书城童书青少年应该知道的飞机
10560100000005

第5章 空中“巴士”—民用飞机

1.“天下谁人不识君”—民用飞机

随着社会和经济的发展,飞机日益成为现代文明不可缺少的运载工具。它深刻地改变和影响着人们的生活。

20世纪20年代,飞机开始载运乘客,成为运输的主要工具之一。第二次世界大战结束初期,美国开始把大量的运输机改装成为客机。在随后的几十年里世界上出现了一些大型运输机和超音速运输机,逐渐推广使用涡轮风扇发动机。著名的有前苏联生产的安-22、伊尔-76;美国生产的C-141、C-5A、波音-747;欧洲的空中客车等。超音速运输机有英、法联合研制的“协和”式和原苏联的图-144.然而,超音速客机的发展并不乐观。“协和”式飞机和前苏联的图-144因为种种原因而停航。

在飞机的庞大家族里,虽则民用飞机用途广泛,占据着半壁江山,但它的种类还是比较单一,不像军用飞机那样名品荟萃,机种众多。“地有奔驰、宝马,天有波音、空客”,可以说,美国的“波音”系列和欧洲的空客系列已成为当今世界大型民用飞机的代名词,大型飞机制造的关键技术也被它们所垄断。

民用飞机是用于非军事目的飞机的统称。早期的飞机并无军用和民用之分。第一次世界大战后,为战时所需而生产的大量飞机,经过一些简单改装就开始用于运输邮件、货物和旅客。这样,飞机开辟了一个新的应用领域—民用。民用飞机和军用飞机最大的区别是运营的经济性,所以民用飞机不是简单的军用飞机改装。之后出现的航空工业不断发展壮大,飞机被用于国民经济的各个部门,于是便分为民用和军用两大类。

民用飞机可分为干线运输机、支线运输机和通用航空飞机3大类。分别用于洲际干线(中远程)和国内干线(中近程)的客货运输、大城市至中小城镇之间的支线客货运输,以及农林牧副渔业、地质探矿、遥感遥测、公安巡逻、海上救护、体育运动、私人游乐等。

干线运输机一般是指客座数大于100,满载航程大于3000千米以上的大型客货运输机。按航程分,现在把满载航程大于6000千米的飞机称为中/远程干线运输机,航行于洲际线上的大多是这类飞机;把满载航程大于5000千米以下的飞机称为中/近程干线运输机,航行于国内各大城市间的大多属于这类飞机,也常被叫作国内干线机。

由美国波音公司研制生产的远程宽机身客机,最大客座数是400人。它拥有庞大的机身、更远的飞行距离和载客量。

支线运输机是指客座数在100以下,航行于中心城市与小城市或小城市与小城市之间的客货运输机。他们的航段距离一般在1000千米以下。支线运输机有各种不同的座级:10?30座的是小型支线运输机;40?60座的属于中性支线运输机;70?100座的是大型支线运输机。目前,介于干线和支线之间的百座级客机深受人们的欢迎。

通用航空飞机通常指用于定期航线飞行以外的所有民用飞机。它主要用于农业生产服务、公务出差、娱乐旅游、体育运动。我国研制生产的运输机属于中小型飞机,主要有运-5、运-7、运-8、运-10、运-11等;民用直升机有直-5、直-6、直-11等。

为什么乘坐飞机会有颠簸?

飞机在飞行过程中,如果进入不平稳气流区内,如降雨区等,会遇到时大时小的升降气流或水平气流对飞机的冲击,使附近的升力相应地发生忽大忽小的不规则变化,从而造成飞机颠簸。

晴空飞行一般比较平稳,但偶尔也会出现强烈的扰动气流,使飞机产生强烈颠簸,即“晴空颠簸”。它一般产生在7000米以上高空,在宽约100千米、厚约1000米的范围内发生,因此,人在座位上要系好安全带。

2.“空中女王”—波音747飞机

波音747飞机是美国波音公司研制、生产的4发动机远程宽体民用运输机,是首架宽体喷气式客机,也是一型研制与销售都很成功的民航客机。波音747飞机于1965年8月开始研制,1969年2月原型机试飞,1970年1月首架波音747交付投入航线运营。

波音747飞机系列

波音747双层客舱及独特外形成为最易辨认的民航客机。自从投入运营以来,它一直是全球最大的民航机,长期垄断着民用大型运输机的市场,这种情况直到竞争对手空中客车A380大型客机的出现。

波音747的机翼采用悬臂式下单翼,翼根部相对厚度13.44%,外翼8%,1/4弦线后掠角37°30′;外侧低速副翼、内侧高速副翼,三缝后缘襟翼,每侧机翼上表面有铝质蜂窝结构扰流片,每侧机翼前缘有前缘襟翼,机翼前缘靠翼根处有3段克鲁格襟翼。尾翼为悬臂式铝合金双路传力破损安全结构,全动水平尾翼。动力装置4台涡轮风扇喷气式发动机。由发动机带动4台交流发电机为飞机供电,辅助动力装置带发电机。4套独立液压系统,还有一备用交流电液压泵。起落架为5支柱液压收放起落架。两轮前起落架向前收起,4个四轮小车式主起落架:两个并列在机身下靠机翼前缘处,另两个装在机翼根部下面。

