太空梭

載人往返於近地軌道和地面間的運載工具

太空梭(Space Shuttle)是一種往返於近地軌道和地面間的、可重複使用的運載工具。它既能像運載火箭那樣垂直起飛,又能像飛機那樣在返回大氣層后在機場著陸。美國太空梭由軌道器、外貯箱和固體助推器組成。蘇聯太空梭本身未裝備主發動機,因而只是航天器,不是運輸器,需藉助能源號運載火箭送上太空。

太空梭為人類自由進出太空提供了很好的工具,是世界航天史上的一個重要里程碑,最早由美國研發。著名的太空梭有美國的開路者號、企業號太空梭、哥倫比亞號太空梭、挑戰者號、發現號亞特蘭蒂斯號和奮進號以及蘇聯的暴風雪號、小鳥號太空梭和貝加爾湖號太空梭。

發展歷程


1969年4月,在耗資巨大的“阿波羅登月計劃”行將結束之際,沉溺在太空探索激情中的美國國家航空航天局(NASA)認為需要建設一種可重複使用的航天運載工具。1972年1月,美國正式把研製太空梭空間運輸系統(STS)列入計劃,確定了太空梭的設計方案,即由可回收重複使用的固體火箭助推器,不回收的兩個外掛燃料貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成。經過5年時間,1977年2月研製出一架企業號太空梭軌道器,由波音747飛機馱著進行了機載試驗。1977年6月18日實施首次載人試飛,參加試飛的是航天員海斯(C·F·Haise)和富勒頓(G·Fullerton)。1977年8月12日,載人試飛圓滿完成。又經過4年,第一架載人太空梭終於出現在航天發展歷史舞台,這是航天技術發展史上的又一個里程碑。
太空梭
太空梭
迄今只有美國與前蘇聯曾經製造能進入近地軌道的太空梭,並曾實際成功發射並回收,而美國是唯一曾以太空梭成功進行載人任務的國家。其他國家發展的類似計劃則尚未有實際發射並進入軌道的紀錄。
自1981年4月12日NASA發射首個太空梭開始,在之後的30年時間裡,NASA的哥倫比亞號、挑戰者號、發現號、亞特蘭蒂斯號和奮進號太空梭先後共執行了135次任務,幫助建造國際空間站,發射、回收和維修衛星,開展科學研究,激勵了幾代人。2011年7月21日,最後一次太空梭任務——亞特蘭蒂斯號在佛羅里達州NASA肯尼迪航天中心的主港著陸,宣告著太空梭時代的結束。
美國政府起初對太空梭計劃的預算為430億美元(換算為2011年的美元價格),每次發射費用預計為5400萬美元,但由於太空梭系統過於複雜(機身超過250萬個零件),技術和系統維護需要大量的人力物力,這一計劃遠遠超出預算。根據NASA的統計,截至2010財年,太空梭的準備和發射成本平均為7.75億美元。奮進號太空梭的建造成本約為17億美元,太空梭計劃共花費1137億美元。

基本結構


美國太空梭由軌道飛行器、外掛燃料箱和固體火箭助推器三大部分組成。

軌道飛行器

軌道飛行器,簡稱軌道器,是美國太空梭最具代表性的部分,長37.24米,高17.27米,翼展29.79米。它的前段是航天員座艙,分上、中、下3層。上層為主艙,有飛行控制室、卧室、洗浴室、廚房、健身房兼儲物室,可容納8人;中層為中艙,也是供航天員工作和休息的地方;下層為底艙,是設置冷氣管道、風扇、水泵、油泵和存放廢棄物等的地方。它的中段為貨艙,是放置人造地球衛星、探測器和大型實驗設備的地方,長18.3米,直徑4.6米,可裝載24噸物品進入太空,可載19.5噸物資從太空返回地面。貨艙的上部可以像蚌殼一樣張開。與貨艙相連的還有加拿大製造的遙控機械臂,用於施放、回收人造地球衛星和探測器等航天器。在貨艙中也可用上面級火箭將航天器發射到更高的軌道。在貨艙中還可對回收的航天器進行修理。它的後段有垂直尾翼、三台主發動機和兩台軌道機動發動機。主發動機在起飛時工作,它使用外掛燃料箱中的推進劑。每台可產生1668千牛的推力。
在軌道器中段和後段外兩側是機翼。在軌道器的頭部和機翼前緣,貼有約2萬塊防熱瓦,保護軌道器在回返時不被氣動加熱產生的600-1500℃的高溫所燒毀。在軌道器的頭錐部和尾部內,還有用於輕微軌道調整的小發動機,共44台。
軌道飛行器主要參數:
長度37.2 m
高度17.3 m
翼展23.8 m
標準質量104000 kg
貨物運載能力16000 kg

