美航天飛機時代悵然落幕 汗馬功勞不可磨滅
核心提示：雖然今后美國將用多種新型載人飛船完成天地往返運輸任務，但是航天飛機在世界載人航天史上立下的汗馬功勞永遠不可磨滅，其很多先進技術還將在未來很長一段時間發揮重要作用，美國新一代重型運載火箭很有可能大量借鑒航天飛機可重復使用發動機技術。
最后一次登上發射臺的“阿特蘭蒂斯”號。本報記者陳一鳴/攝
7月8日，美國航天飛機進行最后一次太空之旅，并計劃于美國東部時間20日返回。由于成本和設計缺陷等原因，航天飛機“黯然”謝幕。雖然今后美國將用多種新型載人飛船完成天地往返運輸任務，但是航天飛機在世界載人航天史上立下的汗馬功勞永遠不可磨滅，其很多先進技術還將在未來很長一段時間發揮重要作用，美國新一代重型運載火箭很有可能大量借鑒航天飛機可重復使用發動機技術。
激發空前熱情
航天飛機的“告別之旅”再次激發了美國人空前的太空熱情。在“阿特蘭蒂斯”號即將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，各種車輛塞滿了門口的7個大型停車場。
肯尼迪航天中心顯然早已有所準備，向游客大打“航天飛機牌”：前往游客中心大門的甬路兩旁，由美國國旗白、紅、藍三色組成的旗幟迎風招展，旗上印著此次發射的紀念徽章；參觀線路上的各個商店里，與航天飛機有關的模型、T恤、鋼筆、明信片等各色紀念品讓人目不暇接、眼花繚亂……
在專門發射航天飛機的39號發射場的觀景塔旁，講解員蘇珊告訴本報記者，肯尼迪航天中心的游客中心是一家專門接待參觀者的私營公司，與美國宇航局和肯尼迪航天中心有著密切的合作關系。“航天飛機的‘告別之旅’再次激發了人們尤其是青少年的太空探索熱情，讓航天中心的游覽項目也變得火爆起來，每天的參觀者少則四五千人，多則上萬人。” 蘇珊說。
參觀過程中，游客可以乘車游覽肯尼迪航天中心，并在兩個站點下車參觀：一個是與航天飛機項目有關的39號發射場的觀景塔，另一個是與阿波羅登月計劃有關的“土星5”號火箭中心。阿波羅登月計劃和航天飛機項目的成功，無疑令美國航天局備感驕傲，因而成為了參觀線路的重點。一名游客對本報記者說：“航天飛機項目就像阿波羅登月一樣成為過去時了，但它同樣也會像阿波羅登月那樣，成為美國人科學探索史冊上的輝煌一頁。”
譜寫太空傳奇
無論是電子影像，還是圖片資料，美國航天局為肯尼迪航天中心參觀路線精心設計的“解說詞”都不諱言一個事實：在冷戰期間，美國的航天項目無不蘊含著與蘇聯爭霸的意圖，阿波羅登月計劃如此，航天飛機項目也如此。1957年，蘇聯搶先發射了人類第一顆人造地球衛星“伴星1”號，把美國政府和科技界推到了充滿焦慮、緊張和不服氣的“人造衛星時刻”。于是，美國發誓一定要在登月計劃上拔得頭籌，絕不能再次落于蘇聯之后，并終于在上世紀60年代末如愿以償。
就在阿波羅登月計劃還在執行的時候，美國宇航局便提出了發展航天飛機的設想。根據這一構想，航天飛機具有一系列優點，諸如重復使用、適合各種載荷的發射、隨時處于常備狀態、為普通人參與航天飛行打開了大門，并能在太空檢查不友好的航天器等。1972年初，時任美國總統尼克松正式宣布，美國將研制可重復使用的航天飛機，從此“航天飛機”這一概念進入人們的視野。
過去30年間，美國航天飛機的135次太空之旅書寫了人類探索太空的傳奇。根據美國宇航局的資料，上世紀70年代設計航天飛機時，航天局官員的設想是利用航天飛機將衛星帶入和帶出軌道；作為微重力實驗的平臺，把望遠鏡從有效載荷艙伸向太空深處；在地球和軌道空間站之間運送航天員和物資；發揮軌道維修車間的作用，航天員將衛星回收和維修后重新放入太空……如今，航天飛機已“超額”完成了這些目標。
