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1、美国航天飞机(SPACE SHUTTLE)介绍到目前为止共有6架轨道飞行器，它们是OV101“企业号”(Enterprise)、OV-102“哥伦比亚号”(Columbia)、OV099“挑战者号”(Challenger)、OV103“发觉者号”(Discovery)、OV 104阿特兰蒂斯号”(Atlantis)和OV105奋进号”(Endeavour)。“企业号”为试验机，其它5架为工作机，其中“挑战者号”已在1986年1月的事故中炸毁。 航天飞机的研究工作开始于60年代末。1969年9月“阿波罗”首次登月后2个月，美国总统便指定美国空间工作组研究制定以后空间研究的方针和途径，当年该工作组
2、正式提出研制包括航天飞机在内的新的空间运输系统。1971年政府正式同意了此项建议，并由总统发出命令。自此便正式开始了航天飞机的研制工作。 研制工作共分A、B、C、D 4个时期。A时期研究航天飞机外形，并提出进一步研究的要求和方向。B时期为技术经济指标确定和方案设计时期。C时期进行技术设计，D时期为生产和飞行时期，二者合称C/D时期。 A时期开始于1969年。在该时期提出两级全部重复使用的航天飞机方案。方案中锄推器和轨道飞行器的连接方式各有不同，有腹部相接、背驮和并联等几种布局。大多为直机翼飞行器，设有18.3m4.6m货舱，可载乘员10人，载货11.3t。助推器将轨道飞行器送至高空后飞回发射场
3、。推进系统全部采纳液氧/液氢作为推进剂。 1970年3月开始由北美洛克维尔(NorthAmericaRockwell)和麦克唐纳道格拉斯(Mc Donnell Douglas)公司承担B时期研究工作。到1971年6月决定选用满足空军要求的185km轨道运载能力为29.5t并具有高横向机动能力的三角形机翼轨道飞行器方案。后来因苏联放弃登月竞赛，美国航天预算紧缩，航宇局被迫改变方案，将推进剂箱全部移至轨道飞行器外，并取消重复使用的载人助推器方案。 1972年1月15日美国总统正式宣布研制全新的空间运输系统。当年3月确定了接近于现有状态的总体方案。载人回飞型助推器改为弹道回收的并联助推器，轨道飞行器
4、缩小，主发动机由2台大推力发动机改为3台小推力发动机，贮箱移到机体外，姿控和机动发动机改用可贮推进剂。19701980年期间方案变动的大致情况如表所示。 1972年7月NASA指派约翰逊航天中心(Johnson Space Flight Center)负责轨道飞行器治理，马歇尔航天飞行中心(Marshall Space Flight Center)负责轨道飞行器主发动机、外贮箱和固体助推器治理，肯尼迪航天中心(Kenndy Space Center)负责航天飞机组件的组装、测试，及发射，此外由洛克维尔公司负责轨道飞行器的设计与研制、由马丁玛丽埃塔丹佛航空公司(Martin Marietta D
5、enver Co.)负责外贮箱的研制与制造，由莫顿聚硫橡胶公司(Morton Thiokol Co.)负责固体助推器的研制与制造，由洛克达因公司(RocketdyneDiv)负责主发动机的研制。 第一架轨道飞行器“企业号”于1976年9月17日出厂。1977年2月开始进行进场着陆试验。试验分三组进行。第一组试验5次，检验用波音747飞机驮飞时的稳定、颤振等特性，轨道飞行器中不载人；第二组作载人飞行试验，共3次，由飞行员检查轨道飞行器爷系统的性能；第三组试验5次，飞行中轨道飞行器与波音747飞机分离，滑翔飞行返回发射场，试验于1977年 11月完成。之后，1978年3月“企业号”被运往马歇尔航天
