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航天飞机背后的故事有哪些

老翟杂说百科2022-11-28美食美味人已围观

波音的生长史-第一期 华人工程师拯救波音,下面一起来看看本站小编老翟杂说百科给大家精心整理的答案,希望对您有帮助

航天飞机背后的故事有哪些1


它是世界上最大的民用和军用飞机制造商之一。它是美国国家航空航天局的主要服务商,它服务的对象包括之前的航天飞机和现在的国际空间站,它的客户分布在全球90多个国家。全球在执飞的民用航空机队中75%的飞机都是它生产的,它也是美国最大的出口商之一。这个公司就是航空界的巨鳄,波音公司。关于这个公司的历史,其实有很多不为人知的故事值得玩味,而近两年,这家公司的问题频出,当然这并不是偶然现象,而深层的原因还需要咱们深挖,那么老规矩,咱们要聊还得从根儿上聊,聊一聊这个公司是如何发展和壮大的,是如何在历史中一次次聚焦了世界的目光的。

威廉·爱德华·波音,波音公司的创始人,没有之一,这个公司是在他35岁时才一手创立的。按照咱们中国的俗话说,威廉·爱德华·波音是大器晚成。当然,波音公司能在初期快速的增长,还跟一位华人工程师有关。

波音其实从小就喜欢机械,只不过因为命运的原因,在大学没毕业的情况下就回到家乡跟他父亲做木材生意了,但是男孩子嘛,大多都对机械比较迷恋,更何况那还是在上个世纪初,第一次工业革命开始后,各种技术正如火如荼爆发式发展的时代。

1903年,莱特兄弟发明了第一个靠动力飞行的飞行器,也就是现代的飞机,经过几年的发展,飞机的性能也越来越先进,在波音29岁的时候,洛杉矶举办了一次飞行比赛,波音第一次见到了这种靠内燃机驱动的飞行器。并被它深深地吸引,1915年,波音首次坐上了飞机体验了一把,但是当时的飞机,基本都是表演性质的,就像现在的四旋翼无人机刚刚开始流行的时候大家更多是把它当做玩具是一样的,当年飞机在刚刚发展的时候,受制于制造技术的限制,飞机的实用性还并不高。

当时波音乘坐的飞机,是柯蒂斯飞机,这种飞机甚至都没有机头,更没有后期飞机所具有的操纵杆,升降舵、座舱等等常规的设置,甚至外观看上去都和当年莱特兄弟的飞机没有什么实质的变化,飞行员和乘客都是直接坐在机翼上。当波音从这架简陋的柯蒂斯飞机上下来的时候,就坚定了它要制造飞机的决心,因为他觉得,他完全可以凭借自己的技术建造出更好、更先进的飞机来。

1916年,波音在河边买下了一个红色的谷仓,在这里创办了太平洋航空产品公司,同他的朋友海军上尉乔治•韦斯特维尔特一起开始设计教练机和水上飞机。心细的朋友可能听出来了,太平洋航空产品公司其实是波音公司的前身,不过它只存在了一年而已。他们起初买了一架当时已经相对比较成熟的马丁型教练飞机,打算根据这种飞机进行模仿和改进,然后设计一款属于他们自己的飞机。不久,波音的第一款飞机,名为B&W蓝凫[fú]号的飞机就升空了。

B和W是波音和韦斯特维尔特名字的首字母,这架飞机的设计,从外观上看就已经非常像现代的双翼飞机了。但先进的设计并不代表人们就能很快地接受这款产品。对于商业公司来说,运行下去最大的动力是订单,如果没有订单,那么公司是不可能生存的,虽然波音和韦斯特维尔特的第一款飞机的性能相比他们当初买的马丁型已经有了很大的进步,但是整体的飞行稳定性却不尽人意,不过因为当时一战爆发,军方手中有大把的飞机订单需要采买,波音很快联系了军方,向他们推销自己的产品,可是当美国军方试过这个飞机后,提出了很多需要改进的地方。

