载人飞船和航天飞机有什么区别吗?各有什么优劣?

载人飞船和航天飞机有什么区别吗?各有什么优劣?

从广义上讲载人飞船和航天飞机本质上最大的差别是返回的方式。载人飞船返回地面都是弹道式(Ballistic entry)或者弹道-升力混合式(半弹道式再入Semi-Ballistic Entry )轨迹。航天飞机则是升力式(Lifting entry )再入大气层。

什么是弹道式再入?简单的说就像一颗炮弹一样在惯性和引力的影响下弧线下落,这种方式技术上很简单,缺点是过载大、落点控制很不精确,苦了回收搜救队,这种方式主要用于阿波罗时代前的早期载人飞船例如水星、双子星座之类的。

那什么是弹道-升力混合式再入?载人飞船的返回舱平坦的底部以合适的攻角再入大气层,能如同石子打水漂一样产生一定的升力,虽然升力不大,还是以弹道力学而不是气动升力为主但是可以借此或多或少控制再入轨迹,让落点更精确。同时减速过载相对小,阿波罗、联盟系列包括其山寨版神舟都是弹道-升力混合式。

而升力式再入,这个不用说了,都不难理解,航天飞机以及X37等用这种方式返回。滑翔式再入优点是过载低、可以精确的着陆在机场跑道,同时还能承受较大的着陆重量不受降落伞能力限制,也不会出现降落伞缠绕而坠毁(参见联盟1号船毁人亡事故)。还无需苦逼的在荒野或者盲目大洋上等搜救队的直升机。缺点是技术难度很高,对气动造型设计、热防护材料、飞行控制等要求比较高。

至于航天飞机优点,看你说的是广义的航天飞机(垂直起飞,滑翔返回水平降落)还是狭义的了(美国的STS——Space Transportation System太空运输系统)。如果你是指STS,那首先请先看下图美国航天飞机轨道器和联盟TM飞船的对比。

航天飞机无论是起飞还是太空飞行或者是返回,都比载人飞船舒服的多。看上图悬殊的个头差别就能感受到了。航天飞机轨道器虽然大部分容积是货舱,然而座舱还是比联盟飞船宽大多,每个人都有自己的床位,不用绑在狭小的减震椅上蜷缩凑合睡觉。下面是联盟和航天飞机内部环境进一步对比。

------------------------------------下面则是航天飞机座舱---------------------------------------

由此可见联盟飞船内部的环境简直反人类,简直比监狱还糟糕,航天飞机相比联盟飞船简直是7星级豪华酒店。航天飞机宽大的货舱还能安装额外的实验室、居住模块,下面就是航天飞机的太空实验室模块。可以让航天飞机充当一个临时小空间站。

至于发射其他航天器(拉7人上天的同时发射25-27的吨重型载荷,是重型运载火箭的级别了)、维修哈勃望远镜、建造国际空间站、携带重型物体(例如长时间暴露实验装置Long Duration Exposure Facility)返回地面等更是载人飞船想都不敢想的。

既然航天飞机那么强为什么美国让航天飞机退役?主要有二大原因——1经济上太贵了,航天发射一次大约要4.5亿美元左右,比一次性火箭还贵。这主要是因为技术上不成熟导致维护检修极其复杂、昂贵。以及挑战者号爆炸后航天飞机发射频率降低,不能薄利多销。自然让成本远比最初估计的贵多2.因为技术不成熟,系统过于复杂,于是风险大。挑战者号和哥伦比亚号事故都证明了这点。

那这是不是说航天飞机没出路?不是,现在依旧有广义上的航天飞机在役——美国空军的X-37就属于广义上的航天飞机,当然这是无人的而且个头小,同时起飞用的主引擎在运载火箭上,而不是自身上面。

内华达山脉公司研制的“追梦”飞船也是广义中的航天飞机

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