太空梭軌道器是太空梭系統中進行軌道飛行的太空飛行器。它可由火箭發射升空，也可靠自身攜帶的火箭發動機或加助推器升空，進入近地軌道後完成各種軌道飛行任務，然後再入大氣層，可作機動飛行，滑翔返回機場，水平著陸，經過短期維護後重複使用。
太空梭軌道器主要用於釋放、維修、回收衛星等航天有效載荷，進行對地觀測、軍事偵察和各種空間試驗，組裝空間結構，為空間站運輸人員和貨物等。它由結構、推進、防熱電子、環境控制與生命保障、電源、液壓、報警、煙火檢測和防火以及有效載荷操作等分系統組成。
美國太空梭軌道器長37.2米，翼展23.79米，淨重68噸，有效載荷29.5噸，裝有3台氫氧主發動機。這些軌道器分別命名為“企業號”、“哥倫比亞號”、“挑戰者號”、“發現號”、“亞特蘭斯蒂號”、“奮進號”，其中“挑戰者號”於1986年1月28日發射升空後73s發生爆炸被毀。
基本介紹
- 中文名：太空梭軌道器
- 長度：27.21米
- 翼展：23.79米
- 機高：17.39米
軌道器結構,運轉程式,製造過程,維護方案,安全維護檢查,外觀檢查,
軌道器結構
太空梭系統的核心分系統是軌道器，它的大致尺寸為：長度27.21米，翼展23.79米，機高17.39米，空重65噸。為了實現“普通人也能坐太空梭”的構想，太空梭在起飛過程中的最大過載限制在3g以下，在返回時的過載限制在1.5g以內。
軌道器在軌運行的時間最長達30天。軌道器大致可分為前段、中段和尾段。前段是上下兩層的寬敞機艙，上層為駕駛艙，下層為生活間，有效容積為72立方米。中段是有效載荷艙，長18.3米，直徑4.6米。艙門分內外兩層，由中間對開。艙門內層是輻射冷卻器，外側是防熱層。尾段除裝有3台主發動機外，還包括控制動力系統和推進劑貯箱。
太空梭軌道器是航天員進入地球軌道和返回時乘坐的艙段，要裝備可供7名航天員正常生活和工作的生命保障系統，可裝載必要的科學儀器與各類顯示儀表。軌道器的分系統異常複雜，這包括23隻各種天線、5台計算機，各種控制、通信、導航和操縱系統。在機頭的上部和側部、機尾處，共安裝了46台大小推力的變軌與姿態控制發動機。研製軌道器需要解決的問題很多，最棘手的是主發動機和機身表面防熱系統。主發動機的技術和性能要求很高，與“土星V”運載火箭上的J-2發動機相比，它上了一個很高的台階，其單台最大推力達到210噸，比J-2的100噸增加了一倍多，但這還不是關鍵所在。這種發動機還要求推力在65～109%之間連續調節以適應太空梭從發射到入軌整個過程不同階段的不同要求，而且還要能重複使用100次。它的工作時間長達7.5小時，比J-2發動機提高5倍。主發動機在起飛過程中消耗推進劑數量很大，高性能的渦輪泵每秒向燃燒室內輸送207升液氫和75升液氧。這些高性能要求對結構設計、材料選擇、推進劑輸送、發動機控制以及加工和製造都是極為困難的。
運轉程式
由於發射場和著陸場不在一地，太空梭軌道器在著陸場著陸後，需要轉運至發射場。在著陸場的主要工作集中在如何完成轉運上．而不是再次發射準備上，再次發射準備工作仍然是轉運後在發射場進行，所以在著陸場的工作只考慮與轉運有關的項目，其他內容一般不涉及(特殊情況除外)。
轉運有空運或陸運兩種途徑可供採用，採用不同的轉運途徑，其轉運的要求中對太空梭軌道器狀態要求也有所區別。空運對氣動特性有要求，陸運則沒有這方面要求，但需要將機身與機翼分解。轉運工作主要包括檢查、準備和轉運三方面內容。
製造過程
以發現者號太空梭為例，通過一組照片，展示太空梭軌道器的製造過程。
發現者號是美國太空梭機隊中的第三架軌道器，代號為OV-103。發現者 號從1979年8月27日開始製造，最終於1983年10月推出總裝車間，共歷時四 年完成，並於1984年8月30日完成首飛。
在圖6-19中：
(a)所示為1982年2月26日.發現者號的前機身殼體完成分段製造後，羅 克韋爾公司的工程師在檢査上下部分殼休的接口匹配性；
(b）所示為1982年3月9 日,發現者號三台主發動機在加利福尼亞州的羅 克韋爾公司車間安裝前，後機身後端框的狀態；
(c) 所示為1982年3月24日 .發現者號的中機身殼體停放在羅克韋爾公司 (此時波音已控制了羅克韋爾）的車間內，可以看出機身內有一個長約18 m的有 效載荷艙，而整體結構僅採用拱形隔框和壁板構成；
(d) 所示為1982年4月6日，發現者號太空梭的後機身結構部段完成裝 配的狀態，該部段將用於安裝軌道控制發動機艙並安裝主發動機；
(e) 所示為1982年5月5日，工程師們將發現者號的左翼安裝到中機身上 的畫面·可以看出機冀採用整體對接方式安裝·機翼主梁安裝在（c)圖中靠近 鏡頭的加強框上；
(f) 所示為1982年8月4 日，發現者號的軌道飛行器已初步成形，前機身 下部、中機身整段和主翼已完成對接組裝，工程師正在機身內部作業；
(g) 所示為1982年9月10日，發現者號完成後機身與中機身的對接，正在安裝前機身的整體式乘員艙； .
