发现号航天飞机

发现号航天飞机（STS Discovery，代号 OV-103）是美国国家航空暨太空总署（NASA）肯尼迪航天中心（KSC）旗下，第三架实际执行太空飞行任务的航天飞机。发现号航天飞机是由轨道飞行器、固体酒精火箭助推器和外挂燃料箱三大部分组成的。负责进行各种科学研究与作为国际太空站计划的支援。

发现号航天飞机首次飞行是在1984年8月30日，发现号航天飞机共完成39次太空之旅，累计飞行365天，运行约2.38亿公里，曾搭载宇航员240余人。 2011年3月7日，“发现”号航天飞机脱离国际空间站，9日在肯尼迪航天中心安全着陆，结束了近27年的飞行。 2012年4月19日，发现号航天飞机在华盛顿哥伦比亚特区郊外的国家航空和航天博物馆史蒂芬中心正式成为馆藏。

发现号航天飞机可谓功勋卓著，它将著名的哈勃空间望远镜送入轨道、携带第一位搭载美国航天飞机升空的俄罗斯宇航员、第一位女性宇航员驾驶航天飞机与俄罗斯和平号空间站实现首次对接，在美国两架航天飞机爆炸后，两度承担重返太空的重任。

发展沿革

研制背景

“航天飞机”的概念开始提出于1954年，开始实施的时间远早于“ 阿波罗计划 ”。当时，美国利用 X-15试验机进行了测试。之后的上世纪60年代，经过X-20试验机、X-24实验机的一系列测试，航天飞机的基本构型已经成熟。1972年美国开始建造航天飞机。1982年11月11日，哥伦比亚号航天飞机首次飞行，正式拉开了美国的“航天飞机时代”。

1986年1月28日，挑战者号从肯尼迪航天中心发射72秒钟后在1.5万米高空突然爆炸，7名机组人员全部遇难。1986年原本应当是美国宇航史上忙碌的一年，预计实施15项航天计划。然而“挑战者”号失事使美国宇航工程处于停顿状态——因为美国载人飞行工具只有航天飞机。 “发现”号是在“哥伦比亚”号航天飞机失事后，人们对航天飞机的安全性、甚至对载人航天的必要性充满疑虑的情况下，开始研制的。

命名由来

“发现号”作为航天飞机的名称，主要是根据历史上一些著名的探险船的名称而来的。17世纪早期，探险者的先驱人物亨利·胡德森在胡德森湾进行探险活动，希望在大西洋的西北部找到一条通往太平洋的海上通道，当时他使用的船只名称就是“发现号”。

18世纪70年代，英国探险家杰姆斯-库克再次乘坐“发现号”船，在南太平洋附近从事探险活动，最后发现了夏威夷群岛。另外，英国皇家地理协会在北极及大西洋地区探险时，使用船只的名称也是“发现号”。

研制历程

1979年1月29日，制造商签署建造合同。8月24日，开始设计制造航天员生活仓。1980年6月20日，开始设计装配飞机下半部分。11月10日，开始装配飞机机身后半部分。12月8日，首次进行机仓系统安装。1981年3月2日，开始载货仓的安装工作。10月26日，开始进行后半部分系统及航天员生活仓的安装工作。

1982年1月4日，开始进行前半部分系统的安装工作。3月16日，装配航天飞机的中间部分。3月30日，航天飞机的升降舵补助翼在棕榈谷就位。4月30日，机翼自格鲁门送抵棕榈谷。7月16日，前段机身上半部在棕榈谷就位。8月5日，垂直尾翼在棕榈谷就位。9月3日，开始最后组装工作。10月15日，机身副翼在棕榈谷就位。

1983年1月11日，后段机身在棕榈谷就位。2月25日，完成最后组装工作。2月28日，开始初步次系统测试与启动动力测试。5月13日，初步完成系统测试。7月26日，完成系统测试。8月12日，航空航天局签收。10月16日，自棕榈谷完工出厂。11月5日，以陆上运输的方式从棕榈谷送抵爱德华兹。11月9日，以空运的方式运至肯尼迪航天中心。1984年6月2日，飞行点火测试。

