美国的载人航天工程

    美国的载人航天工程包括载人飞船、航天飞机、空间站、空天飞机等。美国载人航天计划是一个长期的持续性计划,经历了由低级到高级的发展过程。
　　一、美国的载人飞船
　　美国载人飞船包括:“水星”、“双子星座”、“阿波罗”;此外还有“空间实验室”(航天飞机实验设施)。美国载人飞船的投资是:“水星”投资3.921亿美元,“双子星座”投资12.834亿美元,“阿波罗”投资240亿美元,“空间实验室”投资24亿美元。“空间实验室”1号的发射费用为2.5亿美元, 2号的发射费用为2.5亿美元。
　　“水星”飞船计划始于1958年10月, 1963年5月结束。该计划是美国的第一个载人轨道航天计划,共进行了6次载人飞行,其中2次亚轨道、4次轨道飞行。它在人类进行太空飞行的适应性研究方面获得了重要的资料。空间实验活动包括:视觉、摄影、辐射的研究,航天医学和多种零重力的研究。
　　“双子星座”飞船计划始于1961年12月, 1966年12月结束。在1965～1966的两年中,“双子星座”3～12号共进行了10次太空飞行,为载人长期飞行,特别是在空间交会、对接、轨道机动和舱外活动及制导再入技术等方面积累了极其宝贵的经验。2年中,美国将20名宇航员送入太空。“双子星座”8号首次实现了太空对接,其技术最终使美国能第一个把人送上月球。重大科学实验集中在气象研究和大地摄影方面。飞船无风险技术需求。
　　“阿波罗”计划是美国耗资最大的载人飞船计划,首次实现了人类登月。“阿波罗”共进行了17次发射, 1号于1967年3月发射,最后1次17号的发射是在1972年12月。从7号开始载人飞行(1968年10月), 9个月后11号实现了首次登月。
　　“空间实验室”计划包括1、2、3、4和6(U-3)等型号,目的是为人类提供一个设备完善的太空实验室,以便在许多领域进行广泛的实验活动,并为许多国家提供一个太空研究实验设施。它将大大加强航天飞机轨道器的容量。在其研制、总装、管理和多用途飞行任务中都重视了低成本(Low-Cost)技术。1号于1983年10月发射,飞行7天; 2号于1985年3月发射,飞行7天; 3号于1984年11月发射,飞行7天; 4号于1985年12月发射,飞行7天; 6号于1988年8月发射,飞行9天。所有飞船均无风险技术需求。
　　据统计, 1号进行了23项实验; 2号13项; 3号10项; 4号24项; 6号11项。
　　二、美国的航天飞机
　　美国的航天飞机有“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现者”号和“阿特兰蒂斯”号。其中“挑战者”号于1986年1月爆炸,宇航员全部遇难,是世界载人航天史上最悲惨的一页。由于此次事故,导致美国航天政策作了重大的改变,除继续执行航天飞机计划外,又重新起用和发展一次性运载火箭。1992年3月美国还要进行“奋进”号航天飞机的首次飞行,用以营救国际通信卫得6F3(价值1.5亿美元),并进行舱外活动,模拟空间站组装等。美国航天飞机目前除发射各种有效载荷外,还能在太空修复以及回收航天器(如各种卫星),变更航天器的运行轨道,运送宇航员进入太空及各种舱外活动和空间实验等。美国航天飞机尽管引起各种争议,但仍是美国和当今世界上最为先进的载人航天飞行器,其作用是不能低估的。1993年美国将利用航天飞机与苏联的“和平”号空间站进行合作,完成空间生命科学研究合作计划。美国从1972年开始研制至1983年生产出4架航天飞机, 11年间的总投资为200亿美元。
　　三、美国的空间站
　　美国早期的空间站是“天空实验室”(Skylab),该计划始于1965年8月, 1974年2月结束。共发射了3次,累计飞行时间171天,积累了大量科学数据,完成了大量实验研究。其中主要长期失重对人体的影响及太阳上发生的各种过程的研究,另外,地球观测资料则可用于海洋学、污染控制和矿产资源的探查,零重力加工实验表明了轨道环境可以更好地进行在地球上无法做的半导体晶体和某些合金的生产。“天空实验室”是小型空间站,由于未考虑物品补给问题,只接待了3批共9名宇航员,生活必需品便消耗殆尽。它与苏联“礼炮”号相同,属舱段式结构。
　　美国永久载人空间站“自由”号是一种结构较为典型的架挂舱式结构,有较好的灵活性,能根据需要挂上各种专用舱,能完成地球上无法完成的各种科学实验,规模大,载人多。它既是轨道上的研究场、修理中心、观测台站和空间加工厂,从军事上说又是未来星球大战的空间指挥所。这种空间站还可停靠航天飞机。该计划始于1982年5月。参与合作的国家有日本、加拿大和欧洲航天局。原计划用8年时间来完成,投资80亿美元(1984年时),但到1988年已为220亿美元。据目前报道,已增至300亿美元。该站的尺寸、重量和能力比原计划有所减小,与目前苏联的“和平”号空间站相当,重量约为135吨。载人舱段尺寸减小了一半。1996年第一季度先发射空间站的组成部分, 12月完成部分空间站的建站工作,届时宇航员只能作短期访问(两周)。而欧洲和日本的载人舱段将分别在1998年的6月和9月发射。“自由”号空间站将从2000年开始永久载人。
　　四、美国的空天飞机
　　空天飞机计划的背景一是军方在“星球大战”计划中需要一种高性能天地往返运输系统,以便用它组成灵活的航天战略轰炸机队,用作侦察、救援和其他任务(如截击);二是民用部门指望发展高超音速运输机和旅客机,作天地往返运输系统或进行快速洲际飞行。这个计划始于1986年4月。
　　1990年中期决定投资33亿美元建造X-30飞机,用以验证这种空天飞机的可行性。空天飞机是一种水平起飞、单级入轨的飞行器,环绕地球一半的飞行仅需2个多小时。1993年可望研制2架样机,拟于1997年首次试飞。其关键技术有5项,即高超音速推进系统、轻重量高强度高温材料与结构、超高速流体动力学、飞行控制系统、燃料供应。
　　五、其他美国载人航天系统
　　美国有13种航天运输系统(T-1～T-13,含不载人的),其中T-13是一种载人的轨道转移飞行器(MOTV),它是一种天基、有人操作的装有低温推进系统的飞行器,往返于低地轨道(LEO)和同步轨道(GEO),主要用于在同步轨道上检修航天器。目前方案已制定。
　　此外,美、苏、欧空局和日本还准备共同实施载人火星探测,计划在21年内登上火星。用大约600亿美元完成发射和建立火星基地第一阶段的任务。

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