航天飛機運載能力極強，曾多次把一些因形狀和體積等因素而無法用運載火箭發射的重要航天器送上太空，并可同時派航天員出艙作業，從而大大擴展了人類在空間的活動規模和范圍。航天飛機先后將3臺觀察設備帶入地球軌道，分別是哈勃太空望遠鏡、康普頓伽馬射線觀察器和錢德拉望遠鏡。在衛星修理方面，航天飛機取得了極大的成功，最早在1984年完成了“太陽峰年”號衛星的維修任務，1992年又執行了維修Intelsat通信衛星任務，最近一次是2009年維修了“太空巨眼”哈勃太空望遠鏡。另外，美國航天飛機起降時航天員往返太空所承受的超重比飛船減少一半，使航天員遨游太空時相對舒服，也大大降低了對航天員的身體要求，可把稍加訓練的科學家、工程師、醫生和教師等送上太空。通過航天飛機開展物體和生物在太空無重力環境下行為的研究，改寫了全世界科學和醫學教科書。此外，在建立國際空間站的過程中，航天飛機也立下了汗馬功勞……
提升國際聲望
美國美華航太工程師協會秘書長、航天工程專家馬在莊認為，航天飛機帶動了美國整個工業界的發展。設計過程中，許許多多的發明后來用在了人們的日常生活之中。比如，現在人們在衣服上為了方便或防止拉鏈卡住兒童而常用的粘合條，就是首先為航天飛機設計的。
航天飛機項目的研制涉及成千上萬的技術人員和工人，極大地帶動了就業。洛杉磯是航天飛機的主要研發地，打開當時的報紙，幾乎天天都可以看到與航天飛機有關的招聘廣告。據美國宇航局統計，航天飛機為美國創造的就業崗位在1991年達到了峰值，新增的政府和企業的相關就業崗位達到3.2萬個，而隨著航天飛機項目的萎縮，目前僅剩下6300人。在休斯敦的地面任務控制中心，過去幾個月已有2000多人失業，而“阿特蘭蒂斯”號返回地面后，還會有1800人丟掉工作。
馬在莊說，航天飛機極大地激發了科技界的創造熱情。航天飛機研發的過程中遇到許多困難和障礙，但研發人員有一種信念，沒有什么就發明什么，相信最后總能找到解決之道，結果真的創造出了航天飛機。這種勇于探索、昂揚向上的氛圍迄今令人懷念。美國宇航局非常重視自我宣傳，這使它成為向國民進行航天知識普及的主要推動者。通過開放肯尼迪航天中心、邀請中學生與航天員對話等一系列活動，相當多的青年學生立志成為太空科技的工程師或者是航天員，在全社會營造出支持美國航天項目、積極探索科技奧秘的氛圍。美國“奮進”號航天飛機，就是在美國的學生間進行征名，最后得以命名的。
航天飛機無疑也為美國帶來了極大的政治利益和國際聲望。在航天飛機首次升空的那一天，大約有100萬人從全球各地趕到卡納維拉爾角觀看，包括英國女王伊麗莎白二世等政要。美國電視臺對這次發射進行了現場直播，全球約有5億人觀看了發射實況。
美國媒體認為，航天飛機發射時的巨大火焰頗具“觀賞性”，一方面讓美國民眾直觀地感受到了美國科技的巨大實力，提高了自信心和自豪感，另一方面也給美國的競爭對手蘇聯帶來了極大的心理壓力，迫使蘇聯投入更大的資金和人力與美國開展軍備、科技競爭，最終搞垮了經濟。1988年，蘇聯研制的“暴風雪”號航天飛機從拜科努爾航天中心首次發射升空，完成了歷時3個小時的無人駕駛試驗飛行。有報道說，“暴風雪”號的開發耗費了蘇聯13億盧布，整個項目的耗資更在200億盧布以上，加速了蘇聯的瓦解。1991年，蘇聯在解體前夕不得不停止了對航天飛機計劃的撥款。
恰似表演項目
但是，有許多美國媒體認為，冷戰后，美國宇航局再也沒有取得什么新的建樹，甚至只能靠定期發射航天飛機和不時發布一兩張宇宙深處的照片來吸引公眾眼球。有人還認為，航天飛機發射越來越演變成一種針對游客的表演項目，根本無法指望它取得太空探索方面的實質性突破。
在“阿特蘭蒂斯”號最后一次升空的前夜，由于正在下雨，許多前去觀看的游客擔心轉天的發射會被臨時取消。在本報記者下榻的小旅店，一個房客半開玩笑地對旅店經理說：“美國宇航局是不是與旅游界有什么秘密協議，否則昨天天氣還很好，怎么臨近發射卻突然下雨了呢？這豈不是故意要讓游客多住幾天？”
有美國媒體指出，美國終止航天飛機項目確實會對旅游業構成一定影響。據報道，每次航天飛機發射吸引的游客能為肯尼迪航天中心周邊的太空海岸地區帶來數百萬美元的經濟效益，當地與航天飛機有關的各種工作崗位高達近3萬個。由于美國的新一代航天器要在幾年之后才能發射，未來幾年卡納維拉爾角將不會出現數十萬之眾擠在公路邊觀看發射的壯觀場景了。
