圣诞节返程：航天飞机轨道飞行器路试，1984年

汽车通常不对重型商用车进行测试，但是我们决定作一个例外，这是美国最近在交通运输领域发展的重要技术意义。

可重复使用的航天飞机的最初工程，设计和成本研究始于1970年初，决定了最终配置-两个固体推进剂助推器单元，增加了主轨道飞行器的三个液体动力发动机，再加上一个大型外部油箱-于1972年采取。

一辆工作车辆首次行驶花了九年时间，这也许是对必须完成的工作和必须克服的问题的某种衡量。自那时以来，已经有11次成功的郊游，证明政府对该项目的巨额支出是合理的。最好把航天飞机描述为一种航天飞机，它像火箭一样起飞，在运载高达65,000lband的有效载荷后可以在轨道上操纵，然后返回正常的混凝土跑道上着陆。

它的多功能性和快速的周转时间意味着它首次提供了一种可行的方法来执行许多以前认为不可能的任务。这些措施包括无人卫星的维护和修理，或它们的修理“集合”，将行星际飞行器送入轨道，为科学实验提供平台，以及为大型项目运送零件。航天飞机有三个主要单元：轨道器，外部油箱和两个固体火箭助推器，每个推力为260万磅。

轨道系统是系统的载客和有效载荷的一部分，它比许多传统的商用车辆要大一些。它的长度为121英尺，宽度为79英尺，干重为150,000lb，它近似于DC9喷气客机的尺寸。进入轨道飞行器有点不合常规；已经沿着佛罗里达航空航天局（NASA）约翰·肯尼迪航天中心的龙门架爬了上来，穿过车辆前侧的圆形舱口爬上了飞机，然后沿着狭窄的楼梯进入了驾驶舱。由于航天飞机此时处于垂直位置，因此有必要躺在由四点式安全带固定在Nomex覆盖的座椅之一上。

乘员保持在这个位置，对各种系统进行检查，直到发动机启动大约六秒钟之前，才没有真正的机械活动迹象。在这一点上，最好用梭子后面的from吟声来描述，随着车辆两侧的两个巨大的固体推进剂发动机着火，强度随着远处的振动而增强。在爆炸性烟火被释放以释放限制航天飞机的压制物之前，轨道器经历了一个被称为“ twang”因素的振荡。

在这一点上，几乎可以感觉到“尾巴踢”的感觉，因为可以看到曾经帮助支撑车辆的塔正在消失。整首歌总共有五个引擎，因此动力传递必须被归类为令人印象深刻的，尽管可能未经改进。噪声和振动非常大，有必要在头盔对讲机上大喊大叫，以让其他乘客听到。为了增加所有这些活动，大约10秒钟后，车辆开始滚动，从车窗向外看一眼，发现下方的沼泽地和前方的蓝天。

经过一段似乎很长的时间，但实际上只有大约两分钟，固体推进剂发动机脱离了自身，并向距离27个半英里的地球坠落。以前的噪音，振动和刺耳声现在已经大幅度减少，这不仅是因为抛弃了燃烧粗糙的动力装置，而且还因为长期以来低空大气的浓厚空气和声屏障（都诱发了振动）背后。

大约随后的六分钟的行驶过程就像前两场的崎rough不平一样令人印象深刻。航天飞机的速度越来越轻，它的速度不断提高，并且主引擎回油门，因此车辆不会超过其3g（加裕量）的运行极限。轨道飞行器的乘员被推回到座位上，他们的体重是正常情况的三倍。大约八分半钟的时间，离地球68英里时，主油箱被释放，发动机突然切断，您突然像所有其他一样漂浮在座椅安全带的皮带上您周围的其他系留物体-轨道已成功实现。现在，航天飞机的速度为每小时17,741英里。

经济

不幸的是，这并不是车辆的特别强项，但是必须牢记所产生的功率和轻巧的性能。当液态氢和氧气以每5英尺1加仑的速度使用时，最耗油的时间是在升空。当然，这会在行程的前八分钟持续进行，这就是为什么需要这么大的外部燃油箱的原因。可以以每分钟约37,736加仑的氢气和每分钟约14,000加仑的氧气的速度向发动机提供燃料。有趣的是，分阶段的燃烧循环与高燃烧室压力以及推进剂的快速混合相结合，可产生99％的燃烧效率。

