美航天飞机时代怅然落幕 汗马功劳不可磨灭
核心提示：虽然今后美国将用多种新型载人飞船完成天地往返运输任务，但是航天飞机在世界载人航天史上立下的汗马功劳永远不可磨灭，其很多先进技术还将在未来很长一段时间发挥重要作用，美国新一代重型运载火箭很有可能大量借鉴航天飞机可重复使用发动机技术。
最后一次登上发射台的“阿特兰蒂斯”号。本报记者陈一鸣/摄
7月8日，美国航天飞机进行最后一次太空之旅，并计划于美国东部时间20日返回。由于成本和设计缺陷等原因，航天飞机“黯然”谢幕。虽然今后美国将用多种新型载人飞船完成天地往返运输任务，但是航天飞机在世界载人航天史上立下的汗马功劳永远不可磨灭，其很多先进技术还将在未来很长一段时间发挥重要作用，美国新一代重型运载火箭很有可能大量借鉴航天飞机可重复使用发动机技术。
激发空前热情
航天飞机的“告别之旅”再次激发了美国人空前的太空热情。在“阿特兰蒂斯”号即将踏上最后一次太空征程前，肯尼迪航天中心的游客中心每天都是熙熙攘攘、摩肩接踵，各种车辆塞满了门口的7个大型停车场。
肯尼迪航天中心显然早已有所准备，向游客大打“航天飞机牌”：前往游客中心大门的甬路两旁，由美国国旗白、红、蓝三色组成的旗帜迎风招展，旗上印着此次发射的纪念徽章；参观线路上的各个商店里，与航天飞机有关的模型、T恤、钢笔、明信片等各色纪念品让人目不暇接、眼花缭乱……
在专门发射航天飞机的39号发射场的观景塔旁，讲解员苏珊告诉本报记者，肯尼迪航天中心的游客中心是一家专门接待参观者的私营公司，与美国宇航局和肯尼迪航天中心有着密切的合作关系。“航天飞机的‘告别之旅’再次激发了人们尤其是青少年的太空探索热情，让航天中心的游览项目也变得火爆起来，每天的参观者少则四五千人，多则上万人。” 苏珊说。
参观过程中，游客可以乘车游览肯尼迪航天中心，并在两个站点下车参观：一个是与航天飞机项目有关的39号发射场的观景塔，另一个是与阿波罗登月计划有关的“土星5”号火箭中心。阿波罗登月计划和航天飞机项目的成功，无疑令美国航天局备感骄傲，因而成为了参观线路的重点。一名游客对本报记者说：“航天飞机项目就像阿波罗登月一样成为过去时了，但它同样也会像阿波罗登月那样，成为美国人科学探索史册上的辉煌一页。”
谱写太空传奇
无论是电子影像，还是图片资料，美国航天局为肯尼迪航天中心参观路线精心设计的“解说词”都不讳言一个事实：在冷战期间，美国的航天项目无不蕴含着与苏联争霸的意图，阿波罗登月计划如此，航天飞机项目也如此。1957年，苏联抢先发射了人类第一颗人造地球卫星“伴星1”号，把美国政府和科技界推到了充满焦虑、紧张和不服气的“人造卫星时刻”。于是，美国发誓一定要在登月计划上拔得头筹，绝不能再次落于苏联之后，并终于在上世纪60年代末如愿以偿。
就在阿波罗登月计划还在执行的时候，美国宇航局便提出了发展航天飞机的设想。根据这一构想，航天飞机具有一系列优点，诸如重复使用、适合各种载荷的发射、随时处于常备状态、为普通人参与航天飞行打开了大门，并能在太空检查不友好的航天器等。1972年初，时任美国总统尼克松正式宣布，美国将研制可重复使用的航天飞机，从此“航天飞机”这一概念进入人们的视野。
过去30年间，美国航天飞机的135次太空之旅书写了人类探索太空的传奇。根据美国宇航局的资料，上世纪70年代设计航天飞机时，航天局官员的设想是利用航天飞机将卫星带入和带出轨道；作为微重力实验的平台，把望远镜从有效载荷舱伸向太空深处；在地球和轨道空间站之间运送航天员和物资；发挥轨道维修车间的作用，航天员将卫星回收和维修后重新放入太空……如今，航天飞机已“超额”完成了这些目标。