“美國今后幾年沒有飛往國際空間站的航空器了，這多少有些令人掃興。”在觀看“阿特蘭蒂斯”號升空后，一位帶著兩個孩子的父親滿懷失落地說。
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新型多人太空艙
美國航天局今年5月宣布，正耗資50億美元，研制一種可承擔長期太空旅行任務的新型多人太空艙。這種太空艙旨在實現奧巴馬政府去年提出的美國未來太空探索藍圖：在2030年之前，把美國航天員送上火星軌道并安全返回地球，然后實現火星登陸。此前，布什政府曾提出重返月球的“星座計劃”，并在2006年通過航天局向洛克希德·馬丁航天公司撥款75億美元，以建造“獵戶座”太空艙。后來，“星座計劃”被奧巴馬政府否定，但“獵戶座”太空艙項目得以保留，也就是航天局所言的“新型多人太空艙”——未來的太空巴士，只不過其目的地變成了火星和小行星。根據奧巴馬政府的計劃，未來在地面和國際空間站之間往返的任務，將交給私營企業來完成。奧巴馬政府已決定，將在5年內斥資60億美元，用以協助私營企業發展發射器項目。據披露，目前，南加州靠近內華達州一帶涌現出多個研發航天器或配套項目的新公司。
早在2008年12月，美國航天局便與私營的SpaceX公司簽署了一項總額達16億美元的合同，規定該公司提供至少可運載20噸貨物能力的12個太空艙，以向國際空間站提供補給。作為一次試驗，SpaceX公司去年12月使用“獵鷹9”大型火箭，在卡納維拉爾角將一個名為“龍”的太空艙發射升空。（陳一鳴）
技術的缺陷政策的反思
龐之浩 陳一鳴
在某種意義上，航天飛機是個遺憾的技術產物，一些設計遠沒達到原定目的，甚至相反。
設計初衷沒有實現
研制航天飛機是為了降低成本，為此設計了可重復使用的軌道器和固體助推火箭，而不像運載火箭和宇宙飛船都是一次性使用，所以原先預想航天飛機每次發射費用只需3000萬美元就行，美國甚至把運載火箭生產線停了下來，認為用航天飛機來代替運載火箭發射衛星更經濟。然而實踐證明，由于航天飛機要求可重復使用，因此航天飛機返回地面以后要進行大量費時費力的維修工作，從而使每次發射費用高達4億—5億美元，讓財大氣粗的美國宇航局不堪重負。
美國宇航局原來設想航天飛機比宇宙飛船更安全，因為航天飛機是人類第一次把航天與航空技術高度有機結合的創舉，有很大機翼的航天飛機可準確地滑翔降落到預定的跑道上，而宇宙飛船返回時只能采用在海面某一區域降落或在荒原某一區域上徑直著陸的方式。然而實際上，由于體積龐大、結構復雜，發射航天飛機軌道器只能與外貯燃料箱并聯在一起，所以它并不安全，軌道器很容易受到從外貯箱掉下來的保溫材料的撞擊，至今，美國5架航天飛機已失事了兩架，犧牲了14名航天員。
原來以為航天飛機能像民航客機一樣，每次返回后進行簡單維修就可再次發射，并樂觀地估計每1—2周就能進行一次發射，1年能發射24次。但實際上由于每架航天飛機發射完以后維修量很大，所以發射時間間隔也很長，一般情況下航天飛機每年僅能進行5—6架次的發射。另外，按照原來的設計，每架美國航天飛機的軌道器應可以重復使用100次，然而實際上美國的5架航天飛機總共才進行了135架次飛行就全部退役了。
美國航天工程專家馬在莊上世紀80年代初任職于一家知名的軍火公司，是最初幾名發現航天飛機存在致命缺陷的專業人士之一。他認為，實際上，航天飛機的使用壽命十分有限——由于航天飛機升空時需要對航天員的艙位加壓，返航時再減壓，就像把氣球吹起來再放氣一樣，這對航天飛機的損耗很大。美國雖然在1981年進入航天飛機時代，但航天飛機主要采用的是上世紀六七十年代的技術，對現在來說早已過時。當時還沒有個人電腦，設計速度與今天沒有可比性，許多現在可由計算機承擔的工作，當時還得靠人海戰術來完成。馬在莊記得，他們前往考察航天飛機時，在一個大廠庫里看到上千名工程師，人人拿著當時常用的計算尺進行有關測算。
