太空梭是不是運載火箭？多帶2000噸燃料，太空梭還有一大優勢

太空梭的兩個固體火箭助推器能夠產生2540噸的推力，再加上三個太空梭主發動機的544噸推力，在太空梭發射時總共產生3084噸的推力，所以當固體火箭助推器點火之後，重量為2041噸的太空梭就會立馬發射到空中。

出品：太空伊卡洛斯

人類對於太空項目總是充滿了好奇，但對其中的細節卻並不是很清楚。或許他們會知道火箭的一些工作原理，但並不是全部。這篇文章會對火箭進行詳細介紹，重點會在推進器身上。「火箭」在不同語境中會有不一樣的意思：在日常生活中，人類可以使用小火箭將煙花發射到天空中；人類駕駛的小型火箭彈；還有可以將衛星、載人飛船等有效載荷發射到太空的巨型火箭。雖然大小不同，但是它們都可以進行有效載荷，並且都具有單級或多級。火箭各級裡放置的是能夠提供燃料和氧氣的推進劑，在火箭發射時，它們能對火箭產生巨大的推力。但在不同的火箭之中，所使用的燃料、氧化劑又有很大的不同，其點燃方式和使用的發動機也不一樣。

氧化劑是什麼呢？氧氣是一種助燃氣體，但是因為太空中沒有氧氣的存在，所以火箭需要攜帶氧化劑來幫助燃料燃燒。至於發動機，火箭通常會配備不同的發動機。在太空梭中，一共有四種不同的發動機以及三種燃料/氧化劑組合。

太空梭起飛推力超過3000噸

太空梭主要指美國的太空梭，蘇聯的暴風雪號沒有服役，不計入，從這個角度看，太空梭是人類史上第一種大型往返載具，可重複使用。在太空梭起飛上升過程中，尤其是在發射和升入軌道階段，太空人的體驗感都是極差的。體驗感極差的原因在於他們處於受控燃料釋放的上方，在主引擎點亮後的短短9分鐘時間內，燃料和氧化劑就會產生強大的能量，使太空梭進入軌道的同時失去了94%的質量。

在任務控制中的最後幾秒，必須要確保所有系統都是處於正常狀態的，否則自動程序就會強制停止發射任務，在之前的歷史中，有出現過幾次問題，但幸好有自動程序的存在，它在固體火箭助推器（SRB）點火之前強制關閉了太空梭主發動機（SSME），這才沒有造成很大損失。燃料和氧化劑從發動機噴嘴釋放時，點火器會產生很多火花，可以在網上找到相關視頻。

由於固體火箭助推器一旦點火就不能終止，所以必須要確保主發動機處於正常狀態，才能夠進行點火。接下來，就是太空梭的分離階段，要注意的是：在固體火箭助推器點火和太空梭分離的過程中，即使出現了危急情況，機組人員也無法逃離機艙。太空梭主發動機採用的燃料，基本都是可清潔的氫氣加氧氣的組合，不會產生任何汙染；而那些低效率威力大的固體火箭則會產生一堆的廢氣汙染。

推進劑是火箭的必須攜帶品，再加上太空梭需要攜帶軌道飛行器、固體火箭助推器（2個）、燃料和氧化劑罐等物體，所以在發射時的總重量可達2041噸。而軌道飛行器中有效載荷、機組人員等重量也只有136噸，也就是說最終進入軌道的重量只有5%。（這也就是SpaceX研發助推器可重複使用的原因）

太空梭的兩個固體火箭助推器能夠產生2540噸的推力，再加上三個太空梭主發動機的544噸推力，在太空梭發射時總共產生3084噸的推力，所以當固體火箭助推器點火之後，重量為2041噸的太空梭就會立馬發射到空中。