外掛燃料箱

外掛燃料箱,簡稱外貯箱。長46.2米,直徑8.25米,能裝700多噸液氫液氧推進劑,它與軌道器相連。
外貯箱分為液氫箱和液氧箱兩部分。液氧箱在前部,約佔外貯箱體積的1/4,容積為552立方米,可加註液氧604.195噸,可加壓到20-22磅/平方英寸。液氫箱在後部,兩者之間有一小段隔艙。液氫箱容積為1523立方米,可裝液氫101.606噸,可加壓到32-34磅/平方英寸。兩箱都備有通風管和放氣孔以供載入、增壓和卸載用。

固體火箭助推器

共兩台,連接在外貯箱兩側上,長45米,直徑約3.6米,每枚可產生15682千牛的推力,承擔太空梭起飛時80%的推力。推進劑為高氯酸鋁粉、鋁粉、氧化鐵粉和粘合劑的混合物。在助推器的前、後部,還各配置有四台分離火箭、分離和回收電子裝置、靶場指令安全炸毀系統、推力終止和故障監測分系統以及推力向量控制分系統。助推器前端,藉助一 個緊固件與外貯箱連接。並裝有回收分系統的駕駛儀、導傘和主傘弔帶。通過前承載緊固件和後部火工品裝置,助推器同軌道器分離。固體助推器前後端各有四台分離發動機。分離后的助推器飛行到67公里的最高點、然後降落,降到5.8公里高度時,拋掉頭部的整流罩,開始回收。

特點與用途


太空梭與彈道式運載火箭相比,具有以下優點:
1 ) 可以重複使用。
2 ) 維修方便,發射程序簡化,有利於空間活動經常化和快速反應。
3) 執行任務較靈活。太空梭配上各種上面級,可以滿足發射各種低、中、高軌道衛星和星際探測器的要求。
4) 可 以使衛星設計簡化,可靠性提高,工作壽命延長,從而減少衛星研製的總費用。
5) 上升段和再入段過載較小,未經嚴格空間飛行訓練的普通人員也可參加空間活動。
太空梭的主要用途有:部署衛星、檢修衛星、回收衛星、太空營救、空間運輸、空間實驗和生產、空間探測。

發射與返回


太空梭
太空梭
蘇聯太空梭與美國太空梭最大的不同,是其具有像普通噴氣式飛機一樣自由起降的能力。美國的太空梭,從試驗性的企業號到後來的奮進號,在尾部都擁有幾個碩大的火箭自主推進器噴管。而БТС-002並沒有在尾部安裝主推進引擎,除了兩具用於調整軌道姿態的小型推進引擎外,БТС-002則裝有四台渦輪噴氣發動機(而首架發射升空的暴風雪號則是兩台)。這一獨特的設計使蘇聯的航天工程師們堅信,暴風雪的安全性與整體機動性要大大高於美國太空梭(即在發射時遇到事故可以及時脫離火箭並自主降落,在地面著陸遇到突發情況時亦可以做二次飛行)。而相比美國太空梭,暴風雪號的體量更大,貨艙更為寬敞,其總體消費比亦在美國之上。
由於此次任務是無人駕駛,所以機上並未安裝生命保障系統,也沒有為操控台安裝軟體。升空之後,暴風雪號用了206分鐘圍繞地球兩周。在返回地球時,暴風雪號安全地在拜科努爾航天中心的跑道上進行了自動降落程序。美國太空梭需要人工控制著陸,相比之下,暴風雪號則擁有全自動著陸系統,且在首次測試中獲得了很好的降落精度(距離預計降落位置僅相距10m)。實際上,迄今為止能夠做到太空梭完全自動地在地面跑道上精確著陸的國家只有蘇聯。
雖然暴風雪號的首秀比美國首架成功發射的太空梭哥倫比亞號晚了8年之久,而且整個發射任務僅持續了兩個多小時,很多技術細節還不盡完善,但此次成功的發射至少證明在太空梭領域,蘇聯的航天科研實力完全不遜於美國,並且完全有能力後來居上。

