中国为何不造航天飞机？史上最复杂航天器，美国2架机毁人亡
作为当今世界的航天大国，中国为什么不造航天飞机？航天飞机作为人类自由进出太空的先进工具，为何接二连三的被各大航空大国放弃？航天飞机最早由美国研发，是往返于近地轨道和地面间的，可重复使用的运载工具。美国先后研制了6架航天飞机，其中5架进行了载人飞行任务，2架最后以机毁人亡结局，其余的陆续退役。而前苏联研制的3架航天飞机，除了暴风雪号进行了一次无人试飞外，其它都以半成品废弃告终。今天我们来聊航天飞机，看看人类为何从航天飞机时代退回到火箭时代，究竟是技术的进步还是倒退。
1972年，美国的阿波罗登月计划即将接近尾声，由于当时火箭都是一次性的，让整个阿波罗计划的花费远远超出了预算。但是与苏联的太空竞赛又处于白热化，大家的太空探索都激情正旺，于是美国国家航空航天局（NASA）计划，设计一种可以重复使用的航天运载工具，由此航天飞机正式开始研发。
发展历程
1972年3月，NASA经过和空军对接设计需求，要求航天飞机要有大型卫星的发射能力，还能将18吨的物资送入轨道，最终确定了设计方案：三角翼轨道飞行器加上消耗型推进剂存储箱，再加上两个侧助推器。同年8月，NASA将轨道器的制造委托给了北美罗克韦尔。1974年，罗克韦尔开始制造第一架航天飞机“企业号”。“企业号”属于测试型飞行器，不包含发动机和隔热部件。在运到爱德华兹空军基地后，“企业号”被装在波音747背上开始飞行测试。后来，企业号也一直承载着测试任务，没能飞上太空。
第一架真正的航天飞机“哥伦比亚号”，在1975年3月27日开建。这架航天飞机建的也很仓促，隔热系统开始使用的是烧蚀隔热罩，但是这种隔热层不能多次使用。后来NASA又决定改用隔热瓦拼接，这样有问题还可以局部单独更换。这次更改，导致1979年“哥伦比亚号”运到肯尼迪航天中心时，3万片的隔热瓦还有两成没有安装，一直拖到两年后才能起飞。也正是这个隔热瓦，给未来“哥伦比亚号”的惨剧埋下了隐患。
1979年，NASA又向罗克韦尔订购了三架轨道器，“挑战者号”、“发现号”和“亚特兰蒂斯号”。“奋进号”也在1982年开始制造，但是1983年NASA决定把航天飞机的编制限定在4架，“奋进号”的制造被搁置，直到1986年“挑战者号”爆炸后才重新恢复。
1981年4月12日，“哥伦比亚号”航天飞机开始载人首秀。约翰·杨和罗伯特·克里彭驾驶航天飞机飞入太空，两名航天员在2天的任务期内，测试了航天飞机的各项设备，期间他们发现了一个致命的问题，部分隔热瓦可能脱落了，这样航天飞机进入大气层后就会因为隔热失效而烧毁。于是NASA赶紧联系空军，通过军用卫星拍摄了航天飞机的底部照片，确认所有的隔热瓦都完好无损，虚惊一场。NASA接着又三次试飞了“哥伦比亚号”，均取得了成功，NASA宣布航天飞机正式投入使用。
1988年，前苏联的航天飞机暴风雪号也问世了。11月15日，能源号运载火箭将无人驾驶的暴风雪号送入预定轨道，在轨道运行3小时后，暴风雪号自动降落在了哈萨克斯坦拜科努尔航天中心的跑道上。但是由于前苏联解体放弃了航天飞机计划，暴风雪号再也没有起飞过，自此就只剩下美国拥有航天飞机。
在此后的30年里，美国的5架航天飞机共执行了135次任务，共搭载了852人次，完成了国际空间站的建设、哈勃望远镜的发射、卫星的发射回收维修等任务。2004年，布什政府决定终止航天飞机项目。到2011年7月21日，“亚特兰蒂斯号”成功返航后，航天飞机正式退出了历史舞台。虽然经过了两次重大事故，后面改进的航天飞机都用的好好的，美国在没有替代方案的时候，为什么还是坚持终止了航天飞机项目呢？
设计构造
美国的航天飞机设计复杂，仅机身零件就超过了250万个。航天飞机主要由轨道飞行器、外挂燃料箱和两个固体火箭助推器组成。而轨道器就是航天飞机的核心，包含了火箭和飞行器的双重设计元素，既能像火箭一样垂直发射，又能向滑翔机一样着陆。