6、飞行中心与外贮箱和固体火箭组装进行发射状态的地面振动试验，1979年4月“企业号”运往肯尼迪发射场，在39A综合发射中心与固体助推器和外贮箱组合进行合练。1981年4月开始飞行试验，原打算试飞6次，但实际在第4次飞行时已携带国防部卫星执行任务。到1994年底共发射66次，成功率98.48。美国航天飞机的研制总费用(包括4次试飞的费用)为124.43亿美元(历年经费总和，未经折算)。1988年12月STS27任务的费用为3.75亿美元(当年币值)。 要紧技术性能 全长 56.14m 轨道机动速度增量304762.5m/s 高 23.34m 乘员37人(专门情况10人) 起飞质量 2041t 有效
7、载荷质量入轨：29.5t 起飞推力 30802.7kN 出轨：14.5t 过载 3g 额定地面周转时刻14d 运行轨道高度 185.01110km 横向机动能力2000km 轨道运行时刻 730d 固体助推器 长 45.46m 推进剂质量 2503.63t 直径3.70m 推进剂 氧化剂：过氯酸铵 总质量 2586.51t 燃 料：铝粉 结构质量282.88t 海平面推力 212899.2kN 外贮箱 长 47m 结构质量33503kg 直径8.38m 液氧质量604195kg 总质量 743253kg液氢质量106606kg 轨道飞行器 长 37，24m 寿命飞行100次 高 17.27m
8、主发动机3台 翼展23.79m 推进剂 液氧/液氢 货舱直径4.5m 推力：真空 32090.7kN 货舱长度18.3m 海平面 31668.1kN 乘员舱容积 70.880.Om2 比冲：真空 4464.5Ns/kg 结构质量68.04t 海平面 3552.5Ns/kg 满载质量102t 轨道机动发动机推力 326，69kN 横向机动能力2000km 总 体 布 局 美国航天飞机由轨道飞行器、外贮箱、固体助推器三大部分和27个分系统组成。其组成和布局如图及表所示。 固体助推器 航天飞机固体助推器是至今使用的一种最大的也是第一种可重复使用的固体发动机。2台助推器为航天飞机起飞到45.7km的上
9、升段提供要紧推力。设计要求每台至少使用20次。 助推器的要紧组成部分有发动机、结构、分离系统、电子系统、飞行测量系统、配电系统、减速系统和靶场安全自毁系统等。 固体助推器能够互换，它们匹配成对使用，由于助推器喷管延伸段在发动机熄火后抛掉，因而它是一种部分重复使用组件。 结构 助推器由鼻锥罩、截锥段、铣切前裙段、发动机壳段、外贮箱连接环、后座环、后裙段和电缆隧道组成。每台发动机壳体由11件D6AC材料壳段组成。 发 动 机 发动机药柱由氧化剂(69.93过氯酸铵)、燃料(16铝粉)、催化剂(0.07氧化铁)、粘接剂(12.04多聚物)和固化剂(1.96环氧树脂)组成。发动机前部药柱芯孔呈11角星
10、形、尾段和中段呈双截锥形。此种药柱芯孔布局可使发动机在起飞时提供高推力，到起飞后50s下降约 1/3，以免运载器在最大动压段承受过高的应力。固体助推器可互换并配对使用。每台由4个药柱段组成，每对药柱段用同一批次的装药，以最大程度地降低助推器间的推力不平衡。发 动 机 发动机药柱由氧化剂(69.93过氯酸铵)、燃料(16铝粉)、催化剂(0.07氧化铁)、粘接剂(12.04多聚物)和固化剂(1.96环氧树脂)组成。发动机前部药柱芯孔呈11角星形、尾段和中段呈双截锥形。此种药柱芯孔布局可使发动机在起飞时提供高推力，到起飞后50s下降约 1/3，以免运载器在最大动压段承受过高的应力。固体助推器可互换并