航天飛機的另一個大問題是，航天器在發射時最好呈360度對稱，但航天飛機并不對稱。此外，由于背著一個巨大的燃料箱，兩邊還各有一個助推火箭，航天飛機在發射架上很不穩當。發射時，航天飛機本身先點火，之后它會往一邊倒，再被反彈回來，這時助推火箭再點火，但這個過程肉眼并不能看出來。這“一倒一回”的過程，極易造成助推火箭漏氣，引發嚴重后果。
冷戰思維忽略安全
美國研制航天飛機有深刻的冷戰背景，為了與蘇聯在太空開展競賽，美國采取了爭先跳躍的戰略方針，一味追求技術先進性，先是把政治擺在第一位，后來又把任務擺在第一位，而沒有把航天員的安全擺在第一位。
為了滿足空軍方面對機動能力的高要求，美國宇航局決定采用三角翼軌道器布局，此舉帶來了嚴重的技術問題。為了使國防部滿意，降低發射成本，原計劃采用液體助推器發射的航天飛機也改為固體助推器。
由于技術上的限制，在運載能力和結構安排出現矛盾時，美國宇航局選擇了把軌道器與外貯箱平行放置的并聯方案，而沒有選擇把軌道器置于火箭頂部這一較安全的方案，目的是保證軌道器的容積和降低費用。然而，這大大增加了航天飛機的風險性。
為了提高有效載荷發射能力和返回地球時攜帶有效載荷的能力，美國宇航局對軌道器也進行了相應簡化，例如，取消了渦輪風扇發動機和航天員逃逸系統等。但因此也給航天飛機帶來致命的缺陷，例如航天飛機不能作二次著陸、一旦出現事故時航天員無法應急逃生等。但由于該方案基本達到了國會所要求的研制5架航天飛機費用為50億美元的目標，所以最終被采納了。
為了極大提高運輸能力，航天飛機被設計得很復雜。它里面有3500個重要的分系統和250萬個零部件，所以只要其中的1個重要分系統或關鍵零部件失靈，就有可能導致重大事故。另外，為了可重復使用，其軌道器既要有適于在大氣層中作高超音速、超音速、亞音速飛行和水平著陸的復雜氣動外形，又要有能承受再進入大氣層時高溫氣動加熱的防熱系統，并在世界上首次裝備了可重復使用50次的主發動機。這些也都大大增加了航天飛機研制的技術難度和風險。
人貨混用造成隱患
其實，很早就有人對航天飛機的安全提出過批評。一是航天飛機是人貨混用，而不是像宇宙飛船那樣分載人飛船和貨運飛船，所以用航天飛機發射衛星時需有數名航天員陪著上天，這樣做既不經濟，也不安全；二是美國自認為其航天飛機可靠性極高，所以沒有采取安全救生措施，因為安裝救生設備很麻煩。為了節省費用，當年在決策航天飛機方案時使用了較液體火箭助推器便宜但功能稍差的固體火箭助推器。這也是美國政治領導人與美國宇航局領導人在上世紀70年代初期相互“妥協的產物”。
馬在莊說，航天飛機研發團隊不僅要借助航天飛機運送航天員，而且還裝載人造衛星等設備。就像卡車一樣，前面坐人，后面載貨。在普通人看來，這種設想極其合理，可謂一舉兩得、經濟實惠，但內行人很容易發現問題：發射航天器需要的精密程度相當高，而載人發射又比無人發射的要求高出15倍。運貨本來不需要那么高的精密程度，但為了航天員的安全，航天飛機上的全部載荷都必須按照載人發射的精密程度來設計、實施，這就在無形中增加了成本。此外，航天員和物資、設備一起搭乘航天飛機升空，會使重量增加，出現問題的幾率增大，這又會影響航天員的安全。實際上，“挑戰者”號和“哥倫比亞”號的爆炸都與這種設計缺陷有關。
馬在莊說，美國最早便是用運載火箭將宇航員和物資送入太空，后來放棄這條道路，改為發展航天飛機，實際上是走了一段彎路。聰明的做法是制造一個小的太空船，專門用來運送宇航員。同時，用火箭運送物資、設備，運載火箭上天后便報廢了，不需要進行回收，也不必在重復使用前做那么多的檢驗、維修，同時安全系數也不必提高到載人發射的程度，可以在相當大的程度上節省成本。
他認為，相比較而言，中國使用神舟飛船來開展載人航天，火箭和飛船都是一次使用，而且實行人、貨分離，是一條完全正確的道路，也是一個富有智慧的選擇。美國如今集中有限資源，致力于提高火箭推進系統的速度和運載能力，把目標放在深空探索上，思路也是正確的。不過，國際金融危機后，美國遭遇了嚴重的資金困難，政府債臺高筑，赤字居高不下，美國未來的太空探索項目能否順利實施，還是一個未知數。