服役历程

首次试飞

1984年8月30日进行首次飞行。由于吸取了前三艘航天飞机的经验，发现号航天飞机设计上较为成熟，重77634 千克，较哥伦比亚号航天飞机轻了三吨。执行代号为41-D的任务，将3颗通讯卫星送上了太空。

继续使命

1985年1月24日,“发现”号航天飞机进行了首次纯军事飞行，宇航员释放了1颗2.5吨的电子侦察卫星，它用于跟踪苏联的导弹试验,窃听苏联西部的遥测、电台广播及雷达信号，并能获取欧亚非广大地区的通信联系，帮助美国了解苏联准备核战争的动向。 4月12日，发现号把前犹他州参议员加恩(Jake Garn)带上地球轨道。

1990年4月25日，发现号航天飞机把“ 哈勃空间望远镜 ”送入轨道。哈勃太空望远镜全长13.3米，直径4.3 米，总重11.6吨。它的升空是航天飞机强大的运载能力的象征。之后，发现号航天飞机又执行了对“ 哈勃 ”的第二次和第三次维修工作。

1990年10月的发射“ 尤里西斯号 ” 太阳极地探测器任务(代号STS-41)，1991年9月的发射高空研究卫星任务。 1992年12月，“发现”号又进行了12项与军事有关的试验,并部署了国防部的秘密军事卫星。

1994年2月3日，发现号执行了编号为STS-60的任务，乘员中包括俄罗斯人克里卡莱夫(Sergei Krikalev)。这使他成为第一个搭乘美国太空飞行员的俄罗斯人。 1995年，柯林斯(Eileen Collins)驾驶着发现号巡游地球轨道，成为人类历史上第一个女性航天器驾驶员。 1998年10月29 日。它将时年77岁的约翰·格伦 (John Glenn)送入太空。他是迄今为止飞上地球轨道最年长的人士。

2003年2月“ 哥伦比亚 ’号解体事故之后, 美国航空航天局花费了近10亿美元巨资，为“发现”号进行“大手术”,涉及近50项技术改动、几百万次计算机模拟试验，更改的地方接近300 处之多。其中最大的改变莫过于重新设计的插件燃料箱。 2005年7月25日，发现号航天飞机进行了哥伦比亚号航天飞机失事之后的首次航天飞机飞行。在飞行了将近14天之后，发现号进入大气层，因为肯尼迪航天中心所在地天气状况恶劣，发现号降落在了备用的爱德华空军基地完成了任务。 7月28日，发现号航天飞机搭载的宇航员打开航天飞机与空间站的对接口，在女机长柯林斯的带领下相继进入国际空间站。

2011年2月24日发射。在最后一次任务中，发现号将搭载6名宇航员，为国际空间站送去一个永久多功能舱，为其增加额外的储物空间。

结束飞行

2011年3月7日，发现号航天飞机脱离国际空间站，9日在肯尼迪航天中心安全着陆，结束了近27年的飞行。 2012年4月19日，发现号航天飞机在华盛顿哥伦比亚特区郊外的国家航空和航天博物馆史蒂芬中心正式成为馆藏。

技术特征

总体设计

“发现”号与其他航天飞机一样，都是由轨道飞行器、固体酒精火箭助推器和外挂燃料箱三大部分组成的。轨道飞行器的机体分机头、机身和机尾三段。其中机头是乘员密封舱，它又分分驾驶室、生活室和仪器设备室三层，驾驶室在上层，其前面两个座位是驾驶员和指令长座位，后面的两个可供工程师或其它专家乘坐。生活室在中层，内有厨房、卫生间和气闸舱。在轨道飞行器的驾驶舱内，装有制导、导航和控制系统,数据处理和软件系统,无线电通信、跟踪和测量系统,监测和显示系统,电源配电系统以及机械液压系统。轨道飞行器里为有效载荷服务的辅助设备有:通用托架、气动外壳、释放和遥控机械臂装置、控制和展开用的电子仪器、能源、轨道器与有效载荷之间的气体液体管路、出入乘员的气闸隧道、乘员舱内的操纵台和有效载荷控制台等。

