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神舟:载人航天的故事-第11部分
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为了进行轨道器的姿态控制和交会、入轨控制，轨道器的尾端两侧还装有24台反作用控制发动机，可重复启动50 000次，同样的发动机在飞行舱前面的机头还有14台。在机头和机尾还装有6台微调发动机，可进行50万次的启动。这些发动机合起来称为反作用控制系统，推进剂由轨道器携带。这些发动机通过复杂的控制系统控制其点火时间，可以调整轨道器的姿态。
应该注意，轨道器只提供了在轨飞行期间的推进剂，并没有提供发射时主发动机所需的推进剂。考虑轨道器进入轨道需要燃烧大量的推进剂，而要把这些推进剂都贮存在轨道器内是很不合适的，于是设计人员在轨道器之外设计了一个专门携带推进剂的外贮箱。
外贮箱有两个贮箱组成，上端的贮箱内部装有液氧，下端的贮箱装有液氢。中间由一个连接舱连接。虽然看上去液氢贮箱的体积比液氧的大很多，但是因为液氧比液氢重16倍，所以装满推进剂后，液氢的重量只是液氧的1/6。在与轨道器连接时，液氧和液氢各通过一根管子从贮箱底端流入轨道器。当主发动机开始工作时，通过这两根管子流入发动机的液体可以很轻松的在25秒钟之内，就把一个中等大小的游泳池灌满。
由于液氧和液氢的沸点约为零下一两百摄氏度，因此很容易就会汽化。为了使汽化的程度尽量减小，在外贮箱的外表面覆盖了一层薄薄的异氢尿酸泡沫。这种材料令外贮箱的表面呈橘红色。
在最初的飞行中，外贮箱被涂成了与白色，这样做完全是为了美观，但从使用上毫无用处，因此后来不再使用这一做法。
有了外贮箱的航天飞机重量加大，特别是灌满了推进剂后，如果只用轨道器上的主发动机，根本不能使它们离开地球表面。于是外贮箱的两侧又连接了两个固体火箭助推器。
这两个固体助推器是在大力神IIIC运载火箭助推器的基础上研制的，高度米。为了降低研制成本，助推器采用了分段结构，推进剂分别装入四段。最上端整流罩内装有推进剂点火装置、电子设备、应急自毁装置和减速伞。最下端是可调节方向的喷口，偏转角度°。
之所以采用这种分段结构，最大的好处在于推进剂的灌装。固体推进剂在灌装前呈橡皮膏似的粘稠液体，灌入助推器后，要经过几天的干燥才能形成固态。整个灌装和干燥的过程要绝对保证推进剂的搅拌均匀，否则会影响发动机效率。比较之下，灌四个小段当然比灌一个长段要容易的多。
助推器各段之间的连接也是极其讲究的，要严格保证推进剂的密封性，防止高温燃气泄漏。虽然NASA的设计人员很早就注意到了这个问题，但还是在1986年挑战者号航天飞机的发射中付出了血的代价。
挑战者号与助推器的密封
1986年1月28日挑战者号从肯尼迪航天中心发射执行第10次太空飞行任务，升空约60秒后，右侧固体火箭助推器的连接处开始发生泄漏，从接口处可以看见一团火光。火光横穿出去，不断的烧灼外贮箱，外贮箱很快被烧坏，这时助推器与贮箱的下部连接处出现故障，助推器剧烈撞击外贮箱，几乎与此同时，大量推进剂泄漏发生爆炸，瞬间火光包围了挑战者号，将其撕成碎片。
在此之前美国的航天飞机已经安全的进行了24太空飞行。任何一个美国人都不会觉得太空飞行还有什么危险，因为在1967年阿波罗飞船进行地面演练发生火灾，造成3名航天员窒息死亡的事故之后，美国几乎没有过什么重大的航天事故，而即使那次也是在地面上发生的事故。可谁也没想到这次飞行给了美国人当头一棒。