而与此同时,也是因为一战的爆发,他的朋友海军上尉乔治•韦斯特维尔特也被指派到远离家乡的地方去服役了。美军的订单没有着落,产品还是个半成品,好朋友又即将离开,波音只好把这架被美国海军放弃的产品卖给了新西兰,而对于军方提出的飞机性能的改进,波音始终无法找到解决办法,毕竟两个人撑死了算是飞行发烧友而已,并不是科班儿出身的设计师,所以对于飞机的深入研究他俩就有点力不从心了。

没有足够的订单,就没有利润可言,公司就失去了继续发展下去的动力,甚至一度走到了即将要倒闭的关头,这时候,韦斯特维尔特找来了他的工程师朋友,一个中国人,让他来帮助改进B&W飞机。正是这个中国人的到来,改变了波音的命运。可以说波音之所以能发展到今天,也正是靠了这位中国人的技术支持,他就是被称为波音之父、中国近代航空工业主要的奠基人之一的王助

这里我很有必要占一点字数杂说一下王助工程师,他是土生土长的北京人,因为庚子之乱逃到外地,后因成绩优异被公派留学到英国学习造船技术,在此期间,他有幸和他的挚友巴玉藻体验了一把航空飞行,而他们乘坐的飞机也是寇蒂斯型,就是波音体验的那个型号的飞机,至此,王助和挚友巴玉藻被飞机深深的吸引。

随后王助和巴玉藻以优异的成绩考入了美国麻省理工学院,专攻航空工程专业,并成为了麻省理工大学航天工程专业的研究生,还成为中国拿到航空硕士学位的第一人。因为当时正值一战爆发,王助非常想回国建立起咱们中国人自己的航空工业,但是不凑巧,赶上国内袁世凯称帝,公派费用被取消了,没办法,他和巴玉藻只能暂时留在美国,找工作攒路费。

幸运的是在导师的帮助下,他认识了波音的助手韦斯特维尔特。韦斯特维尔特在和王助讨论机械问题的时候发现王助的才华完全可以代替他,并完全有能力帮助波音公司改进产品,随后韦斯特维尔特就在调任前将王助介绍给了波音,波音也很爽快的雇佣了王助为他们的工程师,他也是波音公司历史上的第一位工程师,也是第一位总工程师,王助的到来很快就帮助波音改进了最初型号的种种不足,根据原来的产品重新设计出了Model-c型飞机,

并首次将升降舵运用在了飞机上,这架飞机,被波音誉为“the first and the best”(第一和最好的一架),并且波音凭借此架飞机成功地赢得了美军的50架订单。帮助波音取得了生存下去的条件,也为波音奠定了百年基业的基础。

后来,还利用他在C型机上积累的宝贵经验,为华盛顿大学建造了一个实验性的风洞设备,而怀揣报国愿望的王助不久后就回到国内,并和巴玉藻一起设计出了中国第一架飞机“甲型一号”。并在国民政府担任中国航空公司总工程师,先后设计了15型飞机,期间,他还办起了教育班,招募全国有志人才,随后还以个人名义给自己在麻省理工学院的老师写信,推荐了一个人去攻读那里的航空工程专业,这个人就是大名鼎鼎的钱学森。1949年,两航起义成功,王助作为中航公司总经理秘书,有失察之过,后被免职,去往台湾。可以说,王助在归国后,为中国航空事业做出的贡献是非常巨大的。还为国人培养出了一大批热爱航空航天事业的人才。正是因为这些人才的加入,让咱们航空航天技术的发展至少提前了50年。

