美國航天

美國是世界上較早開展航天活動的國家，活動規模和技術水平居世界前列。起源20世紀初。1927年，羅伯特·哈金斯·戈達德開始研究和試驗固體火箭，後發表著作論證向月球發射火箭的可能性。

基本介紹

• 中文名：美國航天
• 外文名：Aerospace America
• 所屬：美國
• 領域：航天

發展概況

發展史

1921年，戈達德轉向研究液體火箭發動機並於1926年發射了世界上第一枚以液氧、汽油為推進劑的液體火箭。1936年，美國加利福尼亞理工學院的 T.von卡門等人也開始研製液體火箭。第二次世界大戰結束後，美國在繳獲的德國 V-2火箭的基礎上開始研究大型火箭和飛彈。美國陸軍在 W.von布勞恩等德國專家的幫助下於1945年發射了 V-2火箭，1949年開始研製“紅石”彈道飛彈，1954年制定用“丘辟特” C火箭(“紅石”飛彈作為第一級)發射衛星的“軌道器”計畫。美國海軍利用V-2火箭技術研製“海盜”號探空火箭並從1949年開始飛行試驗。美國空軍於1954年開始研製“宇宙神”洲際彈道飛彈並提出以這種飛彈為基礎發射衛星的方案。為了不影響彈道飛彈的研製，美國決定由海軍以“海盜”號探空火箭為基礎研製發射衛星的“先鋒”號運載火箭。1957年蘇聯成功發射人造衛星促使美國在執行“先鋒”號計畫的同時抓“軌道器”計畫。1958年1月31日用“丘辟特”C火箭(改名“丘諾” 1號火箭)成功發射美國第一顆人造衛星“探險者”1號。為了加速發展航天事業,美國在1958年2月成立了國防部高級研究計畫局並在同年 10月成立主管民用航天活動的美國國家航空航天局。從1961年開始實施“阿波羅”登月計畫（見“阿波羅”工程），1969年7月首次把兩名航天員送上月球,並安全返回地球。從1972年起美國航天活動的重點轉向開發和利用近地空間並開始研製太空梭。1982年11月太空梭進行首次商業飛行,到1984年底已飛行14次。1984年1月美國國家航空航天局還開始研製永久性載人航天站。

在第二次世界大戰中，作為德國向美國投降的航天專家,韋納·馮·布勞恩對美國航天事業的影響：美國第一顆衛星的發射成功，以及第一艘載人飛船“阿波羅11號”登上月球作出突出貢獻，而美國太空梭的研製也是自他手中發端。

活動方向

美國的航天活動包括軍用和民用兩個部分，分別由國防部和國家航空航天局負責。國防部和國家航空航天局均有獨立的科研和試驗機構、發射基地和測控系統，並與政府其他部門、高等院校和私營企業廣泛協作。美國主要的太空飛行器發射場是空軍東靶場、西靶場和國家航空航天局的甘迺迪航天中心（圖1 ）。從1958年到1984年底，美國使用了 8種運載火箭：“先鋒”號、“丘諾”號、“紅石”號、“雷神”號、“宇宙神”號、“偵察兵”號、“大力神”號（見“大力神”號運載火箭）、“土星”號（見“土星”號運載火箭）和太空梭，共發射了1019個太空飛行器，居世界第二位，耗資約1700億美元。

人造衛星套用

種類

　從1958年至1984年底，美國共發射人造地球衛星 923顆，包括科學衛星、技術試驗衛星和套用衛星，其中套用衛星約占80%。科學衛星主要用於研究地球大氣、重力場和磁場特性，探測太陽輻射和活動情況，測量宇宙射線和微流星，為研製套用衛星、載人飛船和飛彈提供資料。科學衛星系列有“探險者”號衛星、“先鋒”號衛星、“軌道地球物理台”、“軌道太陽觀測台”、“高能天文台”等20多個。技術試驗衛星系列有“套用技術衛星”、“生物衛星”等。套用衛星直接為軍事、國民經濟服務。60年代初和以後,相繼發射了偵察衛星、氣象衛星、導航衛星和測地衛星。1964年 8月19日發射了世界第一顆地球靜止軌道試驗通信衛星，使衛星通信進入實用階段。從70年代起，預警衛星、地球資源衛星相繼投入使用。到80年代，在繼續改進原有幾種套用衛星的同時，又發射了廣播衛星、跟蹤和數據中繼衛星等。