事后对事故原因的调查表明，这次事故完全是由于助推器段间的O形密封圈由于温度过低，弹性变坏，没有达到密封效果造成的。其实O形密封圈的问题早在方案评审时，就有人对其提出过质疑，而且在1977年的一次试验中曾发生过连接处微小脱开，高温气体外泄的事故。但NASA为了争取时间、节约资金并没有对这些问题给予必要的重视。
哥伦比亚号第二次飞行时，在回收的助推器中发现尾部接口处的O形密封圈已被严重烧蚀，进一步说明了连接处的问题。接下来的几次试验也表明助推器接合处确实存在严重的问题，这种情况之下，助推器的生产商锡奥克尔公司开始对接口进行重新设计。可同样因为经费和时间的问题，NASA对此问题一直不能痛下决心。当时估计，如果全部修改接合部，要花费亿美元，并且所有航天飞机要停飞1年。所以接合部的修改工作进行的非常缓慢。加之80年代中期欧洲在航天领域内与美国的竞争，使得NASA决定在1985年增加飞行次数，进一步增加了航天飞机的隐患。
1986年挑战者号升空之前，锡奥克尔公司针对助推器接合部的严重问题，提出建议，反对在摄氏度以下的环境发射。但所有这些问题和建议都不能引起上层决策人员的注意，最终酿成了这次事故。事故的直接结果就是美国不得不停止一切飞行，对航天飞机进行全面的改进。
改进之后的助推器使用了更为合理的连接件。O形密封圈完全重新设计，增加了直径，采用更有弹性的橡胶材料，2个密封圈增至3个。在连接部还安装了加热装置，保证其发射温度达到20摄氏度。另外，助推器的检测也使用了新研制的全自动检测系统。
据估计，这次航天飞机的全面改进总耗资达到了25亿美元。为了避免事故的再次发生，美国人可谓慎之又慎，直到2年零8个月后才恢复飞行。
美国的航天飞机：费用与效益的考虑
在航天飞机的研制方面，美国走在了前面，它们于20世纪80年代首先研制成功航天飞机，成为目前世界上惟一将航天飞机投入使用的国家，但是20多年的飞行结果表明其效果并不完全尽人意。
费用与效益的考虑
美国的航天计划通常都是多个项目同时开展的，航天飞机的最早提出可以追溯到60年代。当时NASA已经意识到研制可重复使用航天员运载工具的重要性。在阿波罗计划取得了实质性进展后，NASA开始着手规划新的航天计划。1968年，NASA主管载人航天飞行的副局长在向美国国会太空委员会提交的报告中指出，在未来的几十年，美国应大力发展航天飞机这种全新的航天运载工具。
但是美国60年代末的政治气候并不稳定，国内出现了诸多问题，最明显的是越战的泥潭使得民众对太空科学的热情有所转移，加之冷战局势的缓和。所以阿波罗登月计划之后，美国人开始反思，投入如此巨大的人力、物力去进行一场科学意义不是太大的太空竞赛是否值得。在这种情况之下，NASA所提出的火星登陆计划由于预算太大，没有得到政府的批准。
美国总统尼克松对未来航天计划的看法是：“我们应当减少未来太空运行的花费。我们目前的火箭技术已能在今后一段时间内提供可靠的发射能力。但从长远发展考虑，我们必须研究低耗费和不太复杂的向太空运送必需品的方式。这种能力，设计上可满足科学、国防和商业应用等方面的广泛需要，能帮助我们在太空计划的各个方面实现重要的节约。”
这种情况之下，航天飞机成为惟一未被政府预算削减置于死地的项目。围绕着预算和花费的问题，NASA进行了大量的游说工作，力求使所有人相信航天飞机的优越性。最终，尼克松政府考虑方方面面的问题，于1972年1月3日，正式批准了航天飞机计划的实施。从而使之成为了70年代美国航天计划的重点。
美国的航天飞机：昂贵的飞行
尽管提出航天飞机的初衷是为了降低整个载人航天研制和发射过程中的花销，但是美国人在执行这一计划的过程中却发现真实情况并非如此。