波音747机身是普通半硬壳式结构,由铝合金蒙皮、纵向加强件和圆形隔框组成。破损安全结构采用铆接、螺接和胶接工艺。波音747采用两层客舱的布局方案,驾驶室置于上层前方,之后是较短的上层客舱。驾驶舱带两个观察员座椅,公务舱在上层客舱,头等舱在主客舱前部,中部可设公务舱,经济舱在后部。客舱地板下货舱:前舱可容纳货盘或集装箱;后舱可容纳集装箱和散装货物。

波音747系列主要型号有:

波音747-100系列(波音747基本型)、波音747SP、波音747-200系列、波音747-300系列、波音747-400系列、波音747-8系列包括747-8洲际型客机与747-8货机。美国总统的专机—“空军一号”就是波音747系列飞机的精品之作。

3.科技之星—波音777飞机

波音777是波音公司研制的双发中远程宽体客机,在首飞时它是民用航空历史上最大的双发喷气飞机。

波音777具有左右两侧三轴六轮的小车式主起落架、完全圆形的机身横切面,以及刀形机尾等外观特征。波音777采用了全数字式电传飞行控制系统、软件控制的飞行电子控制器、液晶显示飞行仪表板、大量使用复合物料、光纤飞行电子网络等多项新技术。

波音777开发的涡轮风扇发动机是有史以来推力最大的喷气发动机,测试推力达到569千牛;连同发动机外壳,波音777的直径比波音737机身直径更大。

波音777飞机的机身横切面呈圆形,机宽(客舱)5.86米。双过道客舱,每排6?10座。客舱地板下分前舱、后舱的空间可装载相当规格的集装箱,也可装2.44米×2.44米的货盘。部分777在机舱上部设置了机舱服务员休息区,飞行员也有独立的休息区。

波音777停在跑道上,最明显的识别标志之一是三轴六轮主起落架系统及双轮式前轮起落架。这种结构既有效地分散了路面载荷,又使飞机有不超过3个起落架支柱。波音777是首款使用复合材料制造的波音飞机,机体约有10%为重量更轻的复合材料,副翼、襟翼、升降舵、方向舵、发动机吊舱等部件使用复合材料,减轻机身重量9%。

波音777机翼在改进757和767设计的基础上,它增加了机翼的长度及厚度,翼展加大到60.9米,优化了机翼的性能;它的机翼采用悬臂式下单翼,1/4弦线后掠角31°36′,机翼厚度大,内部容积大,翼展加长旨在提高飞机的起飞、商载/航程性能,机翼面积大的目的是提高巡航高度和降低进场速度;襟副翼蒙皮及扰流片由复合材料制成;它可选购折迭式以缩小翼展的翼梢设计,并不是任何航空公司都能所采用的。其中,777-200LR(远程型)和777-300ER(延程型)的机翼加装了1.95米长的斜削式翼梢小翼,提高了机翼的整体气动性能;斜削式翼梢小翼在很大程度上有助于缩短起飞滑行距离,提高了爬升性能并降低了油耗。

波音777采用了三种效率更高、噪声更小的涡轮风扇发动机。燃油都装在机翼和机体中部。777-200系列的载油量为117335升,777-200LR的载油量为195285升。777-300ER曾经在太平洋上空进行双发延程飞行的测试,最长的一次单发动机飞行达6小时29分钟。

波音777配有两台发电机,一台辅助动力装置驱动的发电机以及辅助电力系统。

波音777采用双人制驾驶舱。驾驶舱采用了新技术的平面液晶显示系统、数字驾驶舱技术,保留了驾驶盘而没有采用侧向操纵杆。许多过去由驾驶员手动的操纵都可自动完成,减少了驾驶员的工作负荷。

波音777是首款使用线传飞行控制技术的波音商用飞机,全数字线传飞行控制系统既降低重量,又比传统的机械操纵减少了维护工作量。它还有液压操纵系统用作备份。777是波音飞机中第一个把增强型近地告警系统作为标准设备而不是选装设备的机型。

目前波音777主要机型共有5种型号:777-200、777-200ER(延程型)、777-300,以及两款远程机型777-200LR和777-300ER。

波音777-200

波音777-200是基本型。777-200最大航程为9525千米,典型座位数量305座,最大座位数量440座。

波音777-200ER(延程型)是777-200型的加大航程型,通过改变内部结构增加了起飞总重和载油量,最大起飞重量297.5吨,最大航程为14300千米。

波音777-200LR是波音公司推出的双发超远程型,为突显它的性能,命名为环球客机。这种机型翼展增加了3.9米,采用强化型起落架;搭载了额外加设的油箱后,最大起飞重量347吨,航程可达到17445千米。

波音777-300

波音777-300型是波音777-200型的加长型,比波音777-200型加长10米,比波音747-400型还长。机身每侧设有五道登机门,是与波音777-200型在外观上最明显的区别。波音777-300载客量与续航距离与旧型的波音747相当,最大载客量可多至550人,标准3舱布局乘客368人;标准2舱布局乘客451人。航程可达11000千米。1998年5月27日正式投入运行,是当时世界上最长的双发喷气客机。