11、配对使用。每台由4个药柱段组成，每对药柱段用同一批次的装药，以最大程度地降低助推器间的推力不平衡。 航天飞机固体发动机装有可摆动的收敛扩散型喷管(见下图)。喷管以其尾部挠性接头作为摆动机构。发动机的推力矢量操纵是通过喷管摆动进行的，其各向摆动角为8。喷管组成如图所示。喷管挠性接头由天然橡胶弹性体和钢质垫片夹层以及前、后端框组成。10层金属填片、11层弹性体和端框热粘在一起。喷管装有推力矢量作动器以及和发动机后壳段适配的连接结构。喷管延伸段在熄火后抛掉，以减轻挠性接头的撞击损伤。喷管膨胀比为7.16：1。 分 离 系 统 航天飞机固体助推器分离系统由连接释放机构、分离发动机、分离电子系统及各种传
12、感器组成。 连接释放机构 固体助推器连接释放机构由8个连接结构和8个分离螺栓组成，每台助推器各4组。 1.前部连接结构 前部连接装置位于固体助推器前筒段，它是一种推力紧固件。其球形件同意固体助推器和外贮箱在分离前相对旋转1。该装置有一铝合金蜂窝结构螺栓抓具，防止碎片散射。 2.后部连接结构 固体助推器后部通过3根连杆与外贮箱相接。每根连杆都装有与前部相似的分离螺栓。后部分离系统满足以下专门要求：1)连杆需适应助推器和外贮箱之间12.715.2cm的纵向相对移动；2)连杆传递1746kN轴向载荷；3)连杆需传送来自轨道飞行器的指令；4)0.01s内完成分离。 3根连杆都安装在固体助推器的外贮箱连
13、接环上。下连杆和对角连杆采纳同一方案，能够互换。上连杆的设计较为复杂，需满足指令传输和信号测量的要求。 分离发动机 航天飞机2枚固体助推器各装8台固体分离发动机。前部4台、后部4台；发动机与前分离螺栓和连杆的分离起爆器同时点火。发动机工作0.7s，每台产生推力97.9kN。 前部4台发动机安装在截锥体靠轨道飞行器的一侧。航天飞机座落在发射台上时喷管向上。发动机防热罩保证航天飞机上升段热气流不灌入喷管冲击推进剂，以防发动机自动点火。此外，防热罩还必需保证分离发动机点火时无微粒射流阻碍轨道飞行器防热系统。前部发动机防护装置类似铰链盖或舱门。门打开时铰链受扭弯曲。铰链的弯曲使门的动能转为热能，门被制
14、动后保持在一定位置，爱护轨道飞行器免受射流阻碍。另有一锯齿扣装置，保证门可不能在打开后再关上。 尾部分离发动机防护装置要简单得多。分离发动机点火时将其吹开。由于后部分离发动机位于裙段支撑柱部位，故有3台发动机位于支撑柱的一侧，另1台位于另一侧。 分离发动机和结构分离系统同时点火。冗余的分离信号送往前部和后部分离发动机系统，起动起爆器。起爆器的爆炸经2条起爆引信复式接头和8个起爆引信装置传至分离发动机点火器。 分离电子系统 固体助推器火工品装置和操纵装置间由2台主事件操纵器(MEC)进行信号传递和数据测量。分离系统通过4台尾部信号复合器/信号分离器(MDM)和2台MEC连接。固体助推器手动分离开
15、关通过4台前部MDM与航天飞机通用计算机接口。 固体助推器电子和测量系统(EIS)提供轨道飞行器和固体助推器分离系统间的接口。该系统由集成电子组件(1EA)和火工品引爆操纵器(PIC)组成。分离发动机和分离螺栓由IEA进行操纵。尾部IEA提供信号调节和放大、指令传递、数据分配、电力传输。位于助推器前部的组件通过尾部IEA向前部IEA传输。固体助推器向轨道飞行器输送的全部数据通过尾部IEA传输。 火工品引爆操纵器是一种单通道电容放电装置。它要求发送预备信号，对电容器充电。然后送“点火尸和“点火2”指令放电，起爆火工品。PIC由一组双冗余固体开关作动，开关通过MEC从通用计算机同意信号。 电 子 系 统 每台固体助推器有2套集成电子组件，助推器前后裙段各一套。前部组件负责在助推器熄火后指令抛掷喷管、释放鼻锥罩和截锥段、降落伞开伞、接通回收辅助装置。后部