典型型號


美國所有的太空梭均由羅克韋爾公司製造,每艘太空梭都根據具有科學和探索影響力的艦船命名。
太空梭飛行次數搭載人次飛行時長
哥倫比亞號28160300天零17小時40分22秒
挑戰者號106062天零7小時56分22秒
發現號39252365天
亞特蘭蒂斯號33207307天
奮進號25173299天

美蘇航天分級對比


二者之間的最大區別是美國太空梭由軌道器、外貯箱和固體助推器組成。而蘇聯太空梭本身未裝備主發動機,因而只是航天器,不是運輸器,需藉助能源號火箭才能送上太空。
太空梭
太空梭
蘇聯太空梭的設計既有利也有弊,因為沒有主發動機,所以暴風雪號可攜帶更多的有效載荷,但發射它的能源號是一次性使用運載火箭,故主發動機不能重複使用,這看上去似乎不太經濟,然而能源號火箭還可以發射別的航天器,用途範圍廣。蘇聯太空梭上雖沒有主發動機,但由於安裝了2台小型發動機,所以著陸時如果第一次著陸失敗,還可以拉起來進行再次著陸,安全係數較高。美國太空梭只能靠無動力滑翔著陸。鑒於美國挑戰者號慘痛事故,蘇聯太空梭增設了逃逸系統並決定先進行無人飛行。而美國與其相反。
美蘇太空梭均裝有機械臂,美國的機械臂可回收軌道上的衛星和釋放衛星進入空間,蘇聯的機械臂僅能用於把和平號空間站的1個對介面上的專用實驗艙移到另一個對介面上。
美國太空梭的著陸速度為213~226千米/小時(使用減速傘);蘇聯太空梭的著陸速度為310~340 千米/小時,不難看出,在此方面美國優於蘇聯。但美國只有卡納維拉爾角的一座發射台能發射太空梭,而蘇聯在拜科努爾建有3座能發射太空梭的發射台,即當一座發射台出現故障時並不影響太空梭的發射。
蘇聯太空梭一開始就設有與空間站對接裝置,原計劃在第2次飛行時就與和平號空間站對接。而在1995年以前,美國還沒有空間站,故其太空梭沒有安裝對接裝置,在此期間均是獨自飛行執行各種任務。後來,為了與俄羅斯和平號空間站對接,才增設了對接裝置。

企業號

太空梭
太空梭
企業”號從1974年6月開始建造。不過一年之後,NASA開始開發“哥倫比亞”號,後者的尾翼設計更容易上天。1976年9月17日,“企業”號正式推出。NASA原計劃先將“企業”號用於“返回及著陸”測試。隨後,再將其送入太空。然而,測試卻成為這架太空梭終身的命運。與“哥倫比亞”號相比,“企業”號顯然不具備什麼優勢。不久,NASA選擇讓“哥倫比亞”號升空。“哥倫比亞”號墜毀后,“企業”號仍有升空的希望。但是,由於設計方案的更改,NASA發現如果把“企業”號送上太空,將花費大量的更新資金,還不如更新另一架測試樣機“挑戰者”號便宜。
在“企業”號上,NASA做了大量的地面和飛行測試。1977年,由經過特別改裝的波音747飛機馱著它進行了機載試驗。此外,大量的軌道副系統在還未進入大氣前,都在“企業”號上先行測試。上世紀80年代開始,“企業”號開始退役,除了一部分結構拆卸後用於其他太空梭之外,它開始了全球巡展。1985年入駐華盛頓的史密斯學院。“挑戰者”號折翼后,NASA又一度考慮將“企業”號改裝升空,最後仍然出於節省經費的考慮,選擇了“奮進”號。