安全

运营上最担心的问题之一就是船上着火，因此，建筑商罗克韦尔国际公司（Rockwell International）已探究了广泛的灭火器系统，并将手提式灭火器放置在甚至火灾风险最远的地方。此外，船上所有材料均耐火并经过除气和易燃性测试。安全性也可以考虑的是覆盖在轨道器外表面的数十万块耐热砖。最初，媒体对它们有松动和掉落的趋势非常担心，即使到现在，热量和振动通常也会在启动板上留下许多瓷砖。但是，NASA官员强调，从来没有从轨道飞行器的关键区域丢失瓷砖。

技术重点

毫无疑问，穿梭系统中最有趣的部分必须是电源。考虑到可以携带的有效载荷（高达65,000磅）和成功运行所需的速度（将近18,000 mph），罗克韦尔国际公司的工程师决定采用三引擎配置。但是，他们没有选择汽油动力活塞发动机，而是选择了能够产生各种推力水平的高性能液氢-液氧单元（他们更喜欢以推力磅数来谈论动力，而不是更传统的马力）。通过在分级燃烧循环中使用这些高能推进剂来开发动力。

它们在双预燃烧器中部分燃烧，产生高压热气，驱动涡轮泵，该过程在主燃烧室中完成。航天飞机的每台主机均以液态氧与液态氢的混合比为6：1运转，以在海平面上产生375,000磅（1,668千牛顿）的推力。可以在额定功率范围的65-109％的推力范围内控制发动机，以提供升空和初始上升阶段所需的动力，然后在最终上升阶段将其回油门以将加速度限制为3g。

发动机是万向节或方向指向的，以在轨道飞行器助推阶段提供对俯仰，偏航和侧倾的控制。这三个引擎由新的熟悉的电子管理系统链接。这个黑匣子包括一台计算机，该计算机将来自轨道器的命令与来自引擎的数据集成在一起。

方向盘后面

可以肯定地说，航天飞机仪器的复杂性对于普通汽车驾驶员来说是无法接受的。爬到大型中控台上并进入座椅的驾驶员面对着锯齿形的开关和断路器阵列，四个电视屏幕，三个计算机键盘，一个陀螺仪水平指示器以及一个手动控制器。其中一些仅在进入轨道时使用，一些仅在轨道上使用，而其他则仅用于返回旅程。最初的目的是使这些工具和控件尽可能简单明了，但是，与许多复杂的工作一样，事情往往会变得混乱起来。还必须说，座舱中的所有东西都被认为对轨道飞行器的平稳和安全运行至关重要。

常规汽车的驾驶员可能还有些不知所措，以发现梭子中没有方向盘。取而代之的是一个手动控制器，它可以在三个轴上（俯仰，横摇和横摆）运动，并且仅需腕部轻轻移动即可精确地控制车辆。尽管体积大，但轨道器对控件的苛刻触感并不能很好地响应-但是，它将奖励用户方面的平滑度和精确度。这就是航天飞机驾驶舱的复杂性，似乎与商业客机的联系比其他任何事情都重要。

与班车一起生活

轨道飞行器的大部分长度都由货物而不是人员运送。必须说，工作人员最多可容纳7人，并且住所有限，但是必须牢记航天飞机的预定用途。它的货舱由铰接的有效载荷舱门保护，是一个60 x 15英尺的海绵状货物，每次旅行后都会进行详细更改，以适应下一次任务的要求。就像货轮一样，还有一个操纵臂，可以在轨道上取回或部署各种物体。

加热和通风系统位于下层甲板下方，不仅负责温度控制，还负责大气压力，湿度和二氧化碳水平。航天飞机和有效载荷的电力是由三个燃料电池产生的，它们使用低温储存的氢和氧产生1530kWh的能量。尽管要处理三个而不是一个，但引擎舱的可及性显然不是问题。

以前，在这种类型的车辆上，没有维修或维护的问题，因为引擎和其他组件仅使用一次并且被认为是消耗性的。无需从车辆上拆下就可以维修轨道器的主要动力装置，并且无需进行大量发动机重新校准或测试点火即可在现场方便地更换大多数组件。这是一个明显的优势，因为在很少的地方可以发射火箭发动机而不会打扰邻居。