航天飞机运载能力极强，曾多次把一些因形状和体积等因素而无法用运载火箭发射的重要航天器送上太空，并可同时派航天员出舱作业，从而大大扩展了人类在空间的活动规模和范围。航天飞机先后将3台观察设备带入地球轨道，分别是哈勃太空望远镜、康普顿伽马射线观察器和钱德拉望远镜。在卫星修理方面，航天飞机取得了极大的成功，最早在1984年完成了“太阳峰年”号卫星的维修任务，1992年又执行了维修Intelsat通信卫星任务，最近一次是2009年维修了“太空巨眼”哈勃太空望远镜。另外，美国航天飞机起降时航天员往返太空所承受的超重比飞船减少一半，使航天员遨游太空时相对舒服，也大大降低了对航天员的身体要求，可把稍加训练的科学家、工程师、医生和教师等送上太空。通过航天飞机开展物体和生物在太空无重力环境下行为的研究，改写了全世界科学和医学教科书。此外，在建立国际空间站的过程中，航天飞机也立下了汗马功劳……
提升国际声望
美国美华航太工程师协会秘书长、航天工程专家马在庄认为，航天飞机带动了美国整个工业界的发展。设计过程中，许许多多的发明后来用在了人们的日常生活之中。比如，现在人们在衣服上为了方便或防止拉链卡住儿童而常用的粘合条，就是首先为航天飞机设计的。
航天飞机项目的研制涉及成千上万的技术人员和工人，极大地带动了就业。洛杉矶是航天飞机的主要研发地，打开当时的报纸，几乎天天都可以看到与航天飞机有关的招聘广告。据美国宇航局统计，航天飞机为美国创造的就业岗位在1991年达到了峰值，新增的政府和企业的相关就业岗位达到3.2万个，而随着航天飞机项目的萎缩，目前仅剩下6300人。在休斯敦的地面任务控制中心，过去几个月已有2000多人失业，而“阿特兰蒂斯”号返回地面后，还会有1800人丢掉工作。
马在庄说，航天飞机极大地激发了科技界的创造热情。航天飞机研发的过程中遇到许多困难和障碍，但研发人员有一种信念，没有什么就发明什么，相信最后总能找到解决之道，结果真的创造出了航天飞机。这种勇于探索、昂扬向上的氛围迄今令人怀念。美国宇航局非常重视自我宣传，这使它成为向国民进行航天知识普及的主要推动者。通过开放肯尼迪航天中心、邀请中学生与航天员对话等一系列活动，相当多的青年学生立志成为太空科技的工程师或者是航天员，在全社会营造出支持美国航天项目、积极探索科技奥秘的氛围。美国“奋进”号航天飞机，就是在美国的学生间进行征名，最后得以命名的。
航天飞机无疑也为美国带来了极大的政治利益和国际声望。在航天飞机首次升空的那一天，大约有100万人从全球各地赶到卡纳维拉尔角观看，包括英国女王伊丽莎白二世等政要。美国电视台对这次发射进行了现场直播，全球约有5亿人观看了发射实况。
美国媒体认为，航天飞机发射时的巨大火焰颇具“观赏性”，一方面让美国民众直观地感受到了美国科技的巨大实力，提高了自信心和自豪感，另一方面也给美国的竞争对手苏联带来了极大的心理压力，迫使苏联投入更大的资金和人力与美国开展军备、科技竞争，最终搞垮了经济。1988年，苏联研制的“暴风雪”号航天飞机从拜科努尔航天中心首次发射升空，完成了历时3个小时的无人驾驶试验飞行。有报道说，“暴风雪”号的开发耗费了苏联13亿卢布，整个项目的耗资更在200亿卢布以上，加速了苏联的瓦解。1991年，苏联在解体前夕不得不停止了对航天飞机计划的拨款。
恰似表演项目
但是，有许多美国媒体认为，冷战后，美国宇航局再也没有取得什么新的建树，甚至只能靠定期发射航天飞机和不时发布一两张宇宙深处的照片来吸引公众眼球。有人还认为，航天飞机发射越来越演变成一种针对游客的表演项目，根本无法指望它取得太空探索方面的实质性突破。
在“阿特兰蒂斯”号最后一次升空的前夜，由于正在下雨，许多前去观看的游客担心转天的发射会被临时取消。在本报记者下榻的小旅店，一个房客半开玩笑地对旅店经理说：“美国宇航局是不是与旅游界有什么秘密协议，否则昨天天气还很好，怎么临近发射却突然下雨了呢？这岂不是故意要让游客多住几天？”
有美国媒体指出，美国终止航天飞机项目确实会对旅游业构成一定影响。据报道，每次航天飞机发射吸引的游客能为肯尼迪航天中心周边的太空海岸地区带来数百万美元的经济效益，当地与航天飞机有关的各种工作岗位高达近3万个。由于美国的新一代航天器要在几年之后才能发射，未来几年卡纳维拉尔角将不会出现数十万之众挤在公路边观看发射的壮观场景了。