哥倫比亞號

名字源於第一艘環繞世界航行的美國帆船,是第一個進入軌道的太空梭執行STS-1任務。“哥倫比亞號”的成功開啟了美國、乃至全人類的“太空梭時代”。它的前四次任務是測試飛行,驗證太空梭設計的合理性。
哥倫比亞號於1981年4月12日從肯尼迪航天中心首次發射,服役期間部署了多顆衛星。2003年2月1日上午9點,即將返航著陸的“哥倫比亞號”太空梭發來一個信息:出現了“輪胎壓力”的問題,此後,太空梭和控制室徹底失去了聯繫。9點16分,本該是太空梭著陸的時間。在著陸地點,美國卡納維拉爾角的倒數已經指向了零,卻依然沒有見到任何飛機的影子。控制室一片沉默,這時,得州傳來信息,有目擊者聽到了上空響雷般的爆炸聲,如火焰燃燒著的殘骸沖向大地。不久,NASA宣布,“哥倫比亞號”在飛臨得州上空時發生爆炸,7名宇航員全部喪生。經調查,事故原因可能是隔熱板受損,飛機左翼出現孔洞,使得超高溫氣體進入太空梭,最終釀成事故。

挑戰者號

挑戰者號名字源於英國皇家海軍“挑戰者遠征”中的旗艦——“挑戰者”號,是美國正式使用的繼哥倫比亞號之後的第二架太空梭,於1983年4月4日進行首次發射(STS-6任務)。挑戰者號開發初期原本是被作為高擬真結構測試體,但在挑戰者號完成初期測試任務后,被改裝成正式的軌道載具。
1986年1月28日11時38分(美國東部時間),挑戰者號在執行第10次太空發射時,因右側固態火箭推進器上一個O形環失效,導致一連串連鎖反應,在升空后73秒爆炸解體墜毀,機上7名宇航員全部罹難。

發現號

發現號太空梭是肯尼迪航天中心的第三架太空梭,它的名字來源於十七世紀七十年代英國探險家詹姆斯庫克發現夏威夷群島時所駕駛的兩艘船中的一艘,另一艘為奮進號,也是另外一架太空梭的名字。於1984年8月30日進行了首度飛行(STS-41-D任務)。
發現號從前任太空梭中吸取了許多經驗,在首飛時,它比哥倫比亞號輕6,870磅;發現號和挑戰者號曾進行過KSC改裝,以使其能夠運載“人馬座”的最上端一節。改進包括加裝外部管道,以為“人馬座”注入或排出推進劑,並且在太空梭的后機身進行監視和控制。實際上,由於將裝滿燃料的“人馬座”作為太空梭的載荷過於危險,這項工程並未能升空。
1990年,“發現”號把哈勃望遠鏡送上了太空,這是人類歷史上最重要的科學項目。除送哈勃望遠鏡登天外,“發現”號還是NASA的急先鋒。“挑戰者”號和“哥倫比亞”號分別於1986年和2003年發生事故。兩次挫折后,NASA需要選擇一艘“重新起飛”的飛船,以重振太空梭事業,這兩次,都是“發現”號擔當重任。1994年,俄羅斯航天員謝爾蓋·克里卡列夫成為第一個駕駛美國太空梭的俄羅斯航天員。

亞特蘭蒂斯號

1985年4月9日,“亞特蘭蒂斯”號交付肯尼迪航天中心,建造耗時僅為“哥倫比亞”號的一半。1985年10月3日第一次飛行就承擔了美國國防部的秘密行動——將兩顆國防通信衛星送入地球同步軌道。1995年6月29日,執行STS-71次使命的“亞特蘭蒂斯”號與俄羅斯“和平”號空間站成功對接,這是美國太空梭首次與該空間站對接,也是美俄飛行器首次以對接方式聯合飛行,在那5天中,美俄航天員首次在太空中進行了互換。而這恰恰是美國第100次載人航天飛行。
2009年5月11日,“亞特蘭蒂斯”將7名航天員送上太空,維修哈勃望遠鏡。這是NASA最後一次派航天員維修“哈勃”。25年中,“亞特蘭蒂斯”號7次前往“和平”號空間站,11次造訪國際空間站,是執行國際合作項目最多的太空梭。