动力系统

两台固体酒精火箭助推器平行装在外挂燃料箱两侧，自重72吨，每个装有450吨推进剂，发射时与轨道器的三台主发动机同时点火，为航天飞机短距/垂直起降机和飞出大气层提供约78%的推力。其固体燃料箱在前锥段里装有降落伞系统，溅落到海上后被回收，经过修理等待下一次飞行。可重复使用20次。外挂燃料箱是航天飞机最大的部件,位于轨道飞行器下方,是个巨大的壳体，由液态氧箱、氢气箱和箱间段组成。

发现”号的新装外挂燃料箱原本为“ 亚特兰蒂斯 ”号配置。为了防止燃料箱结冰对机体造成威胁，美国航空航天局进行了泡沫撞击的高仿真测试，重新设计了航天飞机外.挂燃料箱，并去掉一个巨大的泡沫材料斜坡，其目的是减小外挂燃料箱外壳与泡沫材料相脱离的可能性。工程技术人员拆除了部分绝缘泡沫，在燃料箱.上容易结冰的部位加装了一个加热器，以防燃料箱在充入超低温液氢液氧燃料后结冰。这样可以从根本上抑制泡沫材料的脱落，以防这些冰块可能在航天飞机起飞过程中掉落并砸坏机翼外的隔热材料。

航电系统

在轨道飞行器的驾驶舱内，装有制导、导航和控制系统,数据处理和软件系统,无线电通信、跟踪和测量系统,监测和显示系统,电源配电系统以及机械液压系统。机上各种设备所需电源由3个氢氧燃料电池和3个镍镉蓄电池提供，每个氢氧燃料电池可发出7至10千瓦的电力，而镍镉蓄电池供给短时间内需要大电流的设备的用电，并作为燃料电池的备用电源，每个容量是10安培小时。为了能在“发现”号发射飞行的过程中及时发现飞机上出现的各种情况，在“发现"号外挂燃料箱和推进器。上安装了四套“电子眼系统'对航天飞机执行飞行任务时的在轨成像确定了标准程序，并编制了新的用于实时传输航天飞机图像的程序，随时监控飞行情况。在飞行的整个过程中，地面控制中心都能获得航天飞机前缘系统及机翼正面的图像。

防护措施

由于航天飞机外形比较复杂，设计人员根据航天飞机重返大气层时机身各处的热环境采用了4种不同类型的防热瓦:一种是采用高温可重复使用的表面隔热材料，俗称高温防热瓦，它用在温度为648至1260 摄氏度的表面，如机身中、前段和机翼的下表面。另一种防热瓦采用增强碳碳复合材料，主要用在机身的鼻锥、机翼前缘。该防热瓦总重约1698 公斤，使用的表面积约38平方米,使用处.表面最高温度约1650摄氏度,表面呈黑色。第三种防热瓦采用低温可重复使用表面隔热材料，俗称低温防热瓦，用在温度371至648摄氏度的表面,如机身中、前段和机身的上表面(由于这些位置处在背风面,所以表面温度不高)。此种防热瓦共用了7000块，厚度随该处热流水平而变化，覆盖面积达255平方米，总重1014公斤，经涂层处理表面呈白色。最后一种防热瓦采用柔性可重复使用表面隔热材料，这是一种硅橡胶浸渍的毡状物，用在表面温度371 摄氏度以下的部位，如机身.上表面和机翼上表面的后段以及机身两侧。每块防热瓦的尺寸远大于上述三种防热瓦，厚度为4.8至16毫.米,覆盖面积达333平方米，总重约532公斤。由于它是一种柔性的毡状物，所以可用常温固化硅橡胶粘贴在机身铝合金的结构上。发现号航天飞机利用非损伤性技术检测航天飞机机翼前端的隔热材料；重新修改在临射前对航天飞机关键系统进行检测的程序；重新设定方向舵的刹车速度(这一方向舵是航天飞机尾部一个用于降落时减速的装置)。