“美国今后几年没有飞往国际空间站的航空器了，这多少有些令人扫兴。”在观看“阿特兰蒂斯”号升空后，一位带着两个孩子的父亲满怀失落地说。
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新型多人太空舱
美国航天局今年5月宣布，正耗资50亿美元，研制一种可承担长期太空旅行任务的新型多人太空舱。这种太空舱旨在实现奥巴马政府去年提出的美国未来太空探索蓝图：在2030年之前，把美国航天员送上火星轨道并安全返回地球，然后实现火星登陆。此前，布什政府曾提出重返月球的“星座计划”，并在2006年通过航天局向洛克希德·马丁航天公司拨款75亿美元，以建造“猎户座”太空舱。后来，“星座计划”被奥巴马政府否定，但“猎户座”太空舱项目得以保留，也就是航天局所言的“新型多人太空舱”——未来的太空巴士，只不过其目的地变成了火星和小行星。根据奥巴马政府的计划，未来在地面和国际空间站之间往返的任务，将交给私营企业来完成。奥巴马政府已决定，将在5年内斥资60亿美元，用以协助私营企业发展发射器项目。据披露，目前，南加州靠近内华达州一带涌现出多个研发航天器或配套项目的新公司。
早在2008年12月，美国航天局便与私营的SpaceX公司签署了一项总额达16亿美元的合同，规定该公司提供至少可运载20吨货物能力的12个太空舱，以向国际空间站提供补给。作为一次试验，SpaceX公司去年12月使用“猎鹰9”大型火箭，在卡纳维拉尔角将一个名为“龙”的太空舱发射升空。（陈一鸣）
技术的缺陷政策的反思
庞之浩 陈一鸣
在某种意义上，航天飞机是个遗憾的技术产物，一些设计远没达到原定目的，甚至相反。
设计初衷没有实现
研制航天飞机是为了降低成本，为此设计了可重复使用的轨道器和固体助推火箭，而不像运载火箭和宇宙飞船都是一次性使用，所以原先预想航天飞机每次发射费用只需3000万美元就行，美国甚至把运载火箭生产线停了下来，认为用航天飞机来代替运载火箭发射卫星更经济。然而实践证明，由于航天飞机要求可重复使用，因此航天飞机返回地面以后要进行大量费时费力的维修工作，从而使每次发射费用高达4亿—5亿美元，让财大气粗的美国宇航局不堪重负。
美国宇航局原来设想航天飞机比宇宙飞船更安全，因为航天飞机是人类第一次把航天与航空技术高度有机结合的创举，有很大机翼的航天飞机可准确地滑翔降落到预定的跑道上，而宇宙飞船返回时只能采用在海面某一区域降落或在荒原某一区域上径直着陆的方式。然而实际上，由于体积庞大、结构复杂，发射航天飞机轨道器只能与外贮燃料箱并联在一起，所以它并不安全，轨道器很容易受到从外贮箱掉下来的保温材料的撞击，至今，美国5架航天飞机已失事了两架，牺牲了14名航天员。
原来以为航天飞机能像民航客机一样，每次返回后进行简单维修就可再次发射，并乐观地估计每1—2周就能进行一次发射，1年能发射24次。但实际上由于每架航天飞机发射完以后维修量很大，所以发射时间间隔也很长，一般情况下航天飞机每年仅能进行5—6架次的发射。另外，按照原来的设计，每架美国航天飞机的轨道器应可以重复使用100次，然而实际上美国的5架航天飞机总共才进行了135架次飞行就全部退役了。
美国航天工程专家马在庄上世纪80年代初任职于一家知名的军火公司，是最初几名发现航天飞机存在致命缺陷的专业人士之一。他认为，实际上，航天飞机的使用寿命十分有限——由于航天飞机升空时需要对航天员的舱位加压，返航时再减压，就像把气球吹起来再放气一样，这对航天飞机的损耗很大。美国虽然在1981年进入航天飞机时代，但航天飞机主要采用的是上世纪六七十年代的技术，对现在来说早已过时。当时还没有个人电脑，设计速度与今天没有可比性，许多现在可由计算机承担的工作，当时还得靠人海战术来完成。马在庄记得，他们前往考察航天飞机时，在一个大厂库里看到上千名工程师，人人拿着当时常用的计算尺进行有关测算。