奮進號

奮進號名字來源於18世紀英國著名探險家、航海家和天文學家詹姆斯庫克的一艘船,於1992年5月7日執行首次飛行任務(STS-49)。由於幾乎每一次升空的任務都不盡相同,因此,奮進號太空梭設計時就突出了任務適應性。空重151,205磅,裝發動機后重172,000磅。
奮進號採用了許多新技術擴展其能力,大多數這些被驗證成功的技術和設備都又被安裝到了其他的太空梭上。如直徑40英尺的減速傘,可縮短著陸滑跑距離1000到2000英尺;擴展續航時間的線路和管道使其具有執行長達28天任務的能力;改進的航空電子儀器包括通用計算機,增強的慣性儀器和戰術導航系統,恆星追隨系統,改進的前輪操縱系統;還加裝了新型輔助動力系統,可用於驅動太空梭的液壓系統

暴風雪號太空梭

蘇聯暴風雪號太空梭外型與美國太空梭相似,機身全長40米,高16米,機身直徑5.6米,翼展24米,有效載荷貨艙直徑4.7米,長18.3米,可將30噸載荷送入低軌道,能運回20噸貨物,比美國太空梭的貨艙稍大一點。航天員艙容積70立方米,可供2至4名宇航員使用,另外有6個座位,其中除機長、駕駛員外,還有衛星維修人員2名,機械手操作員1名,科研人員2至3名。全機起飛總重105噸。
太空梭
太空梭
儘管蘇聯的暴風雪號在研製過程中參考了美國的太空梭,但仍有其自身的特點:
(1)蘇聯太空梭與能源號運載火箭是相互獨立的,無需在軌道器上外掛貯箱和助推器一起點火發射,從而使用時受限制較少。
(2)蘇聯太空梭沒有主發動機,只是在尾部裝了兩個小型入軌發動機。這樣大大降低了太空梭的發射重量,節省了有效空間。
(3)由於尾部裝有兩台小型發動機,太空梭的進場著陸相對比較容易,橫向機動距離較大,據稱可以在緊急情況下進行二次著陸。
(4)能源號運載火箭各級全部使用液體推進劑,通過適當的故障防護措施可以保證在助推器或芯級中任一個發動機產生故障的情況下,火箭能繼續飛行。
(5)蘇聯太空梭在大氣層滑翔時,可以像普通飛機那樣藉助副翼、操縱舵和減速板來控制。
(6)蘇聯太空梭與美國太空梭的機翼形狀略有不同。美國採用圓弧線型,蘇聯太空梭機翼則稜角分明,加工比較簡單。
(7)蘇聯太空梭裝有計算機控制的自動飛行控制系統,首飛時即實現無人自動軌道飛行。這樣在作為空間站服務工具時,可以實現無人貨運發射,從而減少對航天員生命的威脅。
(8)蘇聯太空梭的表面防熱系統與美國太空梭軌道器有所不同。“暴風雪號”表面用38000塊由特別細的玻璃纖維和碳碳複合材料構成的輕型耐熱陶瓷片覆蓋,可承受2000℃的高溫。
暴風雪號太空梭的飛行程序是:太空梭首先被推力為3550噸的“能源”號運載火箭推到亞軌道速度之前,第一級液體火箭發動機脫離,然後,在160公里高度時,啟動自身的發動機,將太空梭推到軌道速度。這時,主發動機和大型燃料箱把太空梭送到可能進入軌道的高度后,即脫離太空梭,同時再次啟動機上發動機,使之達到260公里的圓軌道。返航著陸情況與美國太空梭一樣,著陸速度為340公里/每小時,地面滑行距離1100至2000米,需要彈出減速傘。
首飛:1988年11月15日,蘇聯用能源號運載火箭將無人駕駛的暴風雪號太空梭送入250千米高的預定圓形軌道,前後用了47分鐘的時間。能源號首先將暴風雪號送入亞軌道,然後由太空梭上的兩個小型機載發動機繼續推進,進入軌道。暴風雪號自動繞地球飛行兩圈,在軌道上運行3小時后,按預定計劃於當天9時25分受控返回地面,準確降落在距發射場12千米外的機場。太空梭歷史上的首次不載人自動軌道飛行獲得圓滿成功。