波音777-300ER具有多项改进,采用推力更高的发动机,提高了最大起飞重量,机身、机翼、尾翼、前机轮、发动机架与发动机外壳也经过加强,机翼末端具有后掠式翼尖,有较高的起飞重量因而额外的燃料箱能携带更多燃料。在三级客舱布局的情况下,波音777-300ER航程14600千米,它最长的一次单发动机飞行达6小时29分钟。

波音777F货机

波音777F货机是波音777的全货运型号。它是以波音777-200LR为基础研制。波音777F型主要是为了尽量增加载重,放弃了额外的机身燃料箱,满载情况下航程只有9065千米。波音777F的负载可以达到103.9吨,而体积较大的波音747-400F可载124吨。

4.世界著名的“总统专机”—“空军一号”

“空军一号”是美国总统的专机,有6层楼高。这架蓝白相间的、由波音747-200B改装而成的飞机已成为美国的权力象征,是美国霸权地位的国际图腾。

作为世界著名的“总统专机”,美国的“空军一号”堪称世界上最精密、最具毁灭力的航空器。它不仅拥有世界上最先进的反导弹系统,而且它的电子对抗系统可以干扰敌方雷达,迷惑导弹的瞄准系统,使他们无法锁定目标。“空军一号”还配备有一套定向武器系统,可以确定来袭导弹的方位,并发射激光或红外线光束,破坏导弹的制导系统,诱骗热寻的导弹转而追踪明亮炽热的信号弹。

“空军一号”的探测设备也十分完备,能够与天基和陆基侦测网配合,及时发现具有威胁性的空中目标,并及时通知最近的美军或盟国战机提供空中支援。“空军一号”装有空对空、空对地功能的脉冲频率无线电通信设备,可在受到核爆炸影响或外来电波干扰时,保证机上人员的安全和通信设备的正常运转。因而,“空军一号”也被称为“世界上最安全的飞机”。

在不进行空中加油的情况下,“空军一号”的航程可达11490千米,在空中滞留的时间约为12小时;如果进行空中加油,则可在空中滞留72小时,足以将美国总统送往全球任何一个地方。

美国的“空军一号”是名副其实的“空中白宫”,机上共有4000平方米的空间。总统拥有一个“总统套房”,起居室内有一张席梦思床、真皮沙发、高级地毯、电动窗帘等;套房内还有一间浴室,淋浴设备齐全,总统可以舒舒服服地享受。起居室的隔壁就是总统椭圆形办公室,另外还有一间工作室,里面配有最新的录影设备、投射荧幕、地图。专机上还有第一夫人专用房间、高级官员房间等。机身中段是供总统助手、记者及其他工作人员使用的休息室。

“空军一号”上还有一个大餐厅和两个具有现代化功能的“空中厨房”,可以同时满足100人的就餐需要。机上还有一个医疗中心,配有一个可折叠的手术台。医疗中心的所有设备完全是采用最先进的尖端器材,遇到任何紧急状况,它都能立即发挥急救功能,甚至比一般的医院急诊室更为现代化。

“空军一号”上的食品采集属于随机模式,为了保证总统的食品安全,通常会在飞机起飞的当天早上,或者前一天晚上去普通超市采集,避免恐怖分子的蓄意破坏。

“空军一号”同时也是“空中五角大楼”,担任临时的美国三军空中指挥中心。机上配备了完善的通讯系统,能为美国总统及其助手提供全球各地正常或机密资料的传送和接收。机上各种电线长度达到3000千米,配置了85部电话机、10台高级电脑、1架大型复印机、1台传真机,以及57架各类天线。机上装配了具备空对空、空对地功能的多重脉冲频率无线电通讯设备,主要功能是当“空军一号”在遭遇核爆炸影响或外来电波干扰时,保证机上人员的安全和通讯设备的畅通运作。

“空军一号”机身上覆盖的厚装甲可以抵御核弹爆炸的冲击波;所有窗户上都安装着防弹玻璃;专机内还有一个自动弹射装置,遇到紧急情况可以自动启动,把总统弹到安全的地点降落。

“空军一号”专机事实上是两架鸳鸯飞机,只要运载总统的主机飞到哪里,备用的副机就跟到哪里。如果主机发生机械故障,总统可以随时换乘备用专机。严格来说,“空军一号”只是一个象征性的称号,它不区分飞机的种类与数量,只要是美国现任总统的座机,都统称为“空军一号”。

除了美国的“空军一号”,巴林、阿曼、文莱、印度、伊朗、科威特、巴基斯坦、卡塔尔、阿联酋也使用波音747作为王室或者政府专机,沙特王室有一架波音747SP和一架波音747-400专机,日本有两架波音747-400政府专机。

解读“空军一号”档案

现任的美国总统贝拉克·奥巴马的“空军一号”是波音747-200B,专机编号为VC-25A,速度是900千米/小时,飞行高度是1万米,续航能力达10000多千米。该机是从1990年8月正式投入使用的。