那么话题再回到波音,虽然王助只在波音工作了一年不到的时间,但是却帮助波音拿到了美军50架飞机的订单,不过,到一战结束的时候,波音也才交货了不到30架。但好在波音公司活下来了,并且逐步走向了正轨,除了不断地研制更先进的飞机之外,波音还利用自己的飞机,开始了邮政运输业务,并利用逐步积累下来的资金,发展更大的飞机用于航空客运。但是毕竟,当时的飞机性能还不能跟现在相比,飞机出现问题的情况也是屡见不鲜,所以相比于飞机来说,人们还是愿意选择更脚踏实地一些的火车。而选择坐飞机的人虽然都是一些有钱人,但是他们大多也都是带着各种疑问和疑惑甚至不安登机的,作为飞行员来说,每次飞行不仅要专心致志的控制飞机,还需要不断的解答乘客各种各样的疑问,甚至是乘客各种剧烈的应激反应。

后来实在是没办法了,1930年,波音不得不聘请了一名护士,来安抚时而出现紧张情绪的乘客,而这名经过培训的护士也可以顺便向乘客们普及一些乘坐飞机的注意事项。而这名护士,就是现在空姐的鼻祖。但如果想要让人们放心地乘坐飞机,只是安抚肯定还是不够的,最重要的还是给乘客一个安全的乘坐体验。而不是总坐在一个用木头拼成的壳子里飞行,1933年波音试飞了他们公司历史上也是世界历史上首架全金属外壳的民用飞机,波音247型。

其实这架飞机的设计还有一个故事,因为当时世界上已经有全金属外壳的飞机了,就是德国的容克运输机,而苏联根据德国的容克飞机进行了仿制,

并且很多核心部件也都来自欧洲,苏联的这架飞机为了验证自己的性能,直接从俄罗斯飞到了纽约,而它来到美国后就需要进行例行的检修,这个检修的工作就委托给了当时的波音,波音利用这次难得的机会,详细的研究了这架苏联仿制德国容克的ANT-4型飞机。并很快设计出了自己的波音247型飞机,不仅继承了德国容克的飞机构型,还延续了这款飞机异常坚固的机身结构,

而波音这架飞机不仅有软包舒适的内饰,漂亮敬业的空姐,还有一个卫生间,这是因为,这架飞机的飞行速度可以达到之前双翼飞机飞行速度的一倍,再配合上跟强劲的发动机,它可以执行更长的飞行航线。但实际上,这架饱含了波音最新技术的飞机却催生出了它早期的强劲对手,道格拉斯的DC-3型飞机。

由于当时波音的247在航空界大受欢迎,各大航空公司都争相下订单,可波音的产能有限,并不能按照航空公司的预期交货,这对于身处航空业快速发展之中的美国各大大小小航空公司来说无异于将自己的业务拱手向让。这期间,就有人找到了同为飞机制造商的道格拉斯,而道格拉斯公司根据波音247的各项技术指标进行研究,并利用科学的方法进行优化后,设计除了优化版的波音247,也就是道格拉斯DC-2型飞机,并在次年的英国到澳大利亚的长途飞行比赛中,跑赢了波音247。

随后道格拉斯对DC-2进行了升级,最终诞生了世界上服役时间最长的机型DC-3。

由于它超高的冗余设计,让很多已经6-70年高龄的飞机仍然在天上执飞,咱们南极科考站前几年曾经花重金买了一架极地飞机,巴斯勒BT-67,咱们给他起名为雪鹰,这架飞机其实就是用70年前的DC-3型客机改装而来的。经过现代化的改装后,这架飞机仍然可以游刃有余地执行极地飞行任务,为咱们服务。

波音虽然一手创造了自己的对手DC-3,但是风水轮流转,道格拉斯公司最后并入了麦道公司,

而麦道公司又在20世纪末的时候并入了波音公司,所以道格拉斯DC-3的这些辉煌的历史最终还是回归到了波音门下。但当时的波音,虽然靠拉客、送邮件、卖飞机赚了不少钱,但对于当时众多的航空公司和飞机公司来说,竞争仍然是激烈的,甚至是残酷的,唯一能打破这个局面的就是军队采购,俗话说大炮一响黄金万两。波音凭借早年和军方建立起来的关系,以及2战的爆发,彻底将自己壮大了起来,虽然,波音完成很多个世界第一,比如第一次完成国际邮件的传送,第一次应用空姐,设计了第一个全金属民用客机等等荣耀,但作为如日中天的波音公司的掌门人,他却没能抗住美国总统给他的打击,最后只能黯然退休。欲知详情,还请您持续关注老翟杂说百科,好了那咱们稍事休息,下期再见。