飛行事故


太空梭
太空梭
挑戰者號升空爆炸
1986年1月28日,天氣雖然晴朗但極冷,夜間溫度下降了20度。管理組官員讓工程師評估這種零下3度的溫度對“挑戰者”號太空梭發射是否會造成影響,評估結果認為沒有嚴重問題。因此決定繼續倒計時並向外燃料貯箱加註燃料。固體火箭助推器承包公司的工程師們始終堅持反對在低溫環境下發射,羅克韋爾公司也認為發射台上有冰凌,這時發射不安全。但挑戰者號在這種情況下仍發射升空, 起飛73秒后發生爆炸,7名航天員全部遇難。發射后110秒時空軍靶場安全控制人員將固體火箭助推器炸毀。
根據“挑戰者號”事故調查委員會的研究,引發“挑戰者號”太空梭爆炸的直接技術原因是右則固體助推器一個O型密封圈失效所致。在“挑戰者號”升空后不久,右側固體助推器後接合部因段體膨脹而略有變形(此屬於正常現象),由於環境溫度過低,O形密封圈彈性變壞,沒有達到它原來密封的位置。密封性變差使接合部靠近外貯箱的部位發生蒸發物泄漏。很快,灰色蒸發物變成濃黑的煙霧,這表明接合部密封部位的潤滑劑、絕熱材料和O形密封圈已受到燃氣的燒蝕。當主發動機加大推力時,接合部出現了火舌。大約在起飛15秒鐘時,火舌已發展成連續的清晰的羽焰。遙測數據表明,這時兩個助推器燃燒室的壓力不一致,右側較低,說明接合部的泄漏在加大。在此後的3秒鐘,這個火焰成了一個高熱的噴燈,對著外貯箱燒烤,外層絕熱層很快燒壞,接著又燒向鋁蒙皮。當鋁蒙皮也被損壞后,急劇冒出的氫氣立刻被點燃並向後順氣流衝擊。液氫貯箱的進一步破壞、右側助推器的擺動撞擊著液氧箱,巨大的衝擊力使液氧箱底部撞壞。就在這一瞬間,大量氫氧混合物釀成巨大的爆炸。此時“挑戰者號”的高度約14千米,速度達到M1.92。爆炸形成的超音速擴散的氣團給“挑戰者號”造成20倍重力的衝擊,使之解體四散。
哥倫比亞號返航解體
2003年2月1日,哥倫比亞號太空梭在結束了為期16天的科學實驗任務之後,在返航途中解體,7名航天員喪生。
太空梭
太空梭
2003年8月26日,美國“哥倫比亞”號太空梭事故調查委員會,公布了有關“哥倫比亞”號失事原因的最終調查報告。報告指出,導致“哥倫比亞”號發生事故的技術原因是:太空梭發射升空81.7秒后,由於外部燃料箱外表面脫落的一塊泡沫材料的撞擊,導致了太空梭左翼前緣的熱保護系統形成裂孔。太空梭重返大氣層時,超高溫氣體得以從裂孔處進入“哥倫比亞”號機體,造成太空梭最終解體。
“哥倫比亞”號太空梭事故調查耗資2000萬美元,報告長達248頁,涉及調查人員多達2.5萬名。調查人員在得克薩斯和路易斯安那州收集了8400多片殘骸,相當於整個飛機的38%。通過把它們拼裝起來,調查人員做出了上述結論。