长度:70.4米。

高度:19.4米。

空间:内部空间为371.6立方米。

重量:超过400吨。

空面:机内空间面积总达4000平方米。主舱面达370平方米,设有一个可作会议室也可作饭厅的大厅。总统和第一夫人都拥有自己的专用房间。

速度:时速可达1014千米/时。

机师:要想当上“空军一号”的驾驶员,至少要有2000小时以上在世界范围内的飞行经验,以及完美无瑕的飞行纪录。

安全:拥有无懈可击的安全纪录,被美国人认为是世界上最安全的飞机。

座位:通常记者坐在机舱后面,总统的随行人员坐在前面。地位越重要的人,坐得离总统越近。

僚机:实际上总是有两架都叫“空军一号”的总统专机,编号相连。

机场:停放在安德鲁空军基地,离白宫16千米远。

防卫:它是一种完全订制的飞机,配备高度保密的防卫系统,包括反导弹系统。

通讯:机上有87条不同的电话线,其中28条是防窃听的,通话范围无限制。

纪念性:机上有许多东西印有总统徽章,包括安全带、枕头、毛毯、茶杯、浴巾、餐巾和剃须刀。

5.空中“凯迪拉克”—空客A380飞机

空客A380飞机是欧洲空中客车公司研制生产的四发550座级超大型远程宽体客机,也是全球载客量最大的客机,有空中“巨无霸”之称。空客A380飞机是迄今为止建造的最先进、最宽敞和最高效的飞机,空客A380飞机能与45米宽的跑道和23米宽的滑行道相兼容,20个主机轮减少了对地面载荷的影响,并与现役的商用飞机的操纵性相当。为了提高飞机滑行的准确性,A380飞机的方向舵和机翼下安装有摄像机,使飞行员更清楚地了解飞机的位置。

空客A380飞机的驾驶舱位于机身最前方在两层客舱中间的高度,采用双人体制,舱内应用最新式的交互式显示屏和由以太网链接的扩展性集成航空电子模块。驾驶舱有8个液晶显示器包括:两个主要飞航显示器、两个导航显示器、1个发动机参数显示器、1个系统显示器和两个多功能显示器,这两个多功能显示器为飞航管理系统提供操作界面。

空客A380飞机全机身长度的双层客舱和4台发动机是最易辨认的独特外形。在单机旅客运输上,它有无可匹敌的优势:它在典型三舱等(头等舱-商务舱-经济舱)布局下可承载555名乘客,其中上层机舱199人,下层客舱356人;采用最高密度座位安排时可承载850名乘客。这一承载量打破了波音747飞机在远程超大型宽体客机领域统领35年的纪录,结束了波音飞机在市场上30年的垄断地位,成为载客量最大的民用客机(不过载重量最大的民用飞机仍是安东诺夫的An-225梦想式运输机)。

空客A380飞机是首架每乘座/100千米油耗不到3升的远程飞机,这一比例相当于一辆经济型家用汽车的油耗。飞机改进了气动性能,使用了新一代的发动机、先进的机翼、起落架。减轻了飞机的重量,减少了油耗和排放,座千米油耗及二氧化碳排放更低。飞机起飞时的噪声比当前噪声控制标准规定的标准要低得多。

在使用复合材料方面,空客A380飞机使用了创新的玻璃纤维增强铝材料,与传统铝材料相比,重量轻、强度高、抗疲劳特性好,维修性能和使用寿命也得到大大改善,不需要特别的加工工艺。飞机约25%由高级减重材料制造,其中22%为碳纤维增强塑料,3%为首次用于民用飞机的纤维—金属板。飞机还首次采用了复合材料碳纤维制成的连接机翼与机身的中央翼盒。此外,空客A380飞机还首次在后压力舱后部的后机身采用了复合材料。

除复合材料外,空客A380飞机还大量采用了先进金属材料,这些材料提供的好处包括操控可靠和易于维护。每一种材料都将根据不同部件预计将承受负荷、压力和损坏程度而优化使用。

在制造过程中,空中客车A380飞机首次应用激光束焊接技术。这一技术替代了铆钉焊接法。

此外,空客A380飞机采用了双飞行控制系统,主要特色在于采用两种不同构型的4个独立自主飞行控制系统。其中包括两个常规液压动作系统和两个电-液动作系统。采用的电-液动作系统使飞机在动力资源上具备更大的灵活性,增加和提高安全性能。

空客A380飞机主要型号可从基本机型衍生出加长型、缩短型和延程型机型。

A380-800:基本型,标准三级客舱布局555座,航程为15000千米。

A380-700:基本型缩短型,标准客舱布局460座。

A380-900:基本型加长型,标准客舱布局656座。

你知道空客A380飞机是怎么造出来的吗?