轨道飞行器分为三段，前端为乘员舱，分上中下三层，是经过加压的居住区。上层是驾驶舱，设有4到6个座位，仪表板包含2100多个显示屏或控制器；中层是生活区，设有床位、厨房和卫生间，还设有通往货舱的气闸，可以从这里通往舱外；下层是设备间，装有环境控制和废物管理系统。轨道器中段是货舱，长18米，宽4.6米，还配有一个遥控机械臂，可以用于抓取或操作货物，最大操作量可达270吨，也能在宇舱员舱外活动时充当移动平台。轨道器后部是发动机舱，装有3台主发动机。
外挂燃料箱用于携带主发动机的推进剂，里面装的是液氧和液氢，是航天飞机上唯一不可重复使用的主要部件。从起飞开始，外挂燃料箱就持续向主发动机提供燃料，直到主发动机熄火。主发动机熄火后18秒，外挂燃料箱主动脱离轨道器，轨道器缩回脐带连接装置并封闭接口。这时外挂箱前上方排出氧气，造成翻滚状态，这样在坠入大气层时就会完全解体燃烧。
在外挂燃料箱两侧，还分别连接着一台固体火箭推进器，每个里面装有500吨的固体火箭推进剂，在航天飞机起飞和上升阶段可以提供71.4%的推力。固体推进器在起飞后大约2分钟耗完燃料，大约在距离地面46KM处脱落，然后打开稳定伞和降落伞，落入海面进行回收，最后由其制造商赛奥科公司翻新后再次使用。这个固体推进器，进行了多次的重新设计，也是酿成“挑战者号”爆炸的罪魁祸首。
除了轨道器、外挂箱和固体推进器，隔热系统对航天飞机来说也异常重要，要不然再入大气层时航天飞机就会像陨石一样燃烧殆尽。再入大气层时，隔热系统外侧的温度会高达1600℃，但轨道器的铝质外壳温度要求不能超过180℃。美国航天飞机采用了四类隔热瓦，其中轨道器前锥和机翼前沿使用的是碳纤维强化碳质复合材料。这个隔热瓦，也造成了后来“哥伦比亚号”的惨剧。
苏联的航天飞机，虽然参考了美国的航天飞机设计，在一些方面还超越了美国。它没有主发动机，跟能源号火箭捆绑上天，不需要外挂燃料箱和推进器，因此起飞时受限制小。而且尾部装有两台小型发动机，横向机动距离比较大，在着陆遇到问题时还可以二次着陆。隔热系统方面，苏联使用了很细的玻璃纤维和碳碳复合材料构成的隔热瓦，最高可以承受2000℃的高温。苏联的航天飞机还实现了无人驾驶，安全系数大大提升。但是其设计制造的复杂程度，也不亚于美国的航天飞机。可惜，苏联的航天飞机由于其国家的解体，没有在实战中验证其性能。
航天飞机从设计制造、材料选择，到发射返回操作，都是极其复杂的。任何一个环节出问题，都可能是致命的。
重大事故(巨星陨落）
航天飞机的复杂设计，注定其在使用过程中不可能一帆风顺。美国航天飞机虽然完成了很多重大的历史性任务，但是却发生了两次重大事故，造成了14名宇航员丧生，成为人类航天史上最惨痛的教训。
1986年1月28日，“挑战者号”航天飞机在起飞73秒后解体，7名航天员全部罹难。这次飞行是航天飞机的第25次飞行，也是“挑战者号”的第10次飞行。
美国总统里根委托罗杰斯委员会对该事故进行了调查，调查委员会发现，NASA的组织文化和决策过程是造成这个事故的关键因素。挑战者号右侧固体助推器的O型环在低温下失效，高温燃烧的气体泄露，并烧穿了旁边的外挂燃料箱，导致的爆炸和解体。而O型环的问题，早在1977年测试时就发现了，NASA和推进器制造商赛奥科都没有采取有效措施。而且在之前的多次发射中，NASA也都发现了O型环侵蚀的情况，特别是在低温情况下侵蚀更严重。
在“挑战者号”发射时，天气预报显示当天温度会创下航天发射史新低，计划的9点38分发射时预计温度只有零下3℃，而此前航天飞机从来没有在12℃以下发射过。赛奥科的工程人员提出了低温可能会对O型环密封效果不利的担忧。
