前言：在其近 30 年的历史中，航天飞机计划经历了激动人心的高潮和毁灭性的低谷。该舰队已成功搭载宇航员执行数十项任务，取得了不可估量的科学成果。但这一成功也付出了沉重的代价。1986 年，挑战者号在发射时爆炸。2003 年，哥伦比亚号在重新进入德克萨斯上空时解体。
自哥伦比亚号事故以来，航天飞机一直停飞，等待重新设计以提高其安全性。2005 年的发现号航天飞机本应开始恢复飞行，但一大块绝缘泡沫从外部油箱中脱落，使科学家得以解开谜团，该计划再次停飞，直到 2006 年 7 月发现号和“亚特兰蒂斯号”一个成功的使命。
航天飞机的结构
航天飞机的主要部件：
固体火箭助推器（SRB）：在航天飞机发射中起着至关重要的作用；
外置油箱（ET）：携带发射燃料；
轨道器：携带宇航员和有效载荷。
航天飞机发射使用了以下组件：
两个固体火箭助推器（SRB）；
主机;
外置油箱（ET）；
轨道机动系统（OMS）；
固体火箭助推器
SRB 是一种固体火箭，能够提供将航天飞机推离发射台所需的大部分主力或推力（71%）。此外，SRB 支持航天飞机轨道器和发射台燃料箱的全部重量。
每个SRB由以下部分组成：固体火箭发动机、外壳、推进剂、点火器、喷管。
固体推进剂燃料 - 雾化铝 (16%) 氧化剂 - 高氯酸铵 (70%) 催化剂 - 氧化铁粉末 (0.2%) 粘合剂 - 聚丁二烯丙烯酸 - 丙烯腈 (12%) 固化剂 - 环氧树脂 (2 %）。
因为 SRB 是固体火箭发动机，一旦发射就无法关闭。因此，它们是发射时最后发射的组件。
主机
轨道器在尾部（后部）机身（航天器主体）中具有三个主发动机。每台发动机长 14 英尺（4.3 米）和 7.5 英尺（2 米）。它最宽处（喷嘴）的直径为 3 米，重约 6,700 磅（3,039 公斤）。主发动机提供剩余的推力（29%）当我们离开地球:美国国家航空航天局的太空行动，使航天飞机离开发射台并进入轨道。
发动机以 6:1 的比例燃烧储存在外部燃料箱 (ET) 中的液氢和液氧。它们以令人难以置信的速度从外星人身上吸取液态氢和氧，相当于每 10 秒清空一个家庭的游泳池！
外部油箱 (ET)
主发动机的燃料储存在 ET 中，ET 长 48 米，直径8.4 米。空载时，ET 重 35,455 公斤。可携带71.9万公斤推进剂，总容积约200万升。
ET由铝和铝复合材料制成。它内部有两个独立的油箱，前油箱用于氧气，后油箱用于氢气，油箱之间有一个区域。每个水箱都有挡板，以抑制内部流体的运动。液体从每个燃料箱通过直径为 43 厘米的管道，通过脐带管流入航天飞机的主发动机。通过这些管道，氧气的最大流量为66,600升/分钟，氢气的最大流量为179,000升/分钟。
ET 覆盖有 2.5 厘米厚的喷涂层，聚异氰脲酸酯泡沫绝缘材料。热障使燃料保持凉爽，保护燃料免受飞行期间在 ET 表面积聚的热量的影响，并最大限度地减少结冰。当哥伦比亚号在 2003 年发射时，绝缘泡沫碎片从 ET 上脱落，损坏了轨道器的左翼，最终导致哥伦比亚号在重返大气层时解体。
轨道机动系统和发射
两个轨道机动系统（OMS）发动机位于轨道飞行器尾部的吊舱中，尾部两侧各有一个。这些引擎将航天飞机送入其最终轨道，将航天飞机的位置从一个轨道改变到另一个轨道，并减慢航天飞机进入大气层的速度。
OMS发动机燃烧单甲基肼燃料（CH3NHNH2)和一氧化二氮氧化剂（N2O4)）。有趣的是，当这两种物质接触时，它们会自动点火和燃烧（即不需要火花）。燃料和氧化剂被保存在单独的容器中，每个容器都用氦气加压。氦气推动液体通过燃料管线（即不需要机械泵）。
一旦轨道器进入太空，航天飞机轨道器将成为您 7 到 14 天的家。根据任务目标，轨道器可以定向，使货舱门面向地球或远离地球；事实上，方向可以在整个任务期间改变。指挥官做的第一件事就是打开货舱门给轨道器降温。
