现实的复杂性干扰了人类探索科学的心智,使人们不得不为别的利益而考虑,“阿波罗”计划的提出不适宜当时的航天发展阶段,背离了探索宇宙的正确道路,没有后续计划,因此最终只能成为历史,没有为人类的航天事业做出贡献,这就是我们从“阿波罗”计划上总结出来的经验和教训。
回首航天飞机
在“阿波罗”计划之后,又一个在冷战时代中提出的计划诞生,这就是航天飞机计划。1972年1月,航天飞机计划由时任美国总统尼克松批准实施,他与早先的肯尼迪以及后来的克林顿、乔治 沃克 布什和奥巴马一样,都是对美国乃至世界航天产生深远影响的人物,而且都是美国总统。
航天飞机被看成是近地轨道载人航天技术的延续和发展,它如果在登月计划之前实施应该更加合理,但是航天飞机计划和“阿波罗”计划在技术上没有真正的继承性联系,它们的活动范围完全不在一个空域,一个是近地轨道,一个是月球。只是当时美国空军出于一些太空任务的需要,比如能够更快速、更便捷地发射军事卫星,对他国领土进行侦察等。NASA也希望能够开发出一种像飞机一样可重复使用的航天器,而不是火箭那种仅能使用一次,所以这种设想就突如其来地产生了。
航天飞机计划开始于1972年1月,由美国总统尼克松批准实行,那个时候“阿波罗”计划还没有结束,也正因为航天飞机计划的提出,才有更多的人才、资金投向了航天飞机,使1972年年底“阿波罗”17号任务结束后,“阿波罗”计划终于被航天飞机这个新的计划取代,从此便告别了历史舞台。
美国研制航天飞机也曾一度达到“阿波罗”时期的狂热程度,他们设想航天飞机在理论上有无与伦比的优越性,它就像飞机一样方便使用和维护、安全运行,而且可以重复使用,减少了火箭每次发射都要重新制造、调试的总成本。航天飞机发射准备时间只有两周左右,可以实现发射的快速化、规模化。
但是航天飞机结构十分复杂,它由3500多个分系统及250万个零部件组成。在航天飞机表面需要安装3万多块防热瓦,这种材质极脆的瓦片却能在航天飞机返回地面时,经受住机体与大气层摩擦产生的1600℃的高温。
航天飞机运载系统由轨道器、外挂燃料箱和两枚固体火箭助推器组成,航天飞机发射时,由轨道器上的3台主发动机和两台固体火箭助推器共同推进,其中每台主发动机的真空推力为213吨力级。航天飞机轨道器拥有长18.3米的货舱,内部空间容积为300米 3,可装载30吨的货物,同时可搭载7名宇航员。外挂燃料贮箱直径8.4米,高46.9米,总质量为743吨。固体火箭助推器直径3.7米,单台推力约为1200吨力。
美国一共制造了6架航天飞机,其中第一架航天飞机“企业”号是测试使用,从未发射升空,其余的5架航天飞机为“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“阿特兰蒂斯”号和“奋进”号。这5架航天飞机在30年的工作生涯中一共执行了135次飞行任务。
“哥伦比亚”号和“挑战者”号航天飞机因技术原因在发射和返回的过程中发生机毁人亡的事故,使14名宇航员失去了宝贵的生命,加之“阿波罗”1号事故牺牲的3名宇航员,在美国历史上共有17位宇航员为人类的航天事业而献身,这些惨痛的教训说明,当初的美好设想与残酷的现实对比,不得不让人对此产生质疑。
1965~1972年美国一直在专注地研究登月技术,近地轨道领域技术一直没有得到太大发展,而这次要将航天器从一次性使用跨越到可在大气层中反复穿梭,NASA在实践经验中才感觉到,要实现这一突破实在是要付出太多的代价。由于当时宇宙飞船和运载火箭技术尚不成熟,更不用说研制可重复使用的载人航天器。
美国对航天飞机的要求是能够将7名宇航员和30吨左右的有效载荷送入太空。庞大的载重量使得航天飞机轨道器的体积和重量比宇宙飞船大得多,而载人和货运的联合运输方式,给航天飞机的安全性设计提出了更高的要求,使它的结构变得相当复杂。由于是可重复使用的航天器,涉及到日常维护的问题,频繁使用出现的故障需要进行维修。
据统计,到2007年NASA维护航天飞机的经费占到了总经费的1/3,因而耗费了大量的时间、人力、物力和财力,去做这些发射运载火箭不需要做的事情。航天飞机每次发射的成本大概是4亿~5亿美元,这还不算由于天气恶劣或技术故障等原因推迟发射造成的额外附加成本。“哥伦比亚”号解体后,发射航天飞机的约束条件更为复杂、繁多。
NASA当初设想,航天飞机每年发射10次,平均每架航天飞机飞行约100次,而事实上现在美国5架航天飞机飞行总次数一共才135次,每年发射次数不超过6次,也就是说一架航天飞机每年只能飞行1~2次左右。
这充分说明,载人航天技术在近地轨道没有得到充分发展的情况下,开发可重复性太空运载器是不合时宜的,载人航天技术在没有达到足够成熟的程度时,还处于探索宇宙的阶段。而航天飞机这种被认为是开发宇宙时代的产物在当时显得无太大用武之地。当时人们还没有搞懂航天飞机所应真正符合的时代是什么。所以从航天飞机问世后20年来,并没有为“空间开发”做出明显的贡献,它只是向太空投放了一些运载火箭无法运送的大质量航天器。比如“哈勃”太空望远镜、“康普顿”伽马射线望远镜、“麦哲伦”金星探测器和“伽利略”木星探测器等,此外还有一些大型的军用卫星。
