太空梭30年，短暫的服役時間，開啟了太空探索新方向

太空梭作為航天史上第一個可重複使用的太空飛行器，代表著航天技術的發展方向，在30年的使用過程中為人類探索太空做出了巨大的貢獻。

2011年7月21日，「亞特蘭蒂斯」號太空梭在甘迺迪航天中心安全著陸，宣告了人類航天史具有時代標誌意義的太空梭正式退役。

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太空梭的設想產生於60年代，當時正值美蘇在太空領域進行激烈競爭，鑑於一次性火箭不能重複使用因此費用高昂，並且運載能力低滿足不了大型空間站的需求，返回艙船員承受過載大，降落無法主動操控，船員安全性受很大威脅。因此美國迫切希望能研製一種能頻繁，經濟的往返太空的飛行器，太空梭計劃應運而生。

籌劃與立項

1969年，在阿波羅登月之後，美國對未來航天長期規劃提出了三種預算方案

①每年投入80~100億美元，發展能執行載人火星探索任務的太空梭，建立月球軌道空間站和50人規模的近地軌道空間站。

②每年最多投入80億美元，進行火星探索任務的執行。

③每年投入40~57億美元，建立一個近地軌道空間站，用太空梭與空間站保持聯繫。

受經費限制，美國最終選擇了預算最低的第三方案。

研製與試驗

經過方案篩選，美國最終在1972年選定了太空梭設計方案，按照設計，太空梭由固體火箭送入太空，每次能將7名太空人和30噸貨物運送到近地軌道。還具有從空間帶回地面多達16噸貨物的能力，能夠在軌釋放，維修和捕獲衛星。

1977年，太空梭進入試飛階段，美國國家航空航天局(NASA)利用「企業」號太空梭進行了8次飛行演示驗證，證明了太空梭的氣動，操控和安全等性能。

建造與使用

1981年4月12日，「哥倫比亞」號太空梭成功首飛。1982年，美國出臺《國家空間政策》，確定太空梭將替代一次性運載火箭，全面執行各類航天發射任務。

1981~1986年，太空梭共執行25次任務，包括7次科學實驗任務，15次商業衛星發射任務，3次秘密軍事任務。1986年1月28日，「挑戰者」號在執行第25次任務時爆炸，造成太空梭停飛2年8個月，致使很多衛星無法按期發射。美國由此反思航天運載能力不能僅僅依靠太空梭，於是重啟運載火箭的研製生產。

1988-1998年，太空梭主要進行空間科學實驗和空間維修任務，並執行了一些軍事和衛星發射任務。

1998年~2011年，太空梭主要執行國際空間站的建造任務。期間，2003年「哥倫比亞」號失事，再次停飛2年6個月。復飛後，太空梭執行了22次任務，完成了國際空間站的建造，結束其歷史使命。

主要技術貢獻

一:推進了可重複使用太空飛行器技術

在70年代美國宣布太空梭研發計劃後，蘇聯，歐洲和日本都制定了方案，並開始了技術探索性研究。美國是唯一成功研製並實際使用太空梭的國家。從而展示了美國強大的綜合國力，和遠超他國的技術儲備與科學前瞻性。

研製像飛機一樣，可以水平起飛，降落，可多次重複使用的太空飛行器，是人類的航天夢想。不僅能夠大幅降低進入空間的成本，而且在安全性，可靠性和響應性方面具有很大的優勢。

太空梭驗證了可重複使用太空飛行器技術的可行性，也為這一領域的發展奠定了技術基礎，累積了大量的實踐經驗。

實踐證明，太空梭採用的大機翼結構設計，使太空梭可以精確的降落在機場上。與傘降式返回艙相比，這種設計既保證了太空梭便捷性和重複使用率，下降過程中的過載也相對較小，大大降低了對太空人的身體要求。

為太空梭由地面直接進入太空飛行而設計的主發動機，能夠在65%~109%的推力之間自由調節，且可重複使用50次，這種可多次啟動和重複使用的發動機技術在2020年的今天，任然處於世界頂尖水平。為太空梭而研製的先進發動機技術美國作為技術儲備等待合適的時間重啟。

二:推進了近地軌道地面往返技術的發展

往返運輸是人類進入太空，有效使用太空的最核心能力，太空梭的大運載能力遠超現在載人飛船運載3人和幾百公斤貨物的能力。即使是現在開發的無人貨運飛船，運載能力也不足10噸。絕對難以滿足將來複雜運輸升空返回的需求。