航天飞机任务要做的工作
航天飞机的主要任务：
进入轨道后，航天飞机从发射台升空到运行轨道；
轨道，进行太空生活；
返回;
降落
航天飞机任务通常持续 7 到 8 天，但根据任务目标可以延长至 14 天。
将 450 万磅（205 万公斤）的航天飞机从发射台送入距离地球 185 至 643 公里的轨道。
航天飞机旨在部署和回收卫星并将有效载荷运送到地球轨道。为此，航天飞机使用远程控制系统 (RMS)。RMS 建于加拿大，是一种带有肘部和腕关节的长臂。您可以从后驾驶舱控制 RMS。RMS 可以从货舱抓取有效载荷（卫星）并进行部署，或者抓取有效载荷并将其放置在货舱中。
过去，航天飞机用于发射卫星和进行太空实验。在中间甲板上，有在每个任务期间发生的实验架。当需要更多空间时，任务会使用欧洲航天局 (ESA) 建造的 Skylab 模块。它可以装进货舱，可以从船员舱的中间甲板通过隧道进入。它提供了一个“一体化”的工作环境。2003 年，Skylab 与哥伦比亚一起消失了，大多数实验现在将在国际空间站上进行。
航天飞机的主要任务是建造和补给国际空间站。航天飞机运输在地球上建造的零件。宇航员使用 RMS 从货舱中移除组件，并帮助将它们连接到空间站的现有模块上。
操纵轨道飞行器重新进入大气层
这些材料旨在吸收大量热量而不会大幅提高温度。换句话说，它们具有高热容量。在再入期间，后方向舵喷射器有助于将轨道器保持在 40 度的姿态。轨道器周围大气中的热电离气体阻止了与地面的无线电通信（即电离断电）约 12 分钟。
当轨道器成功重新进入大气层时，它会遇到大气层的主要空气，并能够像飞机一样飞行。轨道飞行器是由一个带有后掠“三角”翼的凸起体设计的。通过这种设计，轨道飞行器可以产生具有较小机翼面积的升力。此时，飞行计算机飞向轨道器。当它开始最后接近跑道时，它会进行一系列 S 形坡度转弯以减慢下降速度。
当轨道器在着陆点上方约 225 公里处时，指挥官收到了来自跑道的无线电信标（战术空中导航系统）。在离地 40 公里处，航天飞机的着陆计算机将控制权交给了指挥官。指挥官绕着一个假想的圆柱体（直径 5500 米）驾驶航天飞机，使航天飞机与跑道对齐并降低高度。在最后着陆期间，机长将下降角增加到负 20 度（几乎是商业下降角的 7 倍）客机）。
航天飞机着陆的飞行路线
当轨道器离地 610 米时，指挥官拉动机头以减缓下降速度。飞行员展开起落架，飞机降落。指挥官制动了轨道飞行器，垂直稳定器上的减速板打开了。降落伞从后面打开以帮助停止轨道飞行器。降落伞和尾速制动器增加了轨道飞行器的阻力。轨道飞行器在距离跑道的一半到四分之三的地方停了下来。
着陆后，机组人员通过大约 20 分钟的关闭程序关闭了飞船。在此期间，轨道器正在冷却，吹走在重返大气层时产生的有毒气体。一旦轨道飞行器的电源关闭，宇航员就会离开飞行器。地勤人员已开始在现场对轨道飞行器进行维修。
航天飞机技术不断更新。
如前所述，从外星人坠落的碎片（泡沫绝缘材料）损坏了航天飞机轨道器，导致哥伦比亚号在重返大气层时解体。为了让航天飞机重新投入飞行，美国宇航局专注于三件事：
重新设计ET以防止对穿梭的绝缘损坏；
改进了对轨道飞行器（航天飞机）的检查，以检测损坏情况；
找到一种方法来修复在轨轨道器可能造成的损坏，为受损航天飞机的机组人员制定应急计划，并将他们留在国际空间站直到获救。
冷液化气体用作燃料（氧气、氢气），由于温度非常低，大气中的水在 ET 表面和通向轨道器的燃料管线上冷凝和冻结。冰可能会从 ET 上脱落或导致 ET 泡沫绝缘材料破裂和脱落。除了冰之外，如果任何液态气体泄漏并进入泡沫下方，它会膨胀并导致泡沫绝缘破裂。ET 的大部分重新设计都集中在消除可能发生冷凝的地方。