人造衛星

套用衛星發展

美國的套用衛星發展很快，返回型照相偵察衛星的工作壽命由幾天提高到幾個月，地面解析度為0.3米左右。傳輸型照相偵察衛星的工作壽命長達3年，地面解析度為 3米左右。“子午儀”號導航衛星的定位精度達到20～50米。通信衛星容量達 12000多條雙向話路,壽命7～10年。美國在發展各類軍用衛星的同時也重視反衛星武器的研製。在60～70年代中期，主要研究和試驗了反衛星飛彈。從70年代中期開始研製和試驗反衛星雷射武器和粒子束武器。

載人航天

發展

　從 1960年至1984年底美國先後實現了5項載人航天計畫，完成46次載人航天,耗費約500億美元。1959年 4月，美國國家航空航天局選拔了第一批航天員，在蘭利研究中心開始訓練。1961年5月美國第一名航天員A.B.謝潑德乘“水星”號飛船首次完成軌道飛行。1961年9月組建詹森航天中心,它的任務是設計和製造載人飛船，選拔和訓練航天員。60年代實現了“水星”計畫(見“水星”號飛船)、“雙子星座”計畫（見“雙子星座”號飛船）和“阿波羅”工程。通過前兩項計畫解決了載人上天和返回的問題，試驗了飛船的軌道機動、交會、對接和航天員出艙活動等技術，為實施“阿波羅”工程奠定了基礎。1969年7月至1972年12月，先後有6艘“阿波羅”號飛船完成了月球航行，12名航天員在月面上進行了科學考察,帶回了月球土壤和岩石標本368公斤。“阿波羅”工程耗資約255億美元,後因實用價值有限而削減經費，減少了飛行次數，提前結束了計畫。70年代美國重點實行兩項計畫：“天空實驗室”計畫和太空梭工程。“天空實驗室”（圖2 ）利用“土星” 5號火箭第三級殼體改裝成為一艘試驗性航天站。1973～1974年間以它作為空間活動基地，先後有3批航天員乘“阿波羅”號飛船上去工作,開展了生物學、天文學、地球資源勘測和生產工藝方面的實驗。太空梭於1972年開始研製，1981年4月首次試驗,1982年11月投入使用。此外,美國於1975年7月與蘇聯合作進行“阿波羅－聯盟”號對接飛行活動。

美國太空梭

事故

1. 在美國載人航天活動中曾發生過一起嚴重事故：1967年1月 29日，一艘“阿波羅”號飛船在甘迺迪航天中心進行地面試驗時失火，三名航天員喪生。

2. 1986年1月28日是寒冷的一天，在美國佛羅里達的卡那維拉爾角，比天氣更讓人心寒的是挑戰者號太空梭發生的悲劇。

這天早晨，成千上萬名參觀者聚集到甘迺迪航天中心，等待一睹挑戰者號騰飛的壯觀景象。上午11時38分，聳立在發射架上的挑戰者號點火升空，直飛天穹，看台上一片歡騰。但太空梭飛到73秒時，空中突然傳來一聲悶響，只見挑戰者號頃刻之間爆裂成一團桔紅色火球，碎片拖著火焰和白煙四散飄飛，墜落到大西洋。挑戰者號發生爆炸，全世界為之震驚。

7名太空人在這次事故中罹難，包括兩名女太空人。其中特別引人注目的是第一次以平民身份參加太空飛行的女教師麥考利夫。原計畫她將在太空給她的學生進行現場授課，不幸的是麥考利夫壯志未酬，獻出了寶貴的生命。根據調查這一事故的總統委員會的報告，爆炸是一個O型封環失效所致。這個封環位於右側固體火箭推進器的兩個低層部件之間。失效的封環使熾熱的氣體點燃了外部燃料罐中的燃料。O型封環會在低溫下失效，儘管在發射前夕有些工程師警告不要在冷天發射，但是由於發射已被推遲了5次，所以警告未能引起重視。

挑戰者號飛機是甘迺迪航天中心的第二架太空梭。它以航行於大西洋和太平洋上的英國研究船挑戰者號而命名。也許有人還記得阿波羅17號登月艙也叫挑戰者號。就像它的前輩一樣，太空梭挑戰者號也為人類的航天事業做出了巨大貢獻。

1982年7月，挑戰者號太空梭成為美國可再度使用的帶冀太空飛行器，共成功完成了九次航天飛行任務。1986年1月28日美國的挑戰者號太空梭乘載七名太空人，進行太空梭的第10次飛行。在挑戰者號十次的飛行任務中，共繞軌道飛行987次，太空停留時間累積69天。