1972年7月，NASA选定北美的洛克韦尔公司为航天飞机轨道器的主承包商，要求在今后6年内，用26亿美元研制生产5架航天飞机的轨道器，并于1978年实现首次载人轨道飞行。可直到1979年4月份洛克韦尔才完成第一架轨道器企业号（Enterprise，代号OV…101）的全部实验工作，开始研制用于轨道飞行的航天飞机。
造成这种情况的原因一方面是研制过程中面临的技术问题，另一个重要原因是资金的严重不足。NASA在确定航天飞机的结构布局时，曾经做过预算，航天飞机的研制费用大约需要60亿美元，每次发射费用不超过600万美元。尽管NASA采取了种种措施节约开支，但研制费用还是连年超支。1978年9月，NASA宣布航天飞机的研制费用可能比原计划增加8％～9％。1980年4月，NASA透露整个计划费用将增加到89亿美元。这种情况下NASA只得一再向国会申请继续增加拨款，而当时的卡特政府考虑航天飞机对国家安全有利，对科学研究和商业开发也有很高价值，因此对追加经费基本不持异议，所以航天飞机计划的费用才得以解决。
1981年4月12日，美国发射哥伦比亚号，进行了航天飞机的首次轨道飞行，标志着航天飞机的正式启用。到1986年，包括企业号在内，NASA共制造了5架轨道器：哥伦比亚号（Columbia，代号OV…102），挑战者号（Challenger，代号OV…99），发现号（Discovery，代号OV…103），亚特兰蒂斯号（Atlantis，代号OV…104）。1986年后由于挑战者号的事故，又建造了一架轨道器——奋进号（Endeavour，代号OV…105）。
美国的轨道器都有一个代号，“OV（Orbiter Vehicle）”代表轨道器，后面的数字代表了轨道器的新旧。100以下的数字表示的是不准备进入太空的是沿用轨道器，100以上的指正在运行中的轨道器。最初，最初准备试验用的是挑战者号（OV…99），但在建造过程中，NASA决定把挑战者号建成投入使用的轨道器。
在航天飞机的使用中，NASA发现同研制费用一样，航天飞机的维护和运行费用也在直线飙升，而且每年预计的飞行次数也不能如数完成。比如1984年航天飞机一次飞行的花费为～2亿美元，而在商业发射中可以得到的最高补偿仅为7 100万美元。最重要的是NASA发现，用航天飞机发射卫星，比使用火箭发射卫星的费用还要多。因此，1988年之后，NASA决定不再承揽商业载荷的发射任务，每年航天飞机飞行次数减为9次左右。这些情况表明航天飞机无论从能力上和经济效益上都大大的打了一个折扣。
航天飞机的飞行过程：地面准备
航天飞机每次的飞行，从开始准备到最后着陆是一个复杂的过程，常常要经历几个月的时间。如果你知道飞机每次起飞、降落的复杂性，那可以想象一下航天飞机所经历的过程比这个过程还要复杂百倍。当你了解了航天飞机从准备到发射、到进入轨道、到返回地球的全过程后，会发现激动人心的时刻决不仅仅是在航天飞机点火起飞的那一瞬间，这整个过程更加激动人心。
地面准备
每次轨道器返回地球，着陆后几个小时，就会被一辆拖车脱离轨道，送入轨道器的维护车间。一旦进入车间，轨道器就会被各种脚手架支离地面，进行整修。工作人员首先要排除轨道器内剩余的推进剂，然后拆除前一次飞行时所携带的有效载荷。接下来开始对轨道器进行全面的检查和测试，并进行相应的维护。维护的具体内容要根据每次轨道器飞行后的具体情况来决定，有些部件可能还需要送到其它的研究中心整修。这个过程所用的时间几乎可以占到两次飞行间隔时间的2/3。