原来,为建造空客A380飞机,空中客车总装厂专门建造了一间特大的厂房。A380总装厂长490米、宽250米、高46米,占地10公顷。从外表看,是个巨大的钢骨架金属片墙面的盒子形状。建造这个厂房及其配套设施共用了3.2万吨钢材,此外还浇筑了25万立方米的水泥。总装厂命名为“吕克·拉加迪尔大厅”。让·吕克·拉加迪尔作为法国国防工业界的著名企业家,是研发A380的提议者,被称为“A380之父”。

空中客车A380部件运输滚装船命名为“波尔多城”号。由中国金陵造船厂制造。这艘船为空中客车A380提供大型部件的运输服务。把空中客车公司分布于英国、德国、西班牙和法国等地工厂制造的A380飞机部件运送至法国波尔多港。其后,这些部件将通过驳船和卡车等运输工具,运往法国图卢兹总装厂进行总装。

6.宇宙触角—航天飞机

航天飞机是一种新型的多功能航天飞行器,是承运卫星等航天器材到达太空的重要工具。航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身,它能像火箭那样垂直发射进入空间轨道,又能像卫星那样在太空轨道飞行,还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆,随着科学技术的日新月异,航天飞机已成为发射火箭卫星上天的重要载体。

航天飞机是人类有史以来建造的最复杂的机器,强大的运载能力使它成为独一无二的航天器。正是在航天飞机强大运载能力支持下,人类才有可能一步步修建国际空间站—这个世界上最大的太空轨道实验室,为人类未来登陆月球、奔向火星乃至更广阔的宇宙空间铺平了道路。

航天飞机是世界上唯一的可重复使用的航天运载器。20世纪70?80年代,美国、前苏联、法国和日本等国相继开始研制航天飞机,但由于技术和资金等原因,到目前只有美国研制的航天飞机投入使用。航天飞机用途广泛,可进行空间交会、对接、停靠、空间科学实验、发射回收或检修卫星。

航天飞机通常可乘7人,飞行时间一般在两周以下,最长可达28天。目前,航天飞机的主要任务是向国际空间站运送宇航员和各种建设用部件和给养。

航天飞机是高科技的结晶和集大成者,而美国在航天飞机的制造方面一枝独秀。每架航天飞机的研制费非常高,最新的奋进号研制费高达20亿美元,并且每次发射费用在1亿多美元以上。因此美国至今只制造了6架航天飞机,其中一架“企业”号为样机,另外5架是工作机。他们分别是哥伦比亚号、挑战者号、发现号、阿特兰蒂斯号和奋进号。

(1)航天飞机的飞行原理。

航天飞机由轨道飞行器、固体火箭助推器和外挂贮箱三大部分组成。航天飞机起飞的动力源自两台巨大的集束式助推器和3台液体推进剂。在这些起飞动力装置中,中心部分是一个外形像一架三角翼滑翔机的轨道飞行器,它垂直发射,是航天飞机飞行时必不可少的配件,它在进入地球大气层后像普通飞机那样下滑着陆。

航天飞机在起飞时,利用外挂贮箱内的液氢推进剂作为主发动机的动力,贮箱随着推进剂的使用完毕而投弃,另外,航天飞机还依据轨道飞行器顺利飞行;一般情况下,航天飞机的轨道飞行器可使用次数在100次以上,它有一个巨大的货仓,可以作为卫星及其他材料的存储点;大规模的太空作业时,还可将外挂贮箱带入轨道,作为航天站的核心部分。

飞行高度在1000千米以下是航天飞机近地轨道的飞行高度,向国际空间站运送宇航员和各种建设用部件和给养是目前航天飞机的主要任务。由于航天飞机的运载能力比较大,航天飞机往往采用多级组合形式,在需要高轨道运行有效载荷的时候,还可以由航天飞机将宇航员送上近地轨道后再从这个轨道发射,使宇航员进入高轨道,以完成最终任务。

(2)航天飞机的组成部件。

航天飞机采用模块化设计,整个系统包括3大模块:

①外部燃料箱

外表为铁锈颜色,主要由前部液氧箱、后部液氢箱以及连接前后两箱的箱间段组成。外部燃料箱负责为航天飞机的3台主发动机提供燃料。外部燃料箱是航天飞机3大模块中唯一不能重复使用的部分,发射后约8.5分钟,燃料耗尽,外部燃料箱便被坠入到大洋中。

②一对固体火箭助推器

这对火箭助推器中装有助推燃料,平行安装在外部燃料箱的两侧,为航天飞机垂直起飞和飞出大气层进入轨道提供额外推力。在发射后的头两分钟内,与航天飞机的主发动机一同工作,到达一定高度后,与航天飞机分离,前锥段里的降落伞系统启动,使它降落在大西洋上,可回收重复使用。

③轨道器

外形像普通飞机一样的轨道器就是人们通常所说的航天飞机,它是整个航天飞机系统的主体,相当于系统的“大脑和心脏”。机体分为机头、机身、机尾3段。机头是乘员密封舱,通常最多容纳7人。机身是一个大货舱,可以与国际空间站对接,里面还安装有遥控机械臂,用于搬运货物或进行轨道器检查等工作。机尾是3台主发动机。

航天飞机的外燃料箱有何作用?