當固體火箭助推器燃盡後就會離開軌道飛行器和外部燃料箱，而這時太空人就不會有那麼極差的體驗感了，但這還不是結束。太空梭主發動機仍在產生推力，而軌道飛行器和外部燃料箱的重量也並不重，所以太空梭一直處於加速中，達到3g。在達到這個速度時，制導計算機就會對它的速度進行控制，因為這個速度會損壞太空梭的儀器和有效載荷。而SSME在8.5分鐘後會被關閉，也就是主機關停（MECO）。

同樣的，主機截止也不是結束。為了讓軌道飛行器到達目標軌道上，太空梭和外部燃料箱需要分開，然後使用另一種推進系統（軌道操縱系統），將軌道飛行器送到目標軌道上。軌道飛行器的尾部是三個太空梭主發動機的所在位置，主發動機的上方是軌道操縱系統，周邊還有兩個小型火箭發動機。軌道操縱系統可以使太空梭處於平穩的軌道上，以及較穩定的速度。

太空梭主發動機使用的燃料是低溫液態氧和氫；固體助推器則是將固體混合高氯酸銨作為氧化劑，霧化鋁粉作為燃料；而軌道操縱系統使用的是一甲基肼和四氧化二氮的組合，這個組合可以靠地著火。以上就是太空項目中最常使用的推進劑。在太空梭中，還有第四種推進系統，那就是使用一甲基肼和四氧化二氮的反應控制系統推進器。它可以保證太空梭的正確飛行方向、提供備份等功能。

太空梭和常規火箭看起來十分相似，但它們卻有很大的不同。常規火箭可以將有效載荷送到太空，太空梭也可以，太空梭的軌道飛行器就等同於火箭的有效載荷。它的重量為136噸，但是最終進入軌道的有效載荷還會小於這個數值。太空梭具有很多功能，但是它的運輸功能遠低於火箭，這也就是在建立國際空間站時，它需要進行40次飛行任務，才能完成所需物品的運輸。不過太空梭遭遇兩次凌空爆炸斷送飛行生涯，第一次是挑戰者號，第二次是哥倫比亞號，由於兩次爆炸，導致14名太空人死亡，直接斷送了太空梭的前景。

太空梭還有一大優勢

巨型火箭通常擁有多級，包括機械，發動機和燃料箱等下級可以使火箭加速上升，而火箭的上級則可以幫助有效載荷進入軌道。目前有很多工程師嘗試讓軌道飛行器成為單級軌道飛行器，但目前的常規化學推進系統並不允許它成為單級軌道飛行器。

但在佩刀火箭發動機出現後，單級軌道飛行器從不可能轉變為有可能。它是可以將大氣氧氣轉化為燃料的呼吸發動機，這個模式一改以往的常見燃料氧化劑組合。並且在太空梭達到高超音速後，它又像常規火箭發動機一樣，可以使用氧化劑作為燃料。

不同之處：如果是較重的有效載荷，常規火箭會在火箭助推器上使用綁帶，在燃盡之後，助推器就會離開火箭。火箭第一級也是如此，然後火箭上級就會點火啟動。而太空梭的有效載荷（軌道飛行器），是位於外部燃料箱的側面，在固體火箭助推器離開之後，軌道飛行器會和外部燃料箱一起進入軌道。如果是執行高軌道和星際任務，它們還會啟動第三推進階段。

相似之處：火箭也有保證正確方向的反應控制系統推進器，在火箭助推器離開火箭的時候，使用的是爆炸性分離系統。火箭和太空梭都需要計算機航空電子、制導、導航等系統；它們都需要能夠提供實時消息的通信系統；還有在它們偏離路線後，可以炸毀它們的射程安全系統；可以控制它們的推力矢量控制；最後，它們都使用電力系統和電池的結合。

火箭的革命：目前，很多火箭公司甚至太空機構，都在致力於研發出成本更低的火箭，在低成本的火箭研發成功之後，像Atlas和Delta這種昂貴的火箭的市場將會被替代。據報導，目前美國宇航局也正在研發新的大火箭，但新型大火箭使用的似乎還是太空發射系統，這也就意味著該火箭的成本並不低。未來的火箭市場——讓我們一起拭目以待。