问题

为什么航天飞机不再发展反而停飞。?

回答
航天飞机(Space Shuttle)作为人类历史上一个极其重要的太空探索项目,它的出现极大地推动了太空技术的进步,例如建造国际空间站(ISS)、发射哈勃太空望远镜等。然而,这个曾经辉煌的计划最终走向了停飞和退役,这背后有多重复杂的原因,并非单一因素所致。下面我将详细阐述这些原因:

一、 灾难性事故是直接导火索,但并非唯一原因:

挑战者号(Challenger)事故(1986年):
事故原因: 这是航天飞机历史上第一次致命事故。事故发生在发射后73秒,由于前一天异常寒冷的温度导致右侧固体火箭助推器(SRB)的O形圈密封件失去弹性,密封失效,热气体泄漏并点燃了外部燃料箱。最终,外部燃料箱爆炸解体,挑战者号航天飞机随之解体,7名宇航员全部遇难。
影响: 这次事故导致航天飞机停飞了近三年。调查显示,事故的根源在于NASA对风险的认知不足,以及固体火箭助推器设计上的固有缺陷。为了防止类似事故再次发生,对航天飞机进行了重大改进,包括加强了O形圈的材料和设计,以及改进了发射前的检查程序。然而,这次事故暴露了航天飞机设计理念上的一个根本性问题:不安全性是其固有的风险。

哥伦比亚号(Columbia)事故(2003年):
事故原因: 这是航天飞机计划的最后一次事故。在发射升空阶段,一块泡沫绝缘材料从外部燃料箱脱落,撞击到航天飞机的左翼前缘(致动器支架)上,造成了一个损坏。在再入大气层时,高温气体通过这个损坏点涌入机翼,导致机翼结构失效,最终使航天飞机在空中解体,7名宇航员再次全部遇难。
影响: 这次事故再次导致航天飞机停飞了两年多。调查发现,虽然外层隔热瓦是航天飞机最重要的防护层之一,但其设计和制造也存在一些脆弱性。更重要的是,它再次揭示了航天飞机的设计理念缺陷:它并非真正意义上的可重复使用,每一架航天飞机都需要经过大量的维修和检查才能再次发射,而且每次发射都伴随着部件(如隔热瓦)的消耗和损坏的风险。

二、 设计理念的固有缺陷和高昂的运行成本:

并非真正的“可重复使用”: 航天飞机最吸引人的地方在于其“可重复使用”的概念,即像飞机一样,能够反复发射和着陆。然而,在实际操作中,航天飞机并非完全可重复使用。每次发射都需要更换大量的昂贵部件,包括:
外部燃料箱(External Tank, ET): 这是一个一次性部件,每次发射后都会在大气层中烧毁。
固体火箭助推器(Solid Rocket Boosters, SRBs): 虽然助推器可以回收并重新组装,但这是一个非常复杂和耗时的过程。
航天飞机本体(Orbiter): 航天飞机本体虽然可以返回地球并进行维护,但其数万块隔热瓦每次都需要仔细检查和维修,甚至更换。这些隔热瓦是保护航天飞机免受再入大气层时极高温度影响的关键,其维护成本和技术难度极高。

高昂的单次发射成本: 由于上述原因,航天飞机的每次发射成本非常高昂,甚至超过了当时许多一次性火箭的发射成本。据估计,其单次发射成本可以达到5亿美元以上(按当时币值计算),这使得NASA的预算面临巨大压力。

复杂的维护和准备过程: 航天飞机从一次任务返回到下一次任务准备,需要经过漫长而复杂的过程,包括:
从着陆点运送到肯尼迪航天中心。
进行全面的检查和测试。
更换和维修大量部件,特别是隔热瓦。
安装载荷。
进行发射前的准备。
整个过程可能需要数月甚至一年以上的时间,严重影响了发射频率和任务的灵活性。

设计上的妥协导致性能受限: 航天飞机是一种集成了多种功能的航天器,既是火箭,又是滑翔机,同时还能作为轨道上的工作站。这种多功能性的设计,必然导致在某些方面的性能妥协。例如:
载荷能力: 相较于其巨大的体积,航天飞机的载荷能力并不算特别突出,而且载荷舱的形状和尺寸受到限制。
轨道能力: 航天飞机只能进入相对较低的地球轨道,无法直接飞往月球或火星。

三、 技术发展和战略转移:

更经济、更可靠的替代方案出现: 随着技术的发展,出现了一些比航天飞机更经济、更可靠的运载火箭和太空飞行器。例如,利用一次性火箭发射载荷,虽然单次发射的回收和再利用成本为零,但其设计更简单,可靠性相对更高,且总体成本更低。

国际空间站建造完成: 航天飞机计划最重要的任务之一就是建造国际空间站。随着国际空间站的建成和主要模块的安装到位,航天飞机的主要任务也逐渐完成。

商业航天公司的崛起: 21世纪以来,商业航天公司(如SpaceX、Blue Origin等)的崛起带来了新的航天技术和更具竞争力的成本。这些公司开发的火箭和飞船,如SpaceX的猎鹰9号(Falcon 9),采用了更先进的可重复使用技术(如火箭第一级的垂直着陆回收),大大降低了太空发射成本,为未来的太空探索提供了更可持续的解决方案。

NASA的战略重心转移: 在航天飞机计划结束后,NASA的战略重心逐渐转移到深空探索、载人登月和火星任务的准备上。例如,新的“太空发射系统”(Space Launch System, SLS)和“猎户座”(Orion)飞船被开发出来,以支持这些更长远、更具挑战性的太空目标。航天飞机的退役也为NASA将资源投入到这些新的探索计划提供了可能。

四、 政治和公众舆论的压力:

事故的巨大影响: 两次毁灭性的事故不仅造成了生命的损失,也给NASA的声誉和公众的信心带来了沉重打击。公众对航天飞机的安全性产生了严重的担忧。

财政负担的持续性: 航天飞机高昂的维护和运行成本,以及其固有的安全风险,使得NASA在政治上难以持续获得足够的资金支持来维持该计划。

总结来说,航天飞机不再发展并停飞,是多种因素共同作用的结果:

两次灾难性的事故揭示了其设计上的固有风险和不安全性。
“可重复使用”的概念未能完全实现,导致了高昂的运行成本和复杂的维护过程。
更经济、更可靠的替代技术和商业航天解决方案的出现,使其竞争力下降。
主要任务(国际空间站建设)的完成,以及NASA战略重心的转移。
政治和公众舆论的压力,以及财政上的不可持续性。

航天飞机项目虽然以停飞告终,但它在人类太空探索史上留下了不可磨灭的印记,为后来的太空飞行器设计和任务规划积累了宝贵的经验和教训。它的退役也标志着人类太空探索进入了一个新的阶段,更加注重成本效益、安全性和深空探索能力。

网友意见

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航天飞机属于超越时代的产物,科技树攀得有点太快了,导致成本太高

目前有继续在发展,美国的x37B,曾经在轨道将近2年,未来的空天飞机雏形,基本上就是个缩小版的航天飞机

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