03.04 “暴风雪”号航天飞机有哪些特点?

一、引言

2002年,曾经代表苏联航天伟大成就的“暴风雪”号航天飞机,迎来了它生命的终结,唯一可以飞行的一架暴风雪号航天飞机,连同能源号火箭一道,因为当时的拜科努尔厂房突然发生大面积的坍塌而彻底被摧毁。这代表着苏联时期开展的暴风雪计划至此全部终结。“暴风雪”号不管曾经经历过怎样的光辉,都不得不用“英雄迟暮”、“惨淡收场”之类的词来形容。时至今日,当俄罗斯航天科学家谈起来“暴风雪”号的时候,他们仍然认为,这是整个俄罗斯历史上,最能够代表俄罗斯航天技术的成果。那么,“暴风雪”号究竟拥有怎样的性能与特点,让它能成为整个苏俄航天史上跨时代的航天产品呢?

“暴风雪”号航天飞机有哪些特点?

暴风雪号轨道器

二、“暴风雪”号的诞生过程

1976年建成的和平号空间站,曾在苏联世上具有重要的地位,但当时和平号空间站也面临着一个巨大的问题,那就是天地往返运输能力不足。这也就是说,原本能够容纳6个人生活的空间站,只能够维持2-3人的载人飞行规模,并且在生活物资方面,根本就处在供不应求的局面。为此,前苏联紧急需要研制出可以重复使用的航天飞机运输系统。

“暴风雪”号航天飞机有哪些特点?

再加上上个世纪的70年代,美国已经制定了一套相当周密的航天飞机研制计划。虽然最初研发的目的,也是为了能够发展一种更为经济的轨道运输工具,但是前苏联曾一度将这一航天器误以为是未来美国搭载核武器的工具,这让他们倍感压力。于是,1976年,前苏联开始投身到研究“暴风雪”号航天飞机的事业中。至此,“暴风雪”号航天飞机开始迎来诞生。

“暴风雪”号航天飞机有哪些特点?

美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机

三、“暴风雪”号航天飞机的基本参数及首飞过程

“暴风雪”号航天飞机长36.37米,直径达到了5.6米,高度则为16.35米,翼展数据为24米,翼面积达到了250平方米,有效载荷舱长为18.3米,直径达到了4.7米,乘员舱近70立方米,能够同时容纳下2到4名宇航员,以及6名身材不一的乘客。整个航天飞机的重量约为70吨,可以运载29.5吨的有效载荷,整个轨道器覆盖着38000块防热陶瓷瓦。

“暴风雪”号航天飞机有哪些特点?

“暴风雪”号航天飞机基本参数

1988年11月15日,在莫斯科当地时间的上午六点整,暴风雪号航天飞机迎来了首次飞行。其在2.5分钟时,达到了60公里的高度,而在8分钟的时候,高度则是达到了100公里,在达到了160公里高度之后,航天飞机之内的推进系统实现2次点火,这使得轨道器加速到了入轨速度。在起飞的47分钟之后,暴风雪号就成功进入到了近地轨道,整个轨道当时的数据为:倾斜51.6度,远地点256公里,近地点247公里,运行周期为89.5分钟。在航天飞机围绕地球飞行2圈之后,也就是在发射的2小时20分钟,苏联的地面控制人员开始命令轨道器点火脱离轨道,并在高度为100公里的地方,再次进入大气层。当到达40公里处的时候,航天飞机再次使用升降副翼,以及气动制动装置进行减速。当地时间的9点25分,暴风雪号航天飞机由三个阻力伞进行减速,并在距离发射场1公里的地方着陆,顺利完成了首次处女飞行。

三、“暴风雪”号航天飞机的特点

1、材料方面

无论什么航天器,只要存在返回过程,就免不了要与大气层剧烈摩擦,产生高温高压。因此,热防护问题是载人航天器首要考虑的问题。“暴风雪”航天飞机也不例外,需要有极高强度和极好热物理性能的新型材料。整个暴风雪号的防热层结构,是类似于空心砖的防热瓦。其体积当中的95%全部都是空的,而剩下的5%则使用的是石英纤维。这种多细孔的防热瓦,正是由石英纤维在高温中烧结而成的,其表面具有很好的抗腐蚀性。整个防热瓦被固定在航天飞机金属外壳的表面,采用专门研制的有机硅胶进行粘结,并在表面涂一层黑白双色的涂层,黑色的涂层,能够保证防热层在离子流当中具备足够的稳定性,并能够迅速将热能辐射到周围的空间。而白色的涂层,则为了减轻阳光对于航天飞机的自然加热。


“暴风雪”号航天飞机有哪些特点?