为了检测坠落的碎片和可能对航天飞机造成的损坏，NASA 还采取了以下措施：
发射台上和周围安装了 107 台摄像机（红外、高速数字视频、高清电视、35 毫米、16 毫米），以捕捉航天飞机起飞时的镜头。
摄像机已安装在发射台 40 英里范围内的 10 个地点，以拍摄航天飞机的升空过程。在云层较厚的日子里，地面摄像机将被挡住，两架 WB-57 飞机将从高空拍摄航天飞机的上升过程。
三个雷达跟踪设施（一个带有 C 波段，两个带有多普勒雷达）将监测航天飞机的碎片。
ET 上安装了新的数码相机，用于监测轨道器的底部当我们离开地球:美国国家航空航天局的太空行动，并通过安装在 ET 上的天线将数据传输到地面。
SRB前面安装了摄像头来监控外星人。
航天飞机机组人员配备了新的手持数码相机，用于拍摄分离后的外星人。这些图像将被下载到轨道器上的笔记本电脑上，然后传输到地面。
宇航员将使用数字太空行走相机在轨道上检查轨道器。
加拿大建造了一个 50 英尺的延伸部分，称为远程机动系统/轨道器助推器传感器系统 (RMS/OBSS)，可以连接到机械臂上。这个扩展将允许 RMS 到达轨道器的底部。安装在扩展部分上的摄像头将拍摄底部的损坏情况。
最后，工程师和技术人员在轨道飞行器机翼的前缘安装了 66 个微型加速度计和 22 个温度传感器。这些设备将检测任何碎片撞击轨道飞行器机翼的影响。
成像和机翼传感器的全部目的是检测坠落碎片可能造成的损坏。工程师和管理员可以分析这些图像，并在任务期间向机组人员提出建议。
NASA 开始对航天飞机进行设计、成本和工程研究，许多航空公司都在探索这些概念。1972 年，尼克松总统宣布 NASA 将开发一种可重复使用的航天飞机或太空运输系统 (STS)。
美国宇航局决定航天飞机将由一个连接到固体火箭助推器和一个外部燃料箱的轨道器组成，并将主要合同授予罗克韦尔国际。
当时，航天器使用烧蚀绝热材料，当航天器重新进入地球大气层时会燃烧。但是，为了可重用，必须使用不同的策略。航天飞机的设计者提出了用许多隔热瓦覆盖航天飞机的想法，这样可以在重新进入过程中吸收热量而不会伤害宇航员。
经过多年的建造和测试（即轨道飞行器、主发动机、外部燃料箱、固体火箭助推器），航天飞机已准备好飞行。美国建造了四架航天飞机（哥伦比亚号、发现号、亚特兰蒂斯号和挑战者号）。第一次飞行是在 1981 年，哥伦比亚号航天飞机由宇航员约翰·杨和罗伯特·克里彭驾驶。哥伦比亚号表现良好，其他航天飞机很快就成功进行了几次飞行。
跟进
2003 年，哥伦比亚号航天飞机在重新进入地球大气层时在美国上空解体。事故发生后，美国宇航局暂停了航天飞机计划，并努力做出改变以使航天飞机恢复飞行。
2006 年，发现号航天飞机在外部燃料箱上失去了泡沫，该项目再次搁浅，因为科学家们正在努力解决这个问题。Discovery 在 2006 年推出了两次，一次在 7 月，一次在 12 月。据美国国家航空航天局称，2006 年 7 月的发射是历史上拍摄次数最多的航天飞机任务。由于天气、燃料电池问题和传感器读数错误导致延迟，亚特兰蒂斯于 2006 年 9 月推出。
虽然航天飞机是一项巨大的技术进步，但它们可以携带多少有效载荷进入轨道是有限度的。航天飞机不是像土星五号或三角洲火箭那样的重型运载工具。航天飞机不能进入高空轨道或逃离地球引力场到达月球或火星。
2011年7月21日，美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机于美国东部时间21日凌晨5时57分安全降落在佛罗里达州肯尼迪航天中心，结束其“谢幕”，暗示美国30一年的航天飞机时代已经结束。
