选择任意飞行角度,飞入空间轨道。
“未来”号航天飞机从机场跑道上起飞,飞行到大气层边缘的高空。在那儿,航天飞机将发射一架火箭。火箭会把一颗卫星送到更高的运行轨道,也就是到达了离地球35.4千米的高空。身躯巨大的航天飞机和这小巧的火箭会飞回来,并且像普通的飞机那样降落到地面上。
高效的推进装置
为了克服地球引力的作用,飞行器必须加速到每小时4万千米以上的速度。目前将22吨有效载荷加速到这个速度需要接近1000吨重的火箭,其中大部分都是液态氢氧燃料以及盛放这些燃料的燃料箱。现在的火箭都是在升空之后将用完的空燃料箱抛弃,航天专家认为这种“多级”火箭策略是一种非常浪费而且笨拙的方案。
“未来”号航天飞机的发动机采用新颖的超音速冲压式喷气发动机,在研制这种发动机的时候,科学家遇到了一些重大的技术挑战。由于超音速冲压式喷气发动机只能在海拔非常高的稀薄大气中工作,而且速度要高于声速的5倍,这样的飞机必须采用更多的常规引擎技术才能完成起飞和着陆。
由于太空中没有氧气,“未来”号航天飞机还是需要携带一些液氧用于太空轨道运行。航天飞机的超音速冲压式喷气发动机工作时,在超音速状态下从大气层中吸收氧气,进行压缩。然后,让它在一个特殊的气缸中与其自身携带的液态氢进行燃烧。在加速到声速的若干倍之后,飞机将会竖直向上升入轨道。
航天飞机的权威设计师告诉我们,这种“未来”号航天飞机的升空,将是人类在征服太空漫长征途中迈出的重要的一步。它将使未来的太空旅行成为更舒适、更方便,也更适合普通大众的一种平常的飞行。
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