挑戰者號的失事曾使美國的航天事業受到沉重打擊，太空梭在以後的3年中停止了飛行。但是，在總結了挑戰者號的教訓之後，人類對太空的探測仍在繼續。從太空梭恢復飛行至今，已執行了76次飛行任務，包括組建國際空間站。挑戰者號的太空人是人類航天事業的先驅。

參加這次太空梭的太空人一共有七人。他們是：機長弗朗西斯·斯科比，四十六歲；駕駛員麥可·史密斯，四十歲；太空人朱迪恩·雷斯尼克，三十六歲；羅納德·麥克奈爾，三十五歲；埃利森，鬼冢，三十九歲；格里高利·傑維斯，四十一歲；女教師克里斯塔·麥考利夫，三十七歲。

3.美國“哥倫比亞”號太空梭外部燃料箱表面泡沫材料安裝過程中存在的缺陷，是造成整起事故的禍首。“哥倫比亞”號太空梭事故調查委員會去年公布的調查報告稱，外部燃料箱表面脫落的一塊泡沫材料擊中太空梭熱保護系統，是導致事故發生的主要原因。

事故發生後，由於無法迅速找回事發時的泡沫材料和燃料箱進行檢驗，宇航局和事故調查委員會一直沒對事故原因作出最終定論。目前，“哥倫比亞”號外部燃料箱約50萬塊碎片已被找到並重新拼在一起。宇航局負責“哥倫比亞”號外部燃料箱工程的首席工程師尼爾·奧特說，宇航局經多次試驗確定，泡沫材料安裝過程有缺陷是造成事故的主要原因。

奧特說，泡沫材料本身的化學成分沒有問題，問題在於用噴槍在燃料箱外敷設泡沫材料的過程。試驗表明，目前的敷設工藝會在各塊泡沫材料之間留下縫隙，液態氫能夠滲入其間。太空梭起飛後，氫氣受熱膨脹，最終導致大塊泡沫材料脫落。撞擊“哥倫比亞”號的泡沫材料有手提箱大小，重約0.75公斤。它幾乎是被整塊“撕下”後，高速撞擊到太空梭左翼前緣的熱保護系統，並形成裂隙。太空梭重返大氣層時，超高溫氣體得以從裂隙處進入“哥倫比亞”號機體，造成太空梭解體。

奧特說，根據新標準對燃料箱進行檢測是目前擺在美國宇航局面前的最大障礙。新標準要求，不允許有0.5盎司（14.17克）以上的燃料箱外泡沫材料脫落。美國宇航局目前準備對所有太空梭的11個燃料箱進行檢測，檢查每個燃料箱需要4千萬美元。

深空探測

美國深空探測的目標是考察太陽系內的天體和行星際空間環境,重點是月球和火星,其次是金星、水星、木星和土星。1958～1968年間先後用“先驅者”號探測器、“徘徊者”號探測器、“勘測者”號探測器和“月球軌道環行器”等考察了月球，包括拍攝月面照片和分析月球土壤,為實現載人登月提供了科學資料。火星探測器主要有“水手”4號、“水手”6號、“水手”7號和“水手”9號（見“水手”號探測器）（圖3 ）以及“海盜”1號和“海盜”2號（見“海盜”號探測器）。1971年發射的“水手” 9號進入火星軌道，拍攝了火星表面照片，探測了火星大氣層的壓力、溫度和磁場。1975年8月20月和9月9日發射的“海盜”1號和“海盜”2號先後於1976年7月 20日和9月4日在火星表面軟著陸，對土壤進行了取樣分析，未發現火星存在生命的跡象。1962年發射的“水手”2號和 1967年發射的“水手”5號先後在離金星35000公里和7600公里處掠過，測量了金星的大氣密度和表面溫度。1972年3月2日和1973年4月5日發射的“先驅者”10號和“先驅者”11號分別於1973年12月和1974年12月掠過木星，探測了木星的輻射帶和大氣層，拍攝了木星極區的照片。“先驅者”10號約於1986年10月穿過冥王星的平均軌道，成為飛離太陽系的第一個太空飛行器。1977年發射的“旅行者”1號和“旅行者”2號（見“旅行者”號探測器）於1979年飛臨木星,首次臨近觀測了木星環、大紅斑和3顆木星衛星。然後又於1980年和1981年先後飛近土星，拍攝了土星的照片，提供了關於土星環結構的新資料並發現了土星的新衛星（見彩圖）。

深空探測