道路行为

在旅程的轨道运行期间，航天飞机精确，轻松，安静地移动，并且在乘员执行任务时经常处于自动模式。轨道器很容易操纵，大型反作用控制引擎允许其绕轴运动，从而瞄准天空，地球或其他任何感兴趣的点。不过，它通常是从45,000英尺以下重新进入的，在那里自动控制终止，而人工控制接管一切。

尽管控制系统可以比作Bosch ABS和最近推出的ASR系统，但它的操纵特性足够精确。也就是说，在人类输入和控制表面之间有一个电子“黑匣子”，而不是任何直接的电缆链接。这种电子调解的确为控件带来了些许人造的感觉，但是，尽管如此，它们的响应的相对清脆度还是可以接受的，尤其是考虑到轨道器的大小。已经变得明显的一个特征是，在最后降落到跑道上时，当车辆在大约2,000英尺处并且下降角度从陡峭的19deg更改为大约11 / 2deg时，它对俯仰的变化特别不敏感。

因此，最好是在几百码外的情况下获得对准线，然后将任何航向校正限制在很小的范围内。轨道器通常以约225 mph的速度降落，下降速度为2-3 fps。此时承担的是三角形配置的起落架，每个转角处都有一对轮子。所有这三个单元都是液压控制的，并且将在最多10秒内到达完全伸出的位置，这尤其重要，因为起落架的展开是在着陆之前的最后一刻。

传统的气体/液压减震器有助于吸收降落的影响，而触地时的转向控制则由前轮和方向舵控制。类似地，制动是在舵上使用垂直分体式稳定器进行的两管齐下的事情，该分离器向外打开以形成一个速度制动，并通过四个带一个防滑系统的主车轮上的碳衬铍铍制动增强了速度。停止轨道飞行器返回时，最令人放心的因素可能是它有一个三英里的跑道可以放慢速度，这在理论上足以使其停止而不刹车。

细化

航天飞机在这个部门表现出很大的反差。在旅行的前两分钟，噪音，振动和刺耳声均超过了所有通常接受的水平，在此之后，性能有了显着改善，几乎无法相信它是同一辆车。进入轨道后，主要噪声源是用于操纵的大型反作用控制引擎。其中有30多个，每个都有大约800磅的推力，尽管外面没有任何传声空气，但前置发动机发出的声音像远处的火炮一样，轨道器的结构本身就是一种传声筒。

在大多数情况下，这些引擎加上六个较小的25lb推力单元处于自动模式，只需按车载计算机的命令进行点火即可保持位置。还有两个6,000磅推力机动发动机，用于改变航天飞机的轨道并放慢速度使其脱离轨道。与发射相比，再入是更温和的事情，部分是因为有发动机噪音，部分是因为轨道器很少达到1.5-1.6g以上。

从航天飞机的速度下降到2500-2800英里/小时的速度方面，从改进的角度来看，这两个主要事件变得很明显-当它撞击到更浓的空气中时会出现明显的隆隆声，并且乘客将其向前拉到安全带中减速-在40,000-50,000英尺的高度，当颤抖器以低于声速的速度穿过轨道时，它会通过轨道。这些都不是发射期间噪声和振动的严重程度。

判决

它的造价高达12亿美元，无论从哪方面来看，都不能认为它是廉价的飞行器。即便如此，目前存在着三架飞机-全部在美国-第四架飞机将于1985年春季交付。自从完整的发射方案（包括培训，车辆准备，发射，轨道运行，着陆并将其运输回发射台）之后，建议零售价也不会终止潜在所有者的支出。再次花费2亿美元。

燃油成本也不容忽视。一次旅行要消耗385,000美元的液态氢和氧以及1300万美元的固体推进剂。话虽如此，人们还必须考虑对轨道器的要求和所涵盖的距离。例如，尽管计划将车辆每20趟旅程进行“适度翻新”后返回制造商，但必须牢记，一个地球轨道约为29,900英里，迄今为止的最小旅程长度为36轨或1,076,400英里。

此外，它预计可承受的最大速度为每小时17,500英里，再入时的最高温度为1260摄氏度（2,300华氏度），最多可载运65,000磅重的货物。航天飞机可能是最稀有和最昂贵的现代交通工具之一，但毫无疑问，它为人类带来的可能性也使它很容易成为最令人兴奋的东西。正如司令官约翰·扬（John Young）在航天飞机首次完整旅程结束时所说的那样，它是“一架梦幻般的飞行器”。很少有人愿意与他矛盾。