計劃終止


太空梭
太空梭
美國政府在奧巴馬上台之後叫停了新的登月計劃,開始將太空探索的目光投向火星,對於服務於近地軌道的太空梭來說已經沒用武之地。與此同時太空梭投入使用后並未達到原先預想的目的。因此2010年,由16個國家的科學家參與的國際空間站基本建成時,美國決定放棄“太空梭”計劃。另外,過高的運營成本和過低的安全係數亦是太空梭被退役的主要原因。
安全係數低:5架太空梭2架爆炸,14名宇航員因此喪命
太空梭由於重複使用,因此其技術難度大、系統設計複雜、零部件更容易耗損,從起飛、上升、軌道運行,再入大氣層直到返回著陸過程中,需要經受各類極度嚴酷的環境。太空梭的弱點是在使用中逐漸暴露出來的,它的系統遠不止將載人飛船和運載火箭兩者單純相加那麼簡單。單次運行成本過高時,風險也不容忽視,發射頻率從計劃中的每年24次下降到5次。而太空梭的事故率非常高,美國的5架太空梭中,有2架在執行任務時候發生了爆炸、解體,有14位宇航員為此喪命。而與火箭、飛船等一次性飛行器不同,太空梭的火箭發動機需要多次重複使用,壽命期間的總工作時間累計長達數小時之久,這也為其執行任務帶來安全隱患:隨著飛行任務的增加勢必有更多的潛在危險。
發射成本高:飛行一次耗費5億美元,超過設計預期近百倍
美國共研製並投入使用五架太空梭,每架研發費用20億美元,總共發射一百多次,每飛行一次費用高達5億美元,返回后還要進行大量費時費力的檢修,這讓美航天局的財政不堪重負。儘管提出太空梭的初衷是為了降低整個載人航天研製和發射過程中的花銷,但是美國人在執行這一計劃的過程中卻發現真實情況並非如此。早先有數據顯示從1985年到1988年10月間,太空梭的發射價格增加了85%,即每次發射費用飆升到9000萬美元。這筆花費完全違背了NASA最初設計太空梭的預算。NASA在確定太空梭的結構布局時,曾估計太空梭發射費用為每斤100美元,每次發射費用不超過600萬美元。
儘管NASA採取了種種措施節約開支,但研製費用還是連年超支。1978年9月,NASA宣布太空梭的研製費用可能比原計劃增加8%-9%。1980年4月,NASA透露整個太空梭計劃費用將增加到89億美元。這種情況下NASA只得一再向國會申請繼續增加撥款,而當時的卡特政府考慮太空梭對國家安全有利,對科學研究和商業開發也有很高價值,因此對追加經費基本不持異議,所以太空梭計劃的費用才得以解決。此外,太空梭的著陸場與發射場相距甚遠,每次降落後要用大型客機運回發射場檢修,額外增加了成本。這些情況都超出了NASA最初的美好預期,這表明太空梭經濟效益大打折扣。
太空梭老化速度遠超預期,飛行任務被迫大幅縮水
在太空梭的使用中,NASA發現同研製和發射費用一樣,太空梭的維護和運行費用也在直線飆升。比如1984年太空梭一次飛行的花費為1.5-2億美元,而在商業發射中可以得到的最高補償僅為7100萬美元。最重要的是NASA發現,用太空梭發射衛星,比使用火箭發射衛星的費用還要多。因此,1988年之後,NASA決定不再承攬商業載荷的發射任務,每年太空梭飛行次數減為9次左右。按照計劃美國的太空梭壽命最多為20年,每架應飛行100次。而截至到今天,5架太空梭加起來飛行了才132次,其中2架在飛行中爆炸,2架已嚴重超期限服役。
太空梭的老化程度比預期的要快,儘管執行任務的次數比預期減少了近1/4但太空梭破損、老化加劇,每次的維修費用也非常昂貴。特別是“哥倫比亞”號太空梭墜毀事故(2003年)發生后,對防熱瓦的檢查費用增加了。而“發現”號自1984年首飛以來小狀況頻發,燃料箱隔熱泡沫脫落、外部燃料箱的液態氫傳輸管泄露等,都導致每次執行任務前加強檢查和維護,以至於任務一拖再拖。
對於太空梭時代的結束,中國戰略導彈與運載火箭技術專家、中國工程院院士龍樂豪認為,它意味著一個階段的終止,但也意味著一個更高起點的開始。