航天飞机背后的故事有哪些2

当传唱百代的神话故事照进如今的科技现实,你能感受到中国航天人的浪漫吗?

从最初的神舟号系列飞船,到飞跃数千万公里的祝融号火星探测车,无论是我们国家在航天事业中研制出的任何一款飞行器,它们的名字几乎全部带有着深深的中国文化烙印。这并不是一种简单的命名方式,而是源于我们对自己的文明,发自肺腑的热爱与情怀。当然,还蕴含着中国人,在历史传统中对于金日银月和满天星辰的向往与敬仰。

那么,我国古代对于天空曾有过什么样的想象?我们现在看到的航天器,又对应着哪些浪漫的传说呢?

老祖宗眼中的天外宇宙

说起中国古人对于他们脚下大地和头顶天空的认知,我想“天圆地方”这个理论,应该是大家最为熟悉和了解的。顾名思义,在我们老祖宗看来,天空像一个巨大且倒放着的盖碗,而被这个盖碗扣住的,就是众生万民赖以生存的大地。关于天圆地方的说法具体出现在何年何月我们并不知道,它可以被看作是一种当时的天文科学,或者一种建立在政治管理和经济基础之上的哲学。但至少肯定的是,这是中国文明对于宇宙最初的解读

在位于北京的奥林匹克公园中,道路两旁对面而立的鸟巢和水立方的形象,正是采用了这一设计理念。

天与地、日与月、男与女,无一不体现着中国古人对于阴阳相应的理论偏爱。除此之外,我们的老祖宗还特别崇尚所谓天人合一的观念,也就是天上的东西一定体现在人体的某个器官上,或者人类社会的某种现象里。

比如最著名的北斗之首——紫微星,就是传说中地面皇城所对应的天神居所。而明清之际,那座华丽巍峨的紫禁城,正是取名自这颗象征封建皇权至上的特殊帝星。

中国现代航天器的命名由来

旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家。就像那座早已不是只有皇家王族才能出入的紫禁城,还有它对应的紫微星,天上的每一颗星星都值得华夏子孙去探索求知。从上世纪七十年代开始,中国正式走进了现代宇宙科技时代,“东方红一号”卫星承载了响亮的乐曲,也迈出了我们跳出天圆地方框架的第一步。从那之后,千百年来中国人九天揽月的梦想,才在真正意义上得以实现。

五十多年过去了,我们发射到天上的航天器越来越多,它们的名字虽然各有不同,却都与曾经的历史传统息息相关。

我们先来聊一聊,大家应该最为熟悉的神舟飞船。航天英雄杨利伟的事迹想必已经家喻户晓,他乘坐神舟五号载人飞船在太空中旋转了二十一个小时,成为了第一位实现宇宙遨游的中国人。

而殊不知,被我国航天局命名的“神舟”之意,还不止驾银河之船漫游天际这一层。如果仅限于此,那也只是一种个人角度的愿望,并不符合我们国家自古以来始终秉承的大同大和思想。所以,神舟代表的另一层含义,是泱泱华夏大地别称“神州”的谐音。这一寓意也就显而易见,那就是希望祖国的发展前途,能随着火箭和飞船一起扶摇直上。

当然,只把一个人送上太空绝不是我们对宇宙科技探索的终点,二十一个小时的时间跨度也只是载人航天任务的开始。2011年,中国人自主研制的第一个宇宙空间实验室“天宫一号”成功发射升空。