例如地球上幾乎沒有而月球富含的氦3元素，核聚變的終極燃料，往返運輸能力是核心中的核心能力。而對於需要帶回地面維修的設備或者是地球亟需的資源，太空梭是唯一的選擇。相比之下，載人登陸艙無法攜帶多餘載荷返回地面，因為關聯到起飛重量，比衝率，有效載荷，返回艙空間，返回動力和成本的一系列問題。

三:實踐了大量創新航天概念與技術

在惡劣的太空環境中，各類太空飛行器極易損壞或發生故障，有些太空飛行器在入軌調試階段就可能出現問題而被迫放棄。為此人類設想了在軌釋放，抓捕，維修太空飛行器，推進劑在軌加注，對敵太空飛行器進行抵進偵察，幹擾，俘獲等先進航天概念與技術。著名的「哈勃」太空光學望遠鏡在升空後發生故障，即由太空梭升空後給予修復。

太空梭憑藉大運載能力和高機動性等特徵，對這些設想的概念和技術進行了演示驗證。先後43次將美國防部的偵察衛星，預警衛星，以及NASA的「麥哲倫」金星探測器等太空飛行器送入空間軌道。美國防部還試驗了在軌俘虜衛星和維修太空飛行器的能力與技術。實踐證明，太空梭具有極大的軍事潛力，可以完成幾乎所有的太空軍事任務，是美國防部的寵兒。

四:推動了空間科學研究和應用技術發展

太空梭作為空間實驗平臺，完成了2000多項科學研究。開展了大量生命科學，地球科學，天文學研究，以及材料加工，製藥和一系列新技術實驗的活動。多次維修和更換了「哈勃」的組件，現在我們看到的大量的宇宙高清照片，都由「哈勃」20多年工作中所拍攝。

2000年2月，美國國家地理空間情報局利用太空梭實施了「太空梭雷達地形測繪任務」，對地球進行了三維測量，數據經處理後所獲得的全球「數字高程模型」將美軍的數據精度提高了30倍，極大增強了美軍遠程精確打擊武器的作戰效能。伊拉克戰爭中，美軍巡航飛彈射進窗戶的技術背景即源於強大的太空探測能力。

五:佐證了人貨分離的航天運輸系統設計思路

太空梭的2次失事造成了14名太空人遇難，這些精英中的精英是美國最不能承受的損失。使美國意識到「人貨混運」的航天運輸模式具有巨大弊端。為確保太空人的生命安全，太空梭所有部件都必須按照載人要求研製，這極大的增加了研發和製造成本，這樣一來，系統的複雜性成幾何倍增，導致出現故障的機率大大增加。

從美國公布的「重返月球」的設計方案來看，美國吸取了太空梭的經驗教訓，將載人和貨運火箭分開研製，制定了2種標準，這表明在目前的技術水平下，「人貨分離」模式是一種更安全和經濟的載人運輸航天模式。

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退役的主要原因

美國載人航天發展戰略的調整，是太空梭時代終結的根本原因。運行成本居高不下，故障頻發，每次飛行面臨的巨大安全風險，則是影響太空梭持續飛行的重要因素。

一:不能滿足美國載人航天長遠戰略需求

進入21世紀之後，為保持太空領導地位，美國載人航天發展戰略由近地軌道向深空載人探索拓展。

太空梭在設計之初低預算方案所確定的近地往返運輸要求，在完成國際空間站的建造之後，已結束其歷史使命。如果要進行火星這些行星際飛行，一切都要重新設計。

因此將其退役，節約經費，得以研製新一代載人航天運輸系統，保持美國在空間探索領域的技術領先地位。美國現在要的是飛的更遠，近地軌道技術儲備，已經足夠不再需要。

二:高昂運行成本制約飛行

按照NASA最初設計方案，每年安排24次飛行任務。每架太空梭可重複使用100次。如此計算，每架次運行成本將低於運載火箭發射成本。

但由於太空梭技術性能複雜，每次飛行前都需要大量的準備和安全檢測，結果5架太空梭總共只進行了135次飛行。在飛行任務最多的1985年也只執行了9次飛行任務。遠低於預期。2003年「哥倫比亞」號事故之後，每架次飛行成本高達7億美元，大部分用於安全性能檢測和故障處理，嚴重影響了持續飛行。