发射前一天晚上，肯尼迪航天中心办公室主任塞西尔·休斯顿召开了讨论发射安全的电话会议，开始赛奥科的管理人员和工程人员都提出低温不具备发射条件，O型环可能会失效，会议中一直争论不休只好休会。休会结束后，不知为什么，赛奥科的管理层态度来了一个180度的转弯，认为O型环影响证据不足，开始支持发射，就这样，工程师的警告被置若罔闻，一场悲剧的发射被NASA最终确定了。
而此前，“挑战者号”的发射因为天气原因，已经被推迟了4次，这次冒险发射也许就是来自管理层急于求成的官僚作风。可悲的是，这次发射还安排了全美的儿童在学校观看直播，给这些孩子带来了不可磨灭的心理阴影。
2003年2月1日，航天飞机的灾难再次降临。哥伦比亚号在执行完STS-107任务后，重返大气层。在进入大气层不久后，哥伦比亚号航天飞机爆炸解体，7名宇航员全部遇难。而这次事故的调查结果，原因还是原来的管理和技术问题。哥伦比亚号在发射时，外挂燃料箱上的隔热材料脱落，击中了轨道器左前翼的边缘，损坏了隔热瓦。
在航天飞机重返时，高温气体穿透损伤部位并摧毁了内部机翼的结构，导致航天飞机在空中迅速解体。其实，哥伦比亚号发射后，就有NASA工程师提出左翼已经受损，但是管理人员限制了进一步的调查。
如果像第一次那样，用卫星拍照，是完全可以发现问题的，然后再派一架航天飞机上去，就可以接回7名宇航员，不过这样操作成本就太高了。最后，NASA管理层选择了冒险，悲剧再次发生。更可悲的是，地面也没有向宇航员透露任何危险的信息，这些宇航员至死也不知道，他们在返回的时候，可能已经被放弃了。
这两次的惨痛事故后，航天飞机均停飞了两年多，其安全性也一度受到质疑。不过在经过事故调查和评估后，又都开始复飞。那最后是什么让美国下定决心淘汰航天飞机的？
退出历史
其实航天飞机设计的初衷是，低成本的将航天员和载荷运入地球低轨道。当时设计每个航天飞机可以发射100次，使用寿命10年，而使用寿命在实际中被延长。航天飞机项目最初的预算是430亿美元，最后实际总投入达到了2210亿美元，共发射了135次，平均每次发射耗资16.37亿美元。
航天飞机退役后，美国宇航员蹭车乘坐的俄罗斯联盟号飞船，最高报价单人往返也才9500万美元，这还是趁火打劫的价格，一般报价在7000万美元左右，7名宇航员的一次花费还不到5亿美元。
中国载人飞船发射一次花费大概8.5亿人民币，折合1.26亿美元，一般运载3人。而SPACEX的新一代龙飞船，单人往返有望降到2000万美元。这些都要远低于美国航天飞机的运载成本。由此看来，航天飞机根本就无法达到降低成本的目的。复杂的设备维护和任务的不饱和，反而拉高了成本，使之成为史上最贵的航天工具。
除了运行成本高，航天飞机的事故率也远高于其他运载工具。最初航天飞机计划使用100次，每月重复使用一次，就像房地产一样搞高周转。高频的发射还可以获得大量的商业订单，这样单次发射成本甚至可以压到几百万美元。但是，在实际运行的时候发现根本无法实现。整个航天飞机运行过程中，最快的周转周期都长达54天，在挑战者号事故后，最快的周转时间延长到了88天。最主要的原因还是因为航天飞机复杂的设计，检修维护耗时很长。这还不说，5架航天飞机2架出事，40%的损毁率，这严重的安全隐患也促使了航天飞机的快速落幕。
航天飞机一度让人以为，火箭将成为过去。可是经过30年的运行，高成本、运转周期长、安全隐患高这些问题都暴露了出来，让人意识到，航天飞机还只是一种高风险的实验性飞行工具。连最初设计制造航天飞机的美国都放弃了这个项目，所以，中国为什么不制造航天飞机？不是没实力，只是没有必要花费精力去弄一个已经验证的失败品。目前，在航天应用中，可回收火箭逐渐成为主流。当然，也许未来人类还会开发出更牛的航天器，类似飞碟或UFO那样的神器，更加的安全、高效和经济。
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