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往返自如的航天飞机

时间:2022-02-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:航天飞机是运载火箭、宇宙飞船和飞机巧妙的“混血儿”。作为天地往返的运输系统,航天飞机最为高明之处就是它能像飞机那样平安、完整地返回地面,从而实现了航天器的反复利用,这就大大降低了航天活动的成本。加热的后果是使用铝合金制成的飞机结构立即熔化,因为铝合金的熔点只有660℃。

航天飞机运载火箭宇宙飞船和飞机巧妙的“混血儿”。它在发射时垂直起飞,像火箭一样;入轨道后绕地球飞行,像一艘宇宙飞船,并有与其他航天器机动对接的能力;返回地球时,又像一架滑翔机,在传统的飞机跑道上降落。对于使用一次就“报销”的运载火箭和宇宙飞船来说,航天飞机可以重复使用上百次,是航天技术上一个重大的飞跃,被公认为20世纪科学技术最杰出的成就之一。

作为天地往返的运输系统,航天飞机最为高明之处就是它能像飞机那样平安、完整地返回地面,从而实现了航天器的反复利用,这就大大降低了航天活动的成本。

然而要使航天飞机飞回来并不是件容易的事,主要的难关就是防热。

虽然航天飞机具有三角形机翼和垂直尾翼,使它在大气中飞行时能够具有良好的稳定性和操纵性,犹如一架飞机一样飞行自如。但当它从地球轨道返回地球时,会以极高的速度(接近30倍音速)冲入大气层,机身表面将跟空气发生剧烈摩擦,使表面温度急剧升高,这就是所谓的气动加热。加热的后果是使用铝合金制成的飞机结构立即熔化,因为铝合金的熔点只有660℃。因此,科学家们不得不给飞机穿上一件特殊的“防热衣”。

航天飞机发射

在机头和机翼前缘,那里的温度最高,可以达到l600℃左右,就要给它“穿”上一层耐高温的石墨纤维复合材料,以保护铝合金不被烧熔。在机身和机翼的上表面,温度大约是650℃~l260℃,这些地方就“穿”上一层由2万块左右耐高温的陶瓷瓦拼成的阻热层,陶瓷瓦每块l5厘米见方,2~6厘米厚。在机身的侧面和垂直尾翼的表面,温度比较低,只有400℃~650℃,这些地方只需稍加保护,就“穿”上7000块另一种规格的陶瓷瓦,这种陶瓷瓦每块20厘米见方,0.5~2.5厘米厚。其他部位的最高温度不会超过400℃,“穿”上一层涂有白色硅橡胶的纤维毡就可,而不需去使用前面那种分量较重、价格昂贵的陶瓷瓦了。

要把这2.7万多块陶瓷瓦贴上飞机表面,并非一件轻松的事。虽然陶瓷瓦的大部分尺寸是相同的,但也有少部分是根据飞机机身的特定部位而量身定做的。每块瓦上都预先标好号码,再对照工艺图纸一一“对号入座”,用黏胶粘上去。由于陶瓷瓦非常容易碎裂,因此工人们粘贴时务必要小心翼翼,轻手轻脚,“慢工出细活”。美国第一架航天飞机,为粘贴防热瓦足足花了一年的时间,后来采用了粘贴机器人,进度才加快了许多。

从电视上我们还能看到,航天飞机在机场上着陆时,尾部会打开一顶大大的减速伞,这是为了使航天飞机更快地停下来,以缩短机场跑道的长度。

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