为什么美国可以把航天飞机发射到太空,却不能发射同样重量的航天器

在土星5号火箭之后,在任何时候,美国都有发射重型航天器的技术和能力,唯一能卡住NASA脖子的是预算。
美国的航天飞机就是因为太贵了,所以才下马的。


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美国航天飞机分成三大部分:带翅膀的我们通常称为航天飞机,正式称呼是轨道飞行器。
航天飞机肚子上捆的燃料箱。
燃料箱两边是两个固体火箭助推器。
这三大部分的起飞质量超过2000吨,轨道飞行器的入轨质量是100吨左右。
美国第1艘航天飞机是哥伦比亚号,1981年首飞。在当时那个年代,还没有现在的 SpaceX在成本上步步紧逼,那时发射运载火箭的成本也很高,每公斤荷载入轨成本超过2万美元。


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航天飞机相比于运载火箭系统,任务更加灵活。进入轨道和返回地球加速度比较低,对乘员要求比较低,没有经过特别训练的普通人,也可以乘坐航天飞机上天。航天飞机机组的成员是5~7人,其中机长、驾驶员和载荷专家由资深的宇航员担任,剩下的4个名额可以从普通人中选,科学家甚至教师都可以进入太空。
这一方面极大的扩展了太空任务的范围,另一方面扩大了航天飞机在普通民众中的影响力,提升了民族的自豪感。对于美国形象的塑造,以及美国梦的凝聚力,非常具有号召力。


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而且,轨道飞行器货仓巨大,长18.3米宽4.6米,哈勃太空望远镜就是由航天飞机带上太空的。它不仅能把货物背上去,还能把货物背下来。实际上,美国开发航天飞机的初始目的,是为了打造一个重复使用的天地运送系统,从而降低单次成本。
》但是航天飞机太复杂了。
具体的讲就是轨道飞行器太复杂了。
在起飞阶段,轨道飞行器要打开3台主发动机,虽然只提供了20%的总推力,这个时候它是火箭。


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在返回地球的时候,它又必须像飞机那样降落。因此它又是飞机,要有可以收进机腹的起落架以及轮胎。轨道飞行器返回时要以一定的上仰倾角进入大气层,利用大气和机腹的摩擦减速,这个过程会产生高温,所以在航天飞机的机腹要贴着耐火砖。
2003年,哥伦比亚号航天飞机返回时,因为耐火砖脱落,2000度高温气体进入起落架舱室,导致航天飞机解体,7人遇难。


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当初建造航天飞机的本意是为了省钱,但是由于技术太复杂,导致了事故成本极高。所以2011年以后,航天飞机就停止使用。
航天飞机停飞以后,美国天地运载系统确实处于青黄不接的阶段。
》美国其实也是有一个替代航天飞机的后续计划。
在航天飞机还没有停飞时,这个计划就已经开始了。
这个计划叫做单级入轨系统,也可以看成是 SpaceX公司的猎鹰火箭和星舰的前身。
其中由麦道公司(现属于波音)主持的项目叫做三角快帆。
●三角快帆DC-Y单级入轨火箭,高38.7米,起飞质量462.9吨。


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当时火箭发动机的技术没有现在这么好。星舰使用的猛禽发动机是全流量分级燃烧发动机。以前的火箭发动机有一些是开循环的,要排放废气损失推力,还有一些是半流量分级循环的,燃烧没有全流量分级那么充分。
所以,当时的条件,单级入轨很难实现。
马斯克的SpaceX从单级入轨计划里面捡了很多现成技术,把一些工业管理的流程整合到宇航项目中,才能形成现在的成本和质量的双重控制优势。


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美国已经完成了登月,已经完成了天空实验室,完成了航天飞机,同时又联合多国完成了现在的国际空间站。美国砸钱、砸人、砸技术,除了探索火星以外,把该玩的全部都玩过一遍,暂时没有发射重型荷载的迫切需求。
所以美国的宇航员上国际空间站,在航天飞机停飞以后,都是乘坐俄罗斯的联盟号宇宙飞船上去的。
但是,不要以为美国的野心就会就此停止。
》美国的宇航计划有一个非常、非常长远的目标。

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