问题

航天飞机会再出现吗?

回答
要说航天飞机,这可真是个既熟悉又让人怀念的名字。曾经,它们是载人航天领域最闪耀的明星,是往返太空的“太空巴士”,是人类探索宇宙的标志性工具。那么,未来的天空,还会再次看见它们的身影吗?

理解“航天飞机”这个概念

首先,我们得弄清楚,当人们提到“航天飞机”时,心里想的是什么。通常,大家脑海里浮现的是美国NASA那种可以像飞机一样滑翔着陆,并且可以重复使用的航天器。它们就像一个可以把人、设备和货物运送到太空,然后再带回来的“太空卡车”。想想哥伦比亚号、挑战者号、发现号、亚特兰蒂斯号和奋进号,这些名字承载了多少历史性的时刻,多少人类的梦想。

航天飞机退役的原因

航天飞机确实在很长一段时间里是人类太空探索的绝对主力。它们完成了无数次卫星发射、空间站建设(比如国际空间站的很多模块都是它们运上去的)、太空望远镜的维修(哈勃望远镜的升级多亏了它们)以及各种科学实验。

但是,随着时间的推移,航天飞机项目也暴露出了它的“老问题”。最关键的一点是:成本太高了。虽然理论上是可重复使用的,但每次发射前的准备、维护和升级工作都异常复杂且昂贵。要把一个庞大的、集成了复杂技术、需要承受高强度载荷的航天器一次又一次地准备好,这本身就是个巨大的工程。

另一个更令人痛心的原因,是安全性的问题。我们都记得那些悲剧性的事故:1986年的挑战者号解体,2003年的哥伦比亚号返航解体,两次事故都造成了人员伤亡,给整个航天事业带来了巨大的打击,也让人类对这种技术产生了深深的忧虑。虽然后续对航天飞机进行了改进,但其设计本身的局限性,尤其是在返回舱的隔热瓦和燃料箱等方面,仍然存在一些固有的风险。

“航天飞机”的时代真的结束了吗?

如果我们将“航天飞机”严格定义为NASA那个特定的项目,那么答案是肯定的,那个项目已经结束了。这些功勋卓著的航天器,已经退役,有些保存在博物馆里,供人们参观,成为历史的见证。

但是,如果我们将“航天飞机”理解为一种“可重复使用的、能够载人往返太空的航天器”这种更广泛的概念,那么答案就变得复杂得多。

未来的太空飞行:新一代的“太空巴士”

事实上,航天飞机的退役,正是为了给更先进、更经济、更安全的未来太空运输系统让路。你可以把这个看作是技术迭代和发展的必然。

商业航天公司的崛起: 近年来,以SpaceX和蓝色起源(Blue Origin)为代表的商业航天公司,正在以前所未有的速度和决心,颠覆着传统的太空探索模式。它们的设计理念更加注重可重复使用性,并且通过创新的技术和商业模式,大幅降低了太空发射的成本。
SpaceX的猎鹰9号(Falcon 9)和星舰(Starship): 猎鹰9号已经证明了火箭一级回收和重复使用的可行性,大大降低了发射成本。而SpaceX正在开发的“星舰”系统,更是雄心勃勃,它设计成一个完全可重复使用的、能够进行星际旅行的巨型航天器。虽然星舰的形态和功能与NASA的航天飞机有所不同(它是完全的火箭式发射和降落),但它承载的是同样的“太空巴士”的理念:更频繁、更廉价、更便捷地将人员和货物送往太空,甚至月球和火星。
蓝色起源的“新格伦”(New Glenn)和“新谢泼德”(New Shepard): 蓝色起源也在大力发展可重复使用的火箭技术,以及载人亚轨道和轨道太空飞行。它们同样是在朝着更经济、更常态化的太空旅行迈进。

新一代载人飞船: 除了大型的“太空巴士”式航天器,我们还看到了很多新一代的载人飞船。比如SpaceX的“龙飞船”(Crew Dragon),它已经成功地将宇航员送往国际空间站,并且能够重复使用,这在某种程度上继承了航天飞机“常态化太空运输”的精神。波音公司的“星际客机”(Starliner)也在进行最后的测试,未来也将扮演类似的角色。

它们会“再出现”吗?