可以看到一些防热瓦的接缝

此外,整个航天飞机的舱门,以及机翼上的活动部件,还有乘员们的舱门当中的密封部分,也采用了一种当时特别研发的新型材料:热填实器来完成,这些热填实器也都不是完全一样的,这当中,有耐1250-1850摄氏度的线形热填实器,还有刷子式的热填实器,以及专门的弹性密封条。

“暴风雪”号航天飞机有哪些特点?


“暴风雪”号航天飞机的整个机身,的主要材料还是新型铝合金,能够在高量级的震动以及声负载的情况下保持稳定的性能。而对于温度比较高的部位,则大量的使用到了钛合金,甚至还加入了许多特别研发的特型钢材。这些刚才都是用铁、镍、钛以及其他合金元素炼制而成的,在韧度、硬度方面都表现力极强。

“暴风雪”号航天飞机有哪些特点?

为了研制暴风雪号航天飞机,苏联科学家一共开发了四十多种不同的新型材料,而这些新型材料在工艺、性能等各个方面的技术,都是整个苏联历史上从未有过的尝试。

2、“暴风雪”号独特的发动机

美国的航天飞机是将主发动机装在轨道器上,外加两个助推器以及一个燃料箱。与美国的航天飞机不同,“暴风雪”号航天飞机轨道器上并没有主发动机,只是在尾部装了两个小型的入轨发动机。整个航天飞机的主发动机依然在运载火箭部分上。因此,虽然我们从表面上看起来,苏联的航天飞机与美国的航天飞机似乎长得很相似,但是实际上二者的研发思路是完全不一样的。美国的思路是轨道器就是航天飞机的主体,所以不需要额外的运载火箭,但是因为没有地方装燃料,所以要带一个大大的燃料贮箱。而苏联的思路是用成熟的运载火箭将轨道器送上去,因此“暴风雪”号航天飞机轨道器上没有主发动机,并且不需要附加的燃料贮箱,直接就是个大火箭。因为有两个独特的小型发动机,所以暴风雪号在着陆之后,可以做有动力的机动飞行,横向机动距离比较大,万一着陆时候姿势不佳,就可以随时再起飞并进行第二次着陆,这比美国无动力滑翔着陆,明显要安全很多。

“暴风雪”号航天飞机有哪些特点?

可以看到美国的航天飞机橙色部分只是一个燃料贮箱,而苏联的则是一个实打实的火箭,二者外形相似,实则不同

此外,暴风雪号在大气层进行滑翔时候,也能够像普通的飞机一样借助副翼以及减速板来完成,同时,还配备有专门的减速制动伞,在降落滑跑的过程当中,当速度减慢到了50千米/小时,就会自动弹出,能够有效保障暴风雪号在较短的距离就能快速停下来。

四、总结

暴风雪号在诸多方面,都是苏联航天史上的一次伟大尝试。在1988年首次飞行之后,暴风雪计划就因为资金紧张的问题,曾经面临崩盘,光是开发航天飞机系统,当时就已经花掉了13亿的卢布,整个项目不得不面临着延缓。而在苏联解体之后,当时恢弘的计划更是彻底没有了经济支撑,就算是曾被人称为“英雄”一样存在的“暴风雪”号,也不得不面临极其艰难的处境。

“暴风雪”号航天飞机有哪些特点?

在当时,一共动工造了5架航天飞机。但是,也只有第一架,实现了顺利升空和回收,之后的“暴风雪2号”以及后来的几架,都只能够以未完成的姿态,进入到了停滞状态。最终随着苏联的解体,彻底夭折。但是不可否认的是,苏联在研发暴风雪号过程中出现的新材料和新工艺,后来也为其国民经济及其他领域,带来了不可磨灭的贡献。


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