(h) 所示為工程師正在為發現者號安裝迎風面的耐高溫隔熱瓦，為避免再入 時被大氣燒蝕，太空梭外表面完全覆蓋了一層熱防護系統；
(i) 所示為1983年4月19日，工程師在位於加利福尼亞州的波音車間為發 現者號進行最後的系統安裝；
(j) 所示為1984年8月30日 ,發現者號執行代號為D-41 (亦稱STS-41 D)的首飛任務，機組成員6人，主要將3顆衛星送入太空，並進行了太陽能電 池帆板新技術測試.發現者號於 1984年9月5日在愛德華茲空軍基地安全著陸；
(k) 和（1)所示為1995年9月至1996年6月間，對發現者號進行檢修和設 備升級，發現者號服役期間進行了多次升級。
維護方案
太空梭軌道器返回後在機場跑道上著陸，由於著陸場與發射場不在一地，具有相當的距離，著陸後需要經過轉運返回發射場，才能進行再次發射。因此，太空梭軌道器著陸後在著陸場需要進行相關檢查，主要包括：安全維護檢查和外觀檢查。
安全維護檢查
安全工作的目的是為了保證工作人員和太空梭軌道器的安全，主要包括兩方面內容：安全檢查和危險源處理。 安全檢查
安全檢查的主要內容是：太空梭軌道器內部各艙段是否存在有毒氣體和易燃易爆氣體(主要由推進劑泄漏造成)；外表及周圍是否存在有毒和易燃易爆蒸汽(返回氣動加熱環境或推進劑泄漏造成)。
上述檢查，應在太空梭軌道器在跑道上著陸停穩後儘快進行。各艙段內部有毒氣體或易燃易爆成分的檢查，一般由遙測設備以人員不接觸的遙測方式進行，遙測出現問題，則由安全人員使用探測器具進行檢查。太空梭外表及周圍環境的檢查由身著防護裝備的安全人員進行。
太空梭軌道器在專用跑道著陸。安全人員身著防護服，立刻對軌道器進行有無危險氣體泄漏檢查，見圖13-1。如果沒有出現不安全情況，則進行下一個程式。一旦出現安全問題，必須先排除安全隱患才能實施後面程式。
如果太空梭軌道器艙段出現有毒或易燃易爆氣體，則應關閉飛行器上電源，工作人員撤離到安全區域，專用淨化車輛接近飛行器．淨化車輛上的淨化管路與太空梭軌道器相應管路接通，採用惰性氣體置換的辦法將有毒或易燃易爆氣體排除。如果太空梭軌道器外表及周圍存在有毒和易燃易爆蒸汽，工作人員應首先撤離到安全區域；如果是防熱材料因溫度過高而釋放的氣體，則應待飛行器自然冷卻蒸發停止後再進行工作；如果是推進劑泄漏造成的，則即刻使用專用推進劑泄出設備泄出推進劑。
太空梭軌道器專用安全與淨化設備、推進劑泄出設備接近軌道器尾端，淨化空氣通入軌道器進行冷卻，將潮濕空氣通入有效載荷艙和其他空腔，用以置換可能存在的殘留的易爆或有毒煙氣，如圖13-2所示。操作還包括地面牽引準備，安裝保護裝置和取出隨太空梭軌道器試驗的數據存儲器。
危險源處理
太空梭軌道器的危險源主要包括已經結束工作的高壓氣體、推進劑、輻射源。高壓氣體主要是用於為主發動機系統的推進劑貯箱增壓，為姿態控制發動機系統的擠壓式推進劑貯箱增壓。著陸後高壓氣體的工作結束，在防熱表面溫度比較高的情況下，成為一個安全隱患，需要解除。推進劑是供發動機工作的，發動機系統由主發動機系統和姿態控制發動機系統兩部分構成。著陸後推進劑的工作完全結束，推進劑為低溫、易燃或有毒物質，成為安全隱患，需要排除，採用專用設備泄出。如果安裝了輻射源這種裝置，著陸後輻射源的測量任務已經結束，為避免接近的人員受到輻射傷害，需要將其拆除。
推進劑貯箱內剩餘推進劑和高壓氣瓶內氣體的泄出的操作都是使用專用設備，通過設定在機翼上方機身兩側和前機身兩側的釋放閥門進行的，氣體直接排放至大氣中，推進劑則由專用裝置泄入貯存裝置內．推進劑貯箱內以惰性氣體(氮氣，氦氣)置換。因此，著陸場需要設定排除艙段危險氣體的淨化設備車輛、泄出推進劑的推進劑泄出設備車輛，危險源處理如圖13-3所示。這些危險源排除後，才能開始一系列檢查與轉運準備工作，以確保全全。
外觀檢查
太空梭經歷上升段飛行、在軌飛行、再人大氣層返回飛行、進場著陸飛行後狀態可能會有所變化，特別是經歷嚴酷的返回段惡劣熱環境飛行，熱防護系統受到考驗，所以著陸後，排除了危險源，首先要進行的就是外觀檢查。
在著陸場及早進行外觀檢查的主要目的，是及時獲取返回後的實際完整的外觀情況信息，對剛剛返回後的實際外觀進行詳細記錄(包括攝像與拍照)，避免轉運後在發射場檢查時混合了轉運準備和轉運過程中的變化，不能獲得真正飛行後的實際信息．外觀檢查如圖13-4所示。在著陸場完成外觀檢查工作後，要寫出詳盡報告，這個報告對設計部門了解飛行後狀態非常重要，也是改進設計的依據。
在著陸跑道上的檢查與處理工作完成後，太空梭沿著牽引道向處理廠房移動，如圖13-5所示。