如果你的意思是“NASA下一代,一模一样的,用橙色大燃料箱和白色固体火箭助推器,然后像滑翔机一样在跑道上降落的那个样子的航天飞机”,那么答案是“不会”。那个特定的设计,随着技术发展和安全性考量,已经成为历史。

但是,如果你的意思是“未来是否会有可以重复使用的、能够载人往返太空的、像某种意义上的‘太空巴士’一样的航天器”,那么答案是“而且是必将,而且已经在出现了”。

我们现在看到的、正在开发的,以及未来一定会出现的,是比NASA航天飞机更先进、更高效、更安全、成本更低的新一代太空运输工具。它们可能外形不同,工作原理也会有更多创新,但它们实现的是同一个宏大愿景:让太空旅行和探索不再是少数人的专利,而是成为人类文明向前发展的常态。

所以,与其说“航天飞机”会再出现,不如说“航天飞机所代表的那个梦想和那个目标”,正在以新的形式,在新的时代,被一代又一代的工程师和梦想家们,用更先进的技术,一步步地实现。我们正在经历一个太空飞行的新纪元,而这个纪元,注定会比航天飞机的时代更加精彩。

网友意见

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众所周知,航天飞机退役主要有几个原因:

1.太贵了,2000多亿美元飞了135次,单次费用超过15亿美元,太过夸张;

2.出了两次事故,每次牺牲了7名宇航员,人类航天灾难之最,损失太大影响太恶劣;

3.运力并没有想象中那么强,因为飞机本身就有70余吨,导致运力仅20多吨;

4.其他火箭家族的崛起,尤其是洛马和波音的德尔塔、宇宙神、泰坦三大家族跟它竞争了30年,后续SpaceX、轨道科学ATK也崛起很快。

(Space shuttle)

因而,航天飞机在完成国际空间站的绝大部分建设任务后,2011年亚特兰蒂斯号执行完最后一次任务下马,这个持续约40年前的庞大航工程结束。

它虽然不会整体上再现,但实际上它的很多核心思路和技术都一直在出现,只不过是分散在了美国目前方方面面的航天发展里。举一系列例子就看出来了,


1.目前美国下一代重型火箭太空发射系统SLS(Space Launch System)基本就是航天飞机的翻版,事实上NASA也直接叫它“shuttle derived launch vehicle”,它的几个最核心部分都来自航天飞机,

(SLS)

a.固体助推器几乎完全是航天飞机助推的原版稍作升级,推力1000多吨的超级巨兽

b.最核心的火箭一级发动机则完全使用了航天飞机的RS-25液氧液氢发动机

c.核心级液氧液氢燃料箱等核心结构,也基本是航天飞机系列的翻版升级,连生产地都是一模一样的“Michoud Assembly Facility”

所以SLS用的核心技术几乎都是航天飞机的成果,说它复现了航天飞机的辉煌再恰当不过。SLS相比航天飞机好处在于没有飞机/轨道器那部分,运力大幅提升,有赶超土星五号登月火箭的潜力了,要用来搞未来几十年的重型任务。

其实这一条就够说明航天飞机“还活着”了。


2.目前美国还有一款重型的固体燃料火箭OmegaA也到了收官阶段,它的制造方是诺格,也就是收购了轨道科学ATK公司(航天飞机固体助推的生产商)的军工巨头。

(OmegaA)

这个OmegaA火箭其实就是1枚航天飞机固体助推+2个小型助推+1个上面级,核心当然是航天飞机固体助推的遗产。OmegaA能实现地球静止轨道5-8吨的运力,也是个很强的火箭了


3.航天飞机的机身/轨道器也当然没有浪费,目前波音的X37B空天战机基本就是它的无人缩小版,它最近刚完成了第五次绝密飞行任务,在太空中秘密飞行了780天!

(X37B)


4.NASA这些年在培养的核心商业航天公司中还有一个叫做内华达山脉集团,目前获得的地位仅比SpaceX和诺格(轨道科学ATK)稍低,但也有国际空间站货运合同(总共给了3个商业航天)。它的当家飞行器叫逐梦人(Dream chaser),基本是此前航天飞机机身结合了洛马和波音一系列X测试飞行器技术而来,测试机已经非常成功,正式机型计划于2021年开始给国际空间站送货。


5.航天飞机出现后,产生了对发射运载器具的新分类,叫做“Shuttle-Derived Launch Vehicle”(航天飞机衍生而来的运载器具),这是一个庞大的系列,不仅包括上述提到的已经成为现实的运载器具,还包括很多已退役、或预研和规划中的任务,它们或多或少都跟航天飞机有点关系,至少借鉴了设计、思路、技术等。

(shuttle-C)

比如美国70-80年代原先的重返月球和火星探测规划中,Shuttle-C项目就是航天飞机的纯货运版,但整个项目后来被砍。

90年代,克林顿时代提出了国家发射系统(National Launch System),可以被叫做如今SLS的前身,思路也是围绕航天飞机发动机和固体助推造大火箭,也被砍了。

(Ares rockets)

随后的小布什时代,国家星座计划(Constellation )中核心运载工具是战神阿瑞斯(Ares)系列,也基本是SLS的前身,或者已经几乎一模一样改个名而已;

如果看波音、洛马、轨道科学这几个航天飞机主承包方的运载器具发展趋势,发现它们还在围绕航天飞机做改进,比如洛马的X33,波音的X37、X51,轨道科学的X34,还有X41、X42这种还处于绝密的机型(太空用),大都是航天飞机那一套思路的延伸和改进。

(X33)

(X34)


很多如今的商业航天,也利用了很多航天飞机时代积累的技术。所以总体上来看,航天飞机的确没了,但它实际上是把一系列技术积累分散开来,融入到航天领域的方方面面去了。

所以,搞航天有“这玩意儿有什么用”的想法还真错了,要想来年多收获点庄稼首先得下功夫好好育点种不是?