其他

插件燃料箱

美国航空航天局大幅度修改了发现号航天飞机外挂燃料箱的设计，包括航天飞机与燃料箱连接起来的双脚架，该设备是导致" 哥伦比亚 "号航天飞机失事的泡沫碎屑的根源，改造时采用镍铬铁耐热合金蒙皮代替双脚架上的铝端帽,通过电加热使该固件外面不会结冰。外挂燃料箱上的另一个关键改进位于液态氧输送伸缩管上。NASA在这个区域增加了加热设施，还安装了一个除冰器。此外，NASA重新培训了为外挂燃料箱喷涂绝缘泡沫材料的技术工人，提高了他们的操作工艺，减少了泡沫材料中的空隙。

成像设备

为能详细观察发现号航天飞机的发射过程，美国航空航天局还利用录像设备全面监控发现号的发射升空过程，同时利用军用侦察卫星等检查进入空间的航天飞机可能受到的损伤。

在发射地肯尼迪航天中心，NASA对原有的近距、中距以及远程跟踪摄像系统进行了升级。NASA介绍，这次在9个地方新增了监控摄像机，它们将提供空前全面的航天飞机升空录像。

发现号自身也安装了新的录像设备，外挂燃料箱上的数字摄像机能使地面工作人员监测到发现号在升空时可能出现的任何受损情况。以前，航天飞机升空后，自身拍摄的图像只有在着陆后才能提供给地面人员进行分析，而现在将录像变成了数字模式，就可以使地面人员迅速获得图像。

轨检查和修复能力

发现号航天飞机的两个机翼上各安装了22个温度传感器，能实时显示机翼各部分的温度状况。机翼上还各安装了66个压力传感器，用来探测机翼是否曾受到碰撞，以及各部件的强度及位置移动。这些传感器非常灵敏，每秒种可进行20000次检测，直到发现号安全着陆才停止工作。

救援手段

发现号航天飞机启动STS-300紧急救援任务机制，即每次航天飞机载人任务都有备用的飞机和机组人员。在与国际空间站对接前，发现号将会进行翻转，让国际空间站里的科学家检查其下方是否受损。如果发现问题，航天员将停留在空间站内，利用" 亚特兰蒂斯 "号飞机作为备用飞机进行救援。

基础参数

发现号与其他航天飞机一样，都是由轨道飞行器、固体酒精火箭助推器和外挂燃料箱三大部分组成的。

运行纪录

综合评价

自1984年以来，“发现号”完成39次太空之旅，累计飞行365天，运行约2.38亿公里，曾搭载宇航员240余人。其历史性功绩还包括：将著名的哈勃空间望远镜送入轨道、携带第一位搭载航天飞机升空的俄罗斯宇航员、第一位女性宇航员驾驶航天飞机与俄罗斯和平号空间站实现首次对接，在美国两架航天飞机爆炸后，两度承担重返太空的重任。（观察者网评）

27年间，“发现”号共完成了38次飞行，为人类探索太空作出了巨大的贡献。由于其先进轻巧，哥伦比亚号航天飞机和“挑战者”号航天飞机发生灾难以后，都是由“发现”号执行复飞任务。（中国载人航天工程网评）

在发现号航天飞机完成的各项任务中，部署哈勃空间望远镜可能是最出名的一项。1995年，“发现”号又一次成为了头条新闻。它在第一位女航天飞机驾驶员——M·柯林斯的操纵下飞过了“和平”号空间站。“发现”号还部署了几颗军事和研究卫星 (包括其它国家的卫星)。修理了出现故障的卫星并首次把一位美国参议院 —— 犹他州的杰·加纳送入太空。（新浪科技评）