外燃料箱,它是轨道器的“煤气罐”,是航天飞机必不可少的重要部件之一;外燃料箱装的是航天飞机主发动机使用的推进剂,也是航天飞机唯一不能重复使用的部件。在发射时,外燃料箱是附加装置—固体燃料推进器和轨道器提供结构支撑。升空大约8.5分钟后,推进剂耗尽,外燃料箱被抛开,与轨道器分离,使命完成。

外燃料箱有3个主要部件,他们分别是:氧燃料箱、氢燃料箱和燃料箱。氧燃料箱位于航天飞机的前部,氢燃料箱位于航天飞机的后部,而燃料箱位于航天飞机的中部;后者将两个推进燃料箱连在一起,仪表和燃料处理设备也在中间箱里,同时,它也为固体火箭助推器前端提供附着结构。

外燃料箱的皮肤由热保护系统覆盖。热保护系统是一层2.5厘米厚的聚氨酯泡沫涂料,作用是将推进剂维持在一个可接受的温度,保护皮肤表面不会因为与大气摩擦产生的高温损坏,也将表面结冰的可能性降至最低。氢燃料箱的体积是氧燃料箱的2.5倍,但完全灌满燃料后,其重量只有后者的三分之一,这是因为液态氧的密度是液态氢的16倍。

外燃料箱包括一个推进剂输出系统,将推进推输送到轨道器的发动机里;一个加压与通风系统,负责调控燃料箱的压力;环境调节系统,负责调控温度,补充中间燃料箱区域的大气;还有一个电子系统,负责分配电力、仪表信号,提供闪电保护。

(3)轨道飞行器

轨道飞行器是航天飞机整个系统的灵魂,它与一架DC-9飞机的大小和重量差不多,包括加压乘员舱、巨大的货舱以及安装在它尾部的3个主发动机。位于机身的前部是驾驶舱、生活舱和实验操作站,机身中部的有效载荷舱是容纳各种货物的地方,而轨道器的主发动机和机动推进器则在机身尾部。

(4)机身前部

驾驶舱、生活舱和实验操作站在机身前部,这一部分有一个加压的乘员舱,并为机头部分、前起落架和前起落架轮舱和门提供支持。

(5)乘员舱

它由三部分组成,分别是加压的工作间、生活间和储存间,乘员舱由驾驶舱、中舱/设备舱和一个气密过渡通道组成。乘员舱的空间为65.8立方米,在轨道器的前部。在乘员舱后舱壁外面的有效载荷舱里,可以安装一个对接舱和一个有接头的转移通道,以方便对接,并有利乘员进入实验室和到舱外活动。两层的乘员舱前部有一个驾驶舱,机长的座位在驾驶舱的左边,飞行员的座位在右边。

(6)驾驶舱

驾驶舱通常设计成驾驶员/副驾驶员都可操作模式,这样在任何一个座位上都可以驾驶轨道器,也可以执行单个人的紧急返回任务。每个座位上都有手动飞行控制器,包括旋转和转换驾驶杆、方向舵踏板和减速板控制器。驾驶舱里可以坐4个人。

轨道显示器和控制器在驾驶舱/乘员舱的尾部,左边的轨道显示器和控制器是用来操纵轨道飞行器的,右边的轨道显示器和控制器是用来操纵有效载荷的。在驾驶舱里共有2020多个分散的显示器和控制器。

(7)中舱

中舱有为4个乘员睡眠室准备的物资和储藏设施,中舱还存有氢氧化锂单人救生器、呼吸袋和其他装置、废物管理系统、个人卫生间和工作桌/餐桌。

(8)机身尾部

机身尾部包含左右轨道操纵系统、航天飞机主发动机、机身襟翼、垂直尾翼和轨道飞行器/外燃料箱的后部配件。前舱壁将机身尾部与中部隔开,舱壁的上层部分联接在垂直尾翼上,内部承受推力结构支持航天飞机的三个主发动机、低压涡轮泵和推进剂输送管。

(9)航天飞机主发动机

航天飞机主发动机是航天飞机的重要部件,它与固体燃料火箭助推器联接在一起的三个主发动机在最初上升阶段为轨道飞行器提供推力,使之脱离地球引力。在发射后,主发动机继续运作8.5分钟左右,这段期间是航天飞机用动力推动飞行。

在航天飞机加速时,主发动机会燃烧掉50万加仑的液态推进剂,这些推进剂由巨大的橙色外挂燃料箱提供,主发动机燃烧液氢和液氧,而液氢是世界上第二最冷的液体,温度在-252.8℃。当固体燃料火箭被抛开后,主发动机提供的推力将航天飞机的速度在6分钟里从每小时4828千米提高到每小时27358千米以上并进入飞行轨道。

发动机一开始排放的是氢和氧合成的水汽。主发动机在分阶段燃烧周期内使用高能推进剂产生推力,推进剂的一部分在双重预烧器里消耗掉,产生高压热气,推动涡轮泵。燃烧是在主燃烧室完成的,主发动机燃烧室里的温度可达到3315.6℃。每个航天飞机的主发动机使用的液氧/液氢比例是6:1,产生水平推力179097千克、垂直推力213188千克。

发动机产生的推力可在65%?109%的范围内调节,这样,点火发动和初始上升阶段可以有更大的推力,而在最后的上升阶段减少推力,将加速度限制在有效范围以下。在上升阶段,发动机的万向接头(平衡架)可提供倾斜、偏航和滚动控制。