此后,技术含量更高的天宫二号也顺利来到大气层以外,真正意义上成为了中国航天员生活起居的宇宙住所。而这个名字,很明显是取自于我国神话传说中,天上的神仙们工作和生活的地方。只是,现实里的天宫并没有云雾弥漫和圣酒仙桃,取而代之的是科学家们,为了让宇航员适应失重状态下的各种情况,研究出的相应生活用品。

如果中国人在太空里的住所叫做天宫,那么用来进行宇宙探测工作的实验舱又该叫什么呢?关于这一问题,航天局官方给出的答案是“问天”

问天听起来像是一个动词,大概表达的意思也是中国人谦虚好学,以谦恭卑微的姿态,向遥不可及的天空发出问题。但实际上,问天还可以反过来解释,也就是出自于战国时期楚国著名诗人屈原的代表作《天问》。屈原留给后人的故事不仅有毅然跳入汨罗江的壮志悲情,还有他数不清的浪漫主义诗作。而《天问》正是这位爱国诗人,向着满天星辰发出的一个又一个大胆的质疑。

敢有这样的气魄,敢有这样的发问,也许与传说中所有楚人的祖先——祝融有着很大的关系。

这里的祝融可不是《三国演义》里那位武力超强的孟获夫人,而是上古五行神之一的火神。我们的眼光并不应该只停留在近地太空轨道,更需要像屈原一样放飞自己的好奇心,去一趟火星怎么样?

在屈原所处的时代里,这颗太阳系里和地球最像的行星被称作荧惑星。但不管它叫什么名字,中国人发射的探测器一定要以我们的火神命名。相传,祝融是华夏始祖黄帝的后人,生活在现今长江中游的荆襄之地,也就是春秋时期的楚国。

根据比较官方的史书记载,曹姓、彭姓、董姓等都是祝融氏的血脉分支。而如果我们以神话的角度出发,祝融是上天司掌明火的神仙,也是他将火种带到了人间。按照这个思路解释,我们把祝融号送上火星,似乎也是期待它能为人类文明带来新的突破。

除了对火星的探索,进入二十一世纪以来,我国的探月工程一直处于有序推进的过程之中。而至于月球探测航天器的名字,毫无疑问是神话传说里飞去月宫的嫦娥。作为射日英雄后羿的妻子,嫦娥本来和丈夫过着幸福平淡的生活。但由于一场意外,让她在中秋月圆之夜永远与心爱的人作别。

在所有中国人的传统观念中,从此月亮就有了主人,还有这位主人的宠物,也就是《西游记》中那只曾经下凡为患的玉兔

纤细修长的运载火箭,倒是真的像身材婀娜的仙女嫦娥。而着陆月球后,运动灵活地探测车,同样与传说中活泼可爱的玉兔十分相似。如果这些都是真的,我们还是希望嫦娥和玉兔可以在月亮的广寒宫里长久为伴。因为她与后羿并没有牛郎织女鹊桥相会的那般美好,并不是所有关于爱情的神话传说,都是以相逢为结局。当然,我们也希望神舟可以在银河自由翱翔,天宫可以熠熠生辉,祝融也可以在火星找到归宿。

更有意思的是,除了我们发射到天上的各种航天器,还有很多科技产品的命名方式,也是和中国传统文化有着脱离不了的联系。

不仅是上天,与之对应的入海同样承载着中国人的神话情怀。2019年春天,亚洲最大的重型自航绞吸船“天鲲号”从江苏连云港浩然驶入东海,开启了自己的职业生涯。而天鲲这个名字,正是出自先贤庄子的《逍遥游》中,那句著名的“北冥有鱼,其名为鲲。”在这篇文章里,庄子毫不吝惜对神兽鲲鹏的夸赞,尤其是那化出羽翼腾飞九万里的壮志豪情,更是涵盖了现今中国国力强盛的不争事实。