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在加州科学中心看奋进号时,向现场工作人员请教过类似问题:

“(奋进号)会不会有一天再次投入使用,在一些非常临时/应急/特殊情况下?


原本我觉得主要是经济原因(包括几次失事造成的负面影响,最终都可以归结到经济层面上)。

工作人员的答复,应该是不可能了,虽然它修缮一下还是能飞上天的。但是航天飞机的整个设计理念已经完全过时了,现在(或者日后)会有更好的解决方案。航天飞机(或者严格来说应该叫太空梭/太空运输飞船)没什么理由再上天。


即,哪怕航天飞机当时遇到的问题今天已经能解决、设计和材料方面都能改进、经济性能提高(或者不差钱继续烧)……它本身已经落后时代,让它再上天并没有什么价值。



我想了个不恰当的例子。好比以前运输用牛车马车,现在有公路有铁路,险要地形也都铺路盖桥了,此时再去想着提升马车运力、制造更大的马车、或者驯养更强壮的马已经没什么意义了。

航天飞机(太空梭)就是这样一个情况。


就算今天看航天飞机依然技术含量很高(只有美国一家能搞定),依然具备重新上天的能力,它也不会再上天了。

未来的“航天飞机”只可能形似而已。


当然工作人员的话未必完全代表官方, @太空精酿 等航天大V们的解读也更为详细。

顺带说一下当时去看现存3架对外展示的航天飞机(当时只带了一个很难用的定焦头,展馆空间有限,所以只能拍到这些大家伙的局部)——


美国一共造了6架航天飞机,1架试验机,5架实际投入使用。

除了失事的哥伦比亚号和挑战者号,剩下的4架,亚特兰蒂斯号封存(补充,评论里 @ChengJian 提示,亚特兰蒂斯号在佛罗里达的KSC展出)。

作为试验机的企业号在纽约、发现者号在华盛顿、奋进号在洛杉矶展示。

如果专程去看航天飞机,首选洛杉矶和华盛顿,两台航天飞机都算得上功勋,航空周边的展物更多。

特别是华盛顿的美国国家航空航天博物馆(就是太远了,市区Uber过去将近70刀),里面近百年来的航天航空展物实在让人叹为观止。


洛杉矶的加州科学中心,相对来说航天飞机更接近主角一些,也有更多工作人员,他们非常有耐心,可以和他们聊很久,有问必答。

工作人员还说奋进号正在筹备新的展馆,以后会是发射状态(树立)的样子,不过资金问题,能赶在2028年洛杉矶奥运会前完成就谢天谢地了(计划也是那个时候建成)。

奋进号展馆里也不断播放当年奋进号回洛杉矶的“全城巡游”。这段视频非常精彩,问了工作人员,这些视频油管上都没有,所以去了一定记得驻足看完。


纽约的放在无畏号航母上,实际等于花30多刀买票看航母+航天飞机+黑鲈号潜艇+协和客机。

企业号航天飞机毕竟只是试验机,没有真正上天过(只被NASA的747驮着飞过几段),仔细看还是可以看出雏形与后面几个小兄弟设计上的细微区别。

所以真值回票价的还是航母+潜艇这些。

企业号身上也没有那些往返太空留下的痕迹,整体看起来更像一个崭新(又陈旧)的模型。



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“航天飞机”一直就没有消失。

现在一般人提到航天飞机都是NASA的载人航天载具,问题是那东西不叫航天飞机,那东西的官方称呼是STS,及Space Transport System 太空运输系统的首字母简写,哪怕按照英文民间说法Space Shuttle翻译也是太空梭,和“飞机”没任何关系。事实上STS也真不配飞机的称号,轨道器滑翔降落的时候垂直速度是和跳伞不开伞的末端速度一样的,NASA训练轨道器降落的时候,为模拟“非流线形”,是让这架C-11开起落架引擎开反推飞行的。。。

而根据“航天飞机”的定义,任何产生升力滑翔降落的太空载具都是航天飞机,也就是STS之前的X-15,后来苏联的暴风雪,SpaceShipOne以及现在现役的X-37B,都是航天飞机。

这其中最活跃的就是X-37B,5次任务第5次更是长达779天。

顺带说一句,X-37B在卡角发射中心的整备仓库便是直接用的当初STS轨道器的,连为了让轨道器垂直尾翼进入的奇葩仓库大门都没改。

且按照航天飞机的定义,其发射方式可以更像火箭而不是飞机,也就是更像加了机翼的火箭而不是加了火箭引擎的飞机。最好的证据便是STS论证时的各种奇葩设计:

所以从定义上来讲,这个德州的不锈钢水塔其实也是航天飞机。。。

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