三:設計缺陷導致巨大安全隱患

太空梭由3500個分系統和250萬個零部件組成，其中一個分系統或關鍵零部件失效都將導致重大事故發生。由於過於複雜精密的設計嚴重缺陷，導致太空梭的安全和可靠性大大低於預期。

雖然NASA為了提高安全性進行了多次改進。如針對「挑戰者」號失事原因，重新設計和製造了固體火箭助推器連接處的墊圈，配備了太空人逃逸系統。針對「哥倫比亞」號失事原因，改進了保溫泡沫材料的安裝方式，並設計了太空梭翻滾動作以檢查隔熱瓦受損情況。但因為結構設計缺陷，安全隱患始終不能徹底解決，每次飛行要承擔巨大的安全風險。

2010年，NASA發布的一份安全評估報告稱，現在的太空梭安全性雖然比30年前提高了10倍，但發生災難性事故的風險任然很高。

四:影響了美國航天運載能力的全面發展

在太空梭發展初期，美國設想是利用其強大的運載能力，替代運載火箭發射各類衛星，運送太空人進入近地軌道，並大幅降低航天運輸成本。為此，美國政府下令封存了由政府投資運營的運載火箭生產線。NASA也一度停止了運載火箭的採購。

這些做法在一個時期內影響和停滯了美國運載火箭技術的發展和提升，導致太空梭停飛期間，不得不依賴俄羅斯飛船維持本國太空人在國際空間站的工作與生活連續性。同時，國際空間站上的物資補給也需要歐洲和日本的貨運飛船來完成。

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美國載人運輸系統的未來

太空梭退役後，美國載人航天運輸能力出現了空檔期。當前，美國政府對載人航天運輸系統的發展策略，一方面是大力扶持商業化近地軌道運輸能力發展，另一方面積極推進載人深空探索技術的研發，繼續引領世界載人航天技術的發展。

近年來，NASA投入大量資金推動近地軌道載人航天的成熟技術向私營航天企業轉移。目的是鼓勵美國私營企業自主研發可靠的，高費效比的近地軌道運輸系統。2010年12月，由太空探索技術公司(spaceX)研製的「獵鷹」火箭運載系統首次飛行成功，表明了商業航天運輸具備了執行國際空間站任務的能力。2012年10月，spaceX龍飛船將貨物送到了國際空間站，開啟了私營航天的新時代。

之後美國政府計劃未來5年為商業航天飛行計劃投入58億美元。可以預見，在美國政府大量的資金支持和NASA雄厚的技術支持下，私營企業將研發安全可靠的商業化載人運輸系統，成為美國近地軌道衛星發射，載人空間站運行的主力。

而美國政府主導的空間探索項目，將向行星探索發力。在「空間探索新構想」的戰略牽引下，NASA重點研製「阿瑞斯1」載人運載火箭，「阿瑞斯5」重型運載火箭和「獵戶座」多功能載人宇宙飛船。2010年規劃在未來5年，投資31億美元，研發重型火箭推進技術，以顯著提高推力，效率，可操作性和經濟可承受性，並為建立新的載人航天深空探索體系提供重要支撐。

今天，到了收穫科研成果的時候了。2019年7月20日美國政府正式宣布美國新太空計劃，規劃2024年重返月球。之後逐步建立月球基地。

之後，將進行一項劃時代的太空探索計劃，2033年載人登陸火星。在火星運行到接近地球距離5500萬公裡的時候，發射運載8名太空人的宇宙飛船，通過8-10個月的飛行到達火星表面，太空人將在火星表面生活2年時間，期間將進行一系列的科學考察和實驗活動，並逐步試驗火星基地的可能性。等待火星再次接近地球時返航。全程歷時5年。

這計劃比人類三大計劃之一的阿波羅登月計劃還要龐大和影響深遠。阿波羅計劃耗資255億美元，在工程高峰期，參加工程的有2萬家企業，200多所大學和80多個科研機構，總人數超過30萬人。其科技成果帶來的影響，人類至今受益。

而現在要登陸火星，難度和工程量以及科研難題，將數倍於阿波羅。這計劃太令人神往和期待了。

太空探索，本就需要勇氣和犧牲精神，唯有勇者留其名。正是對星空充滿了嚮往，對太空充滿了好奇，才讓人類探索的腳步永不停歇。將來，也一定可以看到新一代的太空梭，讓普通民眾像坐飛機一般進行太空旅行，甚至行星移民。