在天鲲号之前,下潜深度超过海平面以下七千米的大国重器“蛟龙号”,早已成为中国的海洋明星。关于它的名字来历更不必多说,蛟龙入海在全国各地都有不同的传说故事。

不过值得一提的是,蛟龙和龙的定义其实还存在着一个不大不小的区别,那就是前者实际上是介于蛇与龙之间的一种进化过程中的物种。以此为名的寓意,我想大概是希望蛟龙号始终保有向前发展的进步空间。

通过这些中国古人对于天体科学与各种技术的探索,我们并不难看出,即便其中大多数都是没有科学依据的“一厢情愿”,但是这却恰恰体现了老祖宗们有关世间万物、天外星空的浪漫想象,以及将其与中国传统文化相结合的独特创意。

这些神话名称和故事,不仅代表了我们对于古代传说的追忆和现代科技的普及,更是体现了中国人对自己民族文化的自信,还有对浩瀚宇宙的无尽向往。

作者:木下易人 校稿编辑:小宛

航天飞机背后的故事有哪些3

本次为大家带来一篇关于航天飞机的故事(内附高能图片),没错!文章有丢丢长,大家慢即慢阅(分了上下两篇)...可以买个瓜边吃边阅读!在阅读的同时,不要忘记点赞评价哟~

1981年4月12日,卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心,经过近12年的研发,人类历史上首架航天飞机(Space Shuttle)-哥伦比亚号(STS Columbia OV-102)成功发射,此后,人类探索宇宙进入了一个新时代,哈勃望远镜的部署,国际空间站的组建以及大量在轨进行的科学试验都是依赖于航天飞机而实现,如今,航天飞机虽已退役,但它仍然承载着人类探索宇宙30年的梦想。

1.这种在当时来说科幻级的东西,究竟是怎么想出来的?

1969年,阿波罗11号成功登陆月球,不计成本的资金投入和稳定的研发环境使美国人赢得了太空竞争的胜利。1970年,越南战争已持续5年,用于战争的财政支出导致NASA的太空计划预算被大幅削减,终止阿波罗计划的议案正式提出,1972年12月,阿波罗17号登月,完成了阿波罗计划的最后一次任务,至此,整个阿波罗计划结束。下面这张照片就是降落在月球表面的阿波罗17号登月舱:

但NASA并没有放弃继续探索太空的梦想:越过月球去探索其他星球!要想实现这个梦想,就需要建立一个能够在地球轨道稳定运行的前哨站系统,用于收集信息和科学试验,这个前哨站系统就是现在的国际空间站。当时的设计方案就已经表明,空间站无法一次性部署,需要宇航员携带设备和组件在太空和地球之间多次往返进行建造,因此,NASA决定开发一种能够同时载人运输并重复使用的航天器,航天飞机应运而生。下面这张概念图展示了当时NASA对空间站系统的构想(右下角的就是航天飞机):

2.那么这个外型炫酷,还能像飞机一样着陆的家伙又是怎么造出来的呢?

从当时的情况来看,土星5号是NASA的主力火箭系统,同时也是世界上仅次于苏联“能源号”运载火箭的推力第二大运载火箭,总推力可达3400吨左右,并且具有很高的安全性,全部17次发射的成功率达到100%。下图就是土星5号运载火箭。

但问题在于建设空间站并不像阿波罗计划那样是单次任务,宇航员和设备需要频繁往返于地球和太空之间,而土星5号采用的是多级可抛式设计,每次发射所丢弃的部件中可回收再利用的部分极少,这样就会造成极大的浪费和很高的任务成本,于是NASA决定研发一种能够重复使用的航天器,以降低任务成本(当然最终的结果并非如此......这一段我们后边细说)。下面是当时竞标航天飞机项目的几家公司给出的设计图:

洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin Space Systems Company)设想的两级载人航天发射系统,两级航天器都可进行载人和运输。