航天史话

1.“暴风雪”号航天飞机首航成功

1988年11月15日莫斯科时间清晨6时,前苏联的暴风雪号航天飞机从拜科努尔航天中心首次发射升空,47分钟后进入距地面250千米的圆形轨道。它绕地球飞行两圈,在太空遨游3小时后,按预定计划于9时25分安全返航,准确降落在离发射地点12千米外的混凝土跑道上,完成了一次无人驾驶的试验飞行。

“暴风雪”号航天飞机大小与普通大型客机相差无几,外形同美国航天飞机极其相仿,机翼呈三角形。机长36米,高16米,翼展24米,机身直径5.6米,起飞重量105吨,返回后着陆重量为82吨。它有一个长18.3米,直径4.7米的大型货舱,能将30吨货物送上近地轨道,将20吨货物运回地面。

头部有一容积70立方米的乘员座舱,可乘10人。科学家们认为,这次完全靠地面控制中心遥控机上的电脑系统,在无人驾驶的条件下自动返航并准确降落在狭长跑道上,它的难度比1981年美国航天飞机有人驾驶试飞大得多。

2.“挑战者”号航天飞机爆炸

1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机在第十次发射升空后,因助推火箭发生事故凌空爆炸,舱内7名宇航员(包括一名女教师)全部遇难。造成直接经济损失12亿美元,航天飞机停飞近3年,成为人类航天史上最严重的一次载人航天事故,使全世界对征服太空的艰巨性有了一个明确的认识。

7.尘封的记忆—航天飞机的发展历程

1981年4月12日,第一架实用航天飞机“哥伦比亚”号首次升空,两天的飞行主要验证航天飞机的安全发射和降落能力,开创了人类航天的一个新时代。

1983年8月30日,“挑战者”号航天飞机首次实现黑夜发射,6天后又在黑夜降落,宇航员队伍中的布拉福德是第一位“登天”的黑人。

1984年2月3日,“挑战者”号再次发射,在7天的飞行任务中宇航员首次进行了不系带的太空行走,此后宇航员“太空漫步”成为航天飞机任务中经常出现的画面。

1984年10月5日,又是“挑战者”号,首次搭载了7名宇航员升空,其中女宇航员凯瑟琳·苏利文成为第一位太空行走的女性,从此航天飞机经常运送7名宇航员。

1986年1月28日,“挑战者”号在升空73秒后爆炸,7名宇航员全部罹难,此后美宇航局暂停了航天飞机发射任务。

1988年9月28日,“发现”号在航天飞机任务中止32个月后升空,5名宇航员释放了一颗卫星,并完成了几项科学实验,这标志着航天飞机项目再次走上正轨。

1990年4月24日,“发现”号航天飞机将“哈勃”太空望远镜送上轨道,人类有了观察遥远宇宙的“火眼金睛”。

1992年9月12日,“奋进”号升空,这架航天飞机成为宇航员马克·李和简·戴维斯的“婚礼特快”,这两位宇航员是第一对在太空缔结良缘的夫妇。

1995年6月27日,“亚特兰蒂斯”号发射,它实现了航天飞机和俄罗斯的“和平”号轨道空间站首次对接,美国和俄罗斯宇航员在外太空互相“串门”,新闻评论说“冷战”已在地球之外结束。

1996年11月19日,“哥伦比亚”号发射,共飞行423小时53分钟,创造了航天飞机停留外太空时间最长的记录。

1998年10月29日,“发现”号搭载着77岁的参议员约翰·格伦起飞。格伦是曾搭乘“水星”飞船升空的美国首名宇航员,这次他又成为最高龄的“太空人”。

1999年7月23日,“哥伦比亚”号发射,这次指挥它的是艾琳·柯林斯,标志着女性首次成为航天飞机的机长。

2003年2月1日,“哥伦比亚”号在返回地面过程中于空中解体,7名宇航员全部罹难。

2005年8月9日,美国“发现”号航天飞机在美国加利福尼亚州的爱德华兹空军基地安全降落,结束了长达14天的太空之旅。这是自“哥伦比亚”号航天飞机失事后,美国航天飞机首次顺利地重返太空,并且平安回家。

2006年17日,“发现”号航天飞机在佛罗里达州肯尼迪航天中心成功着陆。此次“发现”号顺利完成国际空间站维修和建设任务,并为国际空间站送去一名宇航员。

8.太空中的五星红旗—中国航天

航天飞机不是普通的飞机,它具备了飞船所没有的优越性。

我国的航天技术研究起步比较晚,技术水平滞后,经过几代航天科学家呕心沥血的努力,尤其在近几年也取得了丰硕成果。

相比之下,美国的航天飞机研制始于1964年,首飞于1981年4月;前苏联的“暴风雪”号航天飞机研制始于1967年,1988年11月也成功首飞;而我国的航天飞机研制计划最早提出是20世纪80年代中期,构想起于发展天军的战略,是一个由宇宙飞船到航天飞机的渐进构想。