在维护车间内必须进行的一项维护是检查覆盖在轨道器表面的防热瓦片。这些防热瓦片在轨道器返回时保护机体不受高温的烧灼，每次飞行完毕后都会有一些瓦片松动、损坏或脱离机体，工作人员的责任就是查出这些受损瓦片，并更换上新的。另一项重要的内容是将发动机拆除，送到相应的部门进行检查。进行完所有的整修之后，轨道器就被送入另一个总装大楼，完成与助推器和外贮箱的对接工作。
在这之前助推器和外贮箱都已经在维护车间内进行过加工。每次飞行中固体火箭助推器都会在发射后被丢弃，借助降落伞落入大海，再由船只找到并拖回发射中心。然后工作人员将它们拆成几段，运回到火箭制造商那里，重新灌装推进剂。外贮箱由于已经在返回大气层时烧毁，所以新的未灌入液体推进剂的外贮箱会从生产商那里直接运到发射中心。通常重新罐装的助推器和新的外贮箱在计划发射日期之前半年运到航天中心，并搬进总装大楼。
总装大楼内有一个活动发射平台，助推器、外贮箱和轨道器进入总装大楼后都要在这个平台上完成装配，直到发射，整个航天飞机都不会再从这个平台上挪开。固体火箭助推器的底部运进总装大楼后，首先要竖立在活动平台上，竖立的位置也就是发射时的位置。接下来要把助推器叠装起来。这个工作需要花费相当的时间，主要的是为了保证各段之间的完全密封。
助推器叠装完毕后，就是与外贮箱的连接，外贮箱水平进入总装大楼后，会被一个巨型起重机吊起，令其竖直悬垂在两个固体火箭的中间，然后由技术人员进行对接。这一切做完之后，就是轨道器的安装。同外贮箱一样，航天飞机也要用吊索调离地面，然后移到外贮箱相邻位置的上方，再降下来与外贮箱连接，连接好后移开吊索。
到此一个航天飞机的各系统就装配完成了，接下来的工作是把整个活动发射平台连同上面的航天飞机，一起转移到发射台上。这个工作是由一个庞大的履带式平台拖车完成的，这个拖车的大小接近半个足球场的大小。拖车首先通过总装大楼侧面一个从地面垂直开到天花板的大门，进入到活动平台的下方，然后开动车上的水压千斤顶将平台稍稍提高，使平台抬离总装大楼内的支柱，接着就开始缓慢的想发射台移动。
拖车到达发射台后，会将平台放下，这时航天飞机便竖立在了发射塔旁边。发射塔上的机械臂可以伸到航天飞机的不同部位。这些机械臂的作用也各不相同。最顶端的机械臂叫氧气孔通行臂，这个通行臂末端的罩可以把外贮箱顶部紧紧密封起来，使外贮箱免受雨淋，并为装满液氧的外贮箱顶部加温，以防止内外温差在顶部形成冰凌儿，如果产生冰凌儿在航天飞机起飞时会对轨道器造成严重的损坏。还有一个机械臂叫机组通行臂，它可以让发射台的技术人员和航天员进入轨道器的座舱。这个通行臂的末端是一个“白屋”，使通向座舱的舱门处于完全密封的状态。任何进入白屋区的人都必须换上特制的洁净服，以使轨道器内的尘屑降到最低。
航天飞机的飞行过程：升空倒计时
所有航天器包括航天飞机的发射都不是随意进行的，一般的理解可能是航天器运到发射台，做好准备工作，就进入倒计时开始发射了。可事实是任何一次发射都存在一个发射时机，航天器只有在这个时机发射才能保证发射的成功及任务的完成，在航天领域中称之为发射窗口。发射前所有准备工作的时间，都是由发射窗口往前推算的。
发射窗口的确定取决于具体的任务，航天飞机的发射窗口一般持续1到数个小时，但也可能只持续几分钟。为了确定发射时间，采用“T”表示发射时刻，发射前的所有时刻表示为“T…”，发射后的时刻表示为“T＋”。如发射前9分钟表示为T…9分钟，发射后40秒表示为T＋40秒。但要注意发射前所表示�
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