麦克·唐纳公司(McDonnell Aircraft Corporation)设想的航天飞机方案。

通用动力公司(General Dynamics)设想的航天飞机方案。

格鲁曼(Northrop Grumman Corp.)-波音(The Boeing Company)公司设想的航天飞机方案。

事实上,当时的NASA地位相对弱鸡,航天飞机计划也并未得到普遍认可,同时,NASA在发射方面不能完全自主控制,大多权限还是掌握在军方手中,于是NASA竭尽全力满足军方对于航天飞机高频次发射及有效载荷的要求,航天飞机的设计方案被多次修改,但军方表示不会为此项目埋单,NASA只得再次四处奔走寻求支持。

屋漏偏逢连夜雨,1971年5月,美国国会驳回了NASA要求增加航天飞机项目预算的请求,航天飞机计划一时陷入僵局,无奈之下,NASA不得不再次修改航天飞机的设计方案以满足现有预算。下图展示了1972年-1974年期间,几经变更的航天飞机设计方案:

值得庆幸的是,NASA的努力总算没有白费,1972年1月5日尼克松总统批准了航天飞机计划,预算为430亿美元,每次发射的预算为5400万美元,计划建造7架,最终的设计方案也尘埃落定:

图中显示了航天飞机(我们平时所说的航天飞机其实是整个航天飞机系统的轨道器)的最终设计方案,机身截面采用了方形双三角形下单翼设计,尾部有一片垂直尾翼。前端是乘员舱,分为三层,分别为驾驶舱,居住舱和仪器舱,尾部为引擎组,其中包括三台主发动机,两台轨道机动发动机和反作用控制系统。

中段主要为有效载荷舱,容积约为300立方米,一次可携带重量达29吨左右的货物,舱内可以装载各种卫星、空间实验室、大型天文望远镜和各种深空探测器等。(哈勃望远镜和国际空间站的组件就是装在这里被运送到太空的)

航天飞机设计的飞行过程有上升、轨道飞行、返回三个阶段。起飞命令下达后,航天飞机在助推火箭的推动下垂直上升,直至进入预定轨道,完成上升。进入轨道后,航天飞机的主发动机熄火,由两台小型火箭发动机控制飞行。到达预定地点后,航天飞机开始工作。航天飞机完成任务后,便开始重新启动发动机,向着地球飞行。进入大气层后,航天飞机速度开始放慢,并像普通滑翔机一样滑翔着陆。下图为整个航天飞机系统的理想工作状态。

在解决了设计方案后,NASA遇到了第一个极具挑战性的技术性问题:开发新的引擎系统。

但研发航天飞机的初衷之一就是最大程度上放弃这种“抛弃式的浪费”,因此,开发一种推力强劲且自重较轻的发动机成为了此时最重要的任务。

早在1954就开始的X-15高超音速研究项目为NASA研发新型引擎系统奠定了基础,当时的试验飞行几乎涉及了高超音速研究的所有领域,在某些方面,X-15项目成为了航天飞机的雏形。下图展示X-15项目进行试验的飞机:

几经讨论后,NASA将研发的方向锁定在了氢氧发动机,即采用氢氧混合剂作为作为发动机的燃料,最终,普莱特和惠特尼洛克达因公司(Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc.)为航天飞机设计了分级燃烧循环氢氧发动机,也就是我们熟知的SSME发动机(Space Shuttle Main Engine),内部名称为RS-25。

SSME发动机结构复杂,工作温度为-253°C(氢燃料输送管)至3,300 °C(燃烧室)主要工作原理为:液氢首先由预压泵进行预压,然后进入主泵二次加压,接下来对喷管进行冷却并气化。气化后的氢分成两路,比较大的一路要再次分成两路分别注入两个预燃室,比较小的一路则要用来冷却燃烧室,变成温度更高的气体用于推动氢预压泵,然后也分为两路分别注入两个预燃室,这一部分实际上为部分膨胀循环。