中国的航天飞机介于美、俄航天飞机之间,是以宇宙飞船为载体发展起来的航天器。我国研制中的航天飞机有辅助动力系统和变轨发动机,货舱可装机械手,起飞也和“暴风雪”号一样靠大型运载火箭送入轨道,变轨发动机使飞机具有一定范围的轨道活动能力,能在较近轨道维修和捕获卫星,返回时由辅助动力系统进入大气外层并靠滑翔接近地面,之后在降落伞减速下安全降落。环比美国和俄罗斯的航天飞机,我国的航天飞机更小一些,载重也低一些,但成本更低,安全性接近于“暴风雪”。

1999年11月20~21日,中国载人航天工程第一艘“神舟”无人试验飞船飞行试验获得了圆满成功。2001年初至2002年底又相继研制并发射成功了“神舟”2?4号无人试验飞船,获得了宝贵的试验数据,为实施载人航天打下了坚实基础。

2003年10月15日,在戈壁深处的甘肃酒泉卫星发射中心,中国第一艘载人航天飞船—“神舟”5号发射升空。“神舟”5号飞船是我国第1艘载人飞船,乘有1名航天员,在轨运行1天。整个飞行期间为航天员提供必要的生活和工作条件,同时将航天员的生理数据、电视图像发送地面,并确保航天员安全返回。10月16日,“神舟”5号按预定时间在内蒙古主着陆场成功着陆。航天员杨利伟成为我国航天第一人,并创造了我国历史上首次载人航天的完美旅程。

2005年10月12日“神舟”6号飞船成功发射,费俊龙和聂海胜两名中国航天员被送入太空,先在轨道倾角42.4°、近地点高度200千米、远地点高度347千米的椭圆轨道上运行5圈,实施变轨后,进入343千米的圆形轨道。

“神舟”6号飞船在飞行过程中,航天员首次进入轨道舱生活,并开展微重力、育种等多项科学试验活动。

2008年9月25日21时10分,我国成功发射了“神舟”7号载人飞船。飞船搭载了3名航天员分别为翟志刚(指令长)、刘伯明和景海鹏。升空后,飞船运行在高度约343千米的近圆轨道。实施中国航天员首次空间出舱活动,同时开展卫星伴飞、卫星数据中继等空间科学和技术试验。

9月27日16点30分,景海鹏留守返回舱,翟志刚、刘伯明分别穿着中国制造的“飞天”舱外航天服和俄罗斯出品的“海鹰”舱外航天服进入“神舟”7号载人飞船兼任气闸舱的轨道舱。翟志刚出舱作业,刘伯明在轨道舱内协助(刘伯明的头部手部部分出舱),实现了中国历史上宇航员第一次的太空漫步,标志着我国成为第三个有能力把航天员送上太空并进行太空行走的国家。

2008年9月28日17点37分“神舟”7号飞船成功着陆于我国内蒙古四子王旗着陆场。

世界飞机“吉尼斯”

1.世界上速度最快的飞机

是美国代号为X-43A的新型飞机。它的机长为4米,形如冲浪板,无人驾驶。这种飞机的设计时速是音速的7?10倍,音速为每小时1224千米。

2.世界上最大的飞机

是俄罗斯的安-225“梦幻”飞机。它的翼展是88.40米,机长84.00米,机高18.20米,机翼面积905.0平方米,货舱43.0米×6.4米×4.4米(长×宽×高);巡航速度800?850千米/时;起飞场长3500米,航程4500千米,最大油量能航行15400千米。

3.世界上最早的喷气式飞机

是1939年德国制造的。它每小时能飞1000?3000多千米,高可以飞到2~3万米的高空。最远一次可连续飞行1万多千米。

4.世界最先进的民用飞机。

是美国的波音777-300ER飞机。它装载着目前仍保持吉尼斯世界纪录的世界上推力功率最大的民用喷气发动机,每小时的巡航速度很轻松就能达到近800千米。

5.世界上最先进的第四代隐性战斗机

美国制造的F/A-22“猛禽”式战斗机是目前世界上最先进的隐身战斗机。根据设计,F/A-22战机的雷达反射截面积只有普通飞机的1%,可发现距离减小2/3,隐身性能是F-15“鹰”式战机的80倍。但是,从F/A-22的设计思路上来看,由于要满足超音速巡航和空中格斗等机动性要求,不得不在隐身性能上做出一些牺牲,特别是当其进入空战状态开启机载火控雷达时将不可避免地暴露目标。

6.世界上最昂贵的飞机

世界上迄今为止最昂贵的飞机是美国的B-2“幽灵”空军重型隐形轰炸机,B-2RMP项目总投资12.043亿美元,其中研发费用为6.937亿美元;采购费用为5.106亿美元。

7.世界上最先进的军用飞机

按已服役飞机种类划分,战斗歼击机:美军的YF-22A歼击机;轰炸机:美军的B-2隐形轰炸机;预警机:美军的“鹰眼”预警机;侦察机:美军的SR-71高空高速侦察机(时速3~4马赫);直升机:俄罗斯的卡-52直升机、美国的阿帕奇直升机、欧洲联合研制的虎式直升机都是目前一流的。