当时的太空的确很寂寞,在“和平”号出现之前人类还不能在太空找到一个长期稳定的工作场所,航天飞机发射入轨后显得很孤独,除了运送一些大部件外就无事可做。直到1998年国际空间站开始建造时,航天飞机的作用才真正显现出来,但在当初研制航天飞机的年代, NASA无论如何也没料到在20年后会出现国际空间站计划,早知如此或许会多造出几架航天飞机,可以让国际空间站的规模和功能比现在更加强大,至少可以在“哥伦比亚”号解体后,国际空间站建造计划不会受太大影响。
在国际空间站最终建成后,好像人类所设想的太空开发时代似乎真的来临了,可是就在这个时候,航天飞机这个被称为“开发太空”的时代产物却要全部退役。
航天飞机所体现的是可重复使用技术、载人和货运技术的融合,它表面上符合事物升级进化的规律,即任何事物在发展过程中,都不断地使其自身得到完善,从而具备更多的功能。但是功能的增加和结构的复杂是在原有技术成熟基础之上才可以实现的,只有遵循客观的演变规律,事物才可以得到稳定、合理的发展并达到成熟。
航天飞机服役时,可重复使用技术仅是作为一种概念刚刚问世,根本谈不到成熟,载人和货运能力也不可能从传统宇宙飞船可载2~3名宇航员和几吨的物资直接跨越到7名和30吨重的有效载荷。而将三者结合,又是一次更大的跨越,殊不知瞬息间人为完成的骤变,是要在客观规律下需几十年才可日趋完善,这种揠苗助长的行为当时却没有引起人们的注意。即使在航天飞机退役后,这三项技术也没有成熟到当初所设想的程度。
在一项技术退出历史舞台前,应将自己曾经的存在形式传承给下一代问世的技术。或者说新的技术形成是在原有的技术形式基础之上,新增了附加功能而存在的。新技术由此来获得适应时代发展的需求,也等同于原有技术适应了时代发展需求而不断获得改进与升华,如果现有技术无法将本身传承下去并得到进化,而是单纯地退出历史,那么只有这项技术原本就不适应或者暂时不能符合我们人类文明前进方向的需要。
航天飞机退役后,人们又重新开始研制20世纪60年舱体式宇宙飞船模式,这种飞船无论如何也不能实现航天飞机那样即可重复使用,又拥有载人、货运兼备的功能,这不仅说明航天飞机的技术不成熟,也明示了航天飞机从诞生之日起就已不符合时代发展的要求。
要想实现早期载人航天技术在近地轨道上的持续发展,人类就必须要开发两种航天器,一种叫做“太空交通工具”,一种叫做“太空活动平台”。太空交通工具是往返于地面和近地轨道之间的用于运送人员和物资的航天器,舱体式宇宙飞船就属于太空交通工具的一种;而太空活动平台则是无需往返于天地之间,在近地轨道可长期运行的航天器,比如“天宫”1号目标飞行器、“和平”号空间站和国际空间站等都属于太空活动平台的范畴,只是规模和功能的不同。太空活动平台长年驻守在太空,可用于空间实验和宇宙资源开发和利用。所需人员、物资供给等后勤保障工作则由太空交通工具——宇宙飞船来完成。本来两者应各尽其责,并行不悖,但是如果人为性地将两个不同的概念融为一体,那么各自的作用都不能得到充分的发挥,彼此结构和功能的不同,也给对方造成设计上的复杂性。
航天飞机就是将“太空交通工具”和“太空活动平台”融合的典型产物,它的载人和货运能力超强,还可利用有效载荷舱和太空机械臂,在轨进行一些空间实验,让一种航天器同时具备两种航天器不同的功能,实在是勉强,每次发射航天飞机等同于把一艘飞船和一座空间站同时发射升空,其中又包括7名宇航员和30吨的物资,而这些有效载荷最后还要全部返回,并且下次还要重复使用。
技术上难以实现已是再明显不过,问题的关键是当时人们还没有分清太空交通工具和太空活动平台的区别和各自不同的用途,将两者混淆,才导致航天飞机从诞生之日起就不能被时代所接受。因为那个时代,我们只需要独立太空交通工具的和太空活动平台,才能更好地开发和利用太空。所以航天飞机的情况从根源上说不是技术的问题,而是思想的问题。
从“阿波罗”登月计划起,美国就没有遵循客观规律所体现的正确发展步骤,航天飞机计划的实施,又使人类错过修正方向的机会。后来NASA又研制了更先进的X-33,这是一种把运载火箭技术同航天飞机进一步结合而形成具备单级入轨的航天器。不过X-33已经在研制试验的过程由于遇到不可突破的技术壁垒而夭折。事实再次证明了不遵循客观发展顺序,所有努力均无法实现。
国际空间站的宿命
“阿波罗”计划和航天飞机计划的实施均为期过早,“阿波罗”计划更不应该在航天飞机之前出现。
但是人类直到开始建造国际空间站时,还没有意识到这些问题。当时人类曾认为国际空间站是人类在太空开展的史无前例的合作,它是代表人类航天事业发展的新曙光,所以1998年俄罗斯发射的国际空间站功能动力舱被命名为“曙光”号,这充分体现了当时人们对未来的美好向往。美国的航天飞机也利用这个庞大的工程实现了发挥其余热的最好机会,因为有了航天飞机自身的优越条件,国际空间站的大部分构件,都无需具备动力装置而使设计变得简单,当然单凭自身也就无法完成对接,也增加了对航天飞机的依赖性。