液氧也首先通过预压泵预压,然后通过主氧泵再次加压,加压后则分为三路:流量最大的一路直接进入燃烧室;流量稍小的一路则用于驱动连接着液氧预压泵的涡轮,然后合并到氧预压泵预压过的低压液氧流中,再次进入主氧泵。

最小的一路经过一个与主氧泵同轴的高压氧泵再次加压后分成两路,分别注入两个预燃室。最后,全部的氢和少量的液氧在两个预燃室中燃烧为富燃燃气,分别推动连接着氧泵和氢泵的涡轮,最后注入到燃烧室。

SSME发动机的设计推力达到了1670KN(海平面),相当于土星5号发动机推力的3倍(中国目前最先进的用于长征5号的YF-77发动机推力为510KN-海平面),但同时发动机会承受210个大气压强的强度,导致整个引擎系统负荷极大,1974年5月第一台完整的SSME样机被架在试车台上开始首次测试,但仅成功运行了半秒钟。

此后,在持续最大推力的测试中,发动机无法达到最大推力状态,其中最主要的原因是输送推进剂的涡轮泵功率不足,无法满足SSME发动机对推进剂的渴求。

在液氢泵方面,出现了驱动轴会在轴承支座中振动,轴承冷却通道设计不足,涡轮叶片裂纹等问题,解决这些问题共花了将近20个月的时间。

在液氧泵方面,高压液氧的泄露一直困扰着工程师们,因为只要有一点泄漏就会起火燃烧,导致发动机被烧毁,无法分析故障原因。

时至1978年12月,一台SSME发动机在静态测试时爆炸,追踪到液氧阀和热交换器出现了问题。阀门故障很容易理解和解决,但热交换器的问题则令人费解,无法明确原因。

1979年,在逐步解决了上述问题后,开始三台发动机的联合测试,一次联合测试失败,在4个月后终于测试成功。

最终,NASA花费了10年的时间研发出可重复使用的SSME发动机,这项技术在当时来说,已接近时代的巅峰。下面这段视频展示了SSME发动机工作的过程:

事实上,由于SSME发动力动力过于强劲,所以仅负责把航天飞机推出大气层,一旦航天飞机进入轨道,只需要较小的动力即可调整飞行姿态,因此在航天的尾部还设计了轨道机动发动机(OMS)。

轨道机动发动机的燃烧室压力较低,一般采用可贮存推进剂和挤压式推进剂供应系统。这种发动机具有多次起动和大幅度调节推力的能力,能在高真空、辐射和失重等空间环境中可靠工作。下图展示了完整的轨道机动发动机:

在当时设计的轨道机动发动机,采用了四氧化二氮和一甲基肼为推进剂,挤压式供应系统和再生冷却式推力室,喷管延伸段用铌合金单壁结构,辐射冷却。发动机真空推力为2.7KN,可重复使用100次, 在一次飞行任务中可起动不少于10次,累积工作寿命达15小时。下图为轨道机动发动机原理图:

虽然航天飞机获得了强劲的动力,但在起飞阶段仍缺乏爆发力,航天飞机无法穿越卡门线(大气层和太空的界线,距地面高度100公里)

在几番变更设计方案后,NASA决定采用两枚固体火箭推进器作为航天飞机的补充动力,推进器分别捆绑在航天飞机的两侧,耗尽燃料后脱离航天飞机,然后打开降落伞溅落在海洋进行回收,经过翻新后可以再次使用。

下图为NASA进行助推器溅落测试:

与此同时,由于燃料的消耗量惊人,燃料存储方面采用了大型外部燃料箱,这是整个航天飞机系统里,唯一不能够回收再利用的部分。

至此,基本解决了航天飞机动力方面的问题,尽管航天飞机计划问题频出,但NASA仍坚定的推进着研发工作,由于计划采用了大量全新技术,在之后的研发过程中NASA再次遭遇了困境。

敬请关注本文下篇:航天飞机出发!历经坎坷的太空梦想(下)



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