航天飞机的另一个大问题是，航天器在发射时最好呈360度对称，但航天飞机并不对称。此外，由于背着一个巨大的燃料箱，两边还各有一个助推火箭，航天飞机在发射架上很不稳当。发射时，航天飞机本身先点火，之后它会往一边倒，再被反弹回来，这时助推火箭再点火，但这个过程肉眼并不能看出来。这“一倒一回”的过程，极易造成助推火箭漏气，引发严重后果。
冷战思维忽略安全
美国研制航天飞机有深刻的冷战背景，为了与苏联在太空开展竞赛，美国采取了争先跳跃的战略方针，一味追求技术先进性，先是把政治摆在第一位，后来又把任务摆在第一位，而没有把航天员的安全摆在第一位。
为了满足空军方面对机动能力的高要求，美国宇航局决定采用三角翼轨道器布局，此举带来了严重的技术问题。为了使国防部满意，降低发射成本，原计划采用液体助推器发射的航天飞机也改为固体助推器。
由于技术上的限制，在运载能力和结构安排出现矛盾时，美国宇航局选择了把轨道器与外贮箱平行放置的并联方案，而没有选择把轨道器置于火箭顶部这一较安全的方案，目的是保证轨道器的容积和降低费用。然而，这大大增加了航天飞机的风险性。
为了提高有效载荷发射能力和返回地球时携带有效载荷的能力，美国宇航局对轨道器也进行了相应简化，例如，取消了涡轮风扇发动机和航天员逃逸系统等。但因此也给航天飞机带来致命的缺陷，例如航天飞机不能作二次着陆、一旦出现事故时航天员无法应急逃生等。但由于该方案基本达到了国会所要求的研制5架航天飞机费用为50亿美元的目标，所以最终被采纳了。
为了极大提高运输能力，航天飞机被设计得很复杂。它里面有3500个重要的分系统和250万个零部件，所以只要其中的1个重要分系统或关键零部件失灵，就有可能导致重大事故。另外，为了可重复使用，其轨道器既要有适于在大气层中作高超音速、超音速、亚音速飞行和水平着陆的复杂气动外形，又要有能承受再进入大气层时高温气动加热的防热系统，并在世界上首次装备了可重复使用50次的主发动机。这些也都大大增加了航天飞机研制的技术难度和风险。
人货混用造成隐患
其实，很早就有人对航天飞机的安全提出过批评。一是航天飞机是人货混用，而不是像宇宙飞船那样分载人飞船和货运飞船，所以用航天飞机发射卫星时需有数名航天员陪着上天，这样做既不经济，也不安全；二是美国自认为其航天飞机可靠性极高，所以没有采取安全救生措施，因为安装救生设备很麻烦。为了节省费用，当年在决策航天飞机方案时使用了较液体火箭助推器便宜但功能稍差的固体火箭助推器。这也是美国政治领导人与美国宇航局领导人在上世纪70年代初期相互“妥协的产物”。
马在庄说，航天飞机研发团队不仅要借助航天飞机运送航天员，而且还装载人造卫星等设备。就像卡车一样，前面坐人，后面载货。在普通人看来，这种设想极其合理，可谓一举两得、经济实惠，但内行人很容易发现问题：发射航天器需要的精密程度相当高，而载人发射又比无人发射的要求高出15倍。运货本来不需要那么高的精密程度，但为了航天员的安全，航天飞机上的全部载荷都必须按照载人发射的精密程度来设计、实施，这就在无形中增加了成本。此外，航天员和物资、设备一起搭乘航天飞机升空，会使重量增加，出现问题的几率增大，这又会影响航天员的安全。实际上，“挑战者”号和“哥伦比亚”号的爆炸都与这种设计缺陷有关。
马在庄说，美国最早便是用运载火箭将宇航员和物资送入太空，后来放弃这条道路，改为发展航天飞机，实际上是走了一段弯路。聪明的做法是制造一个小的太空船，专门用来运送宇航员。同时，用火箭运送物资、设备，运载火箭上天后便报废了，不需要进行回收，也不必在重复使用前做那么多的检验、维修，同时安全系数也不必提高到载人发射的程度，可以在相当大的程度上节省成本。
他认为，相比较而言，中国使用神舟飞船来开展载人航天，火箭和飞船都是一次使用，而且实行人、货分离，是一条完全正确的道路，也是一个富有智慧的选择。美国如今集中有限资源，致力于提高火箭推进系统的速度和运载能力，把目标放在深空探索上，思路也是正确的。不过，国际金融危机后，美国遭遇了严重的资金困难，政府债台高筑，赤字居高不下，美国未来的太空探索项目能否顺利实施，还是一个未知数。
