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太空运输系统

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中文名 ：太空运输系统 美国 ：中国 长度 ：27.237 m（轨道器）

太空运输系统（Space Transportation System,STS）是美国研发的一型航天飞机系统。该系统综合了运载火箭、载人飞船和飞机的特点，是全世界第一种大规模复用的航天器，可以将大质量、大体积的物体送进轨道或带回地面。一共执行135次任务，成功133次，失败2次，造成14名航天员死亡。

有些时候，人们将STS称为航天飞机。然而，这种说法是错误的。可以说STS的轨道器是一种航天飞机，而不能拿航天飞机指代轨道器，甚至全系统。STS也有一个英文别名叫Space Shuttle，可以翻译为“太空梭”“太空摆渡车”或者“太空穿梭机”。

总体设计

太空运输系统一共由3个主要部分组成，分别是轨道器（Orbital Vehicle，OV）、外挂贮箱（External Tank，ET）和固体助推器（Solid Rocket，SRB）。

轨道器和固体助推器（除了头锥和喷管尾裙）都是回收的，外挂贮箱因为再入时要经历高温，在当时不好做成可回收的，就设计成一次性的，在再入时会被高温破坏，能落回地面的碎片不多。

轨道器

轨道器是一架大型航天飞机，起飞全重110吨，长27.237米，高17.86米，翼展23.79米。初期建造了一架初样机（企业号），本来要改装，使技术状态与正样相同，并可以进行轨道飞行，但没有实现。后来一共建造了5架正样机，分别是哥伦比亚号、挑战者号、发现号、亚特兰蒂斯号、奋进号；都进行过轨道飞行，哥伦比亚号和挑战者号因为事故损毁。轨道器作为全系统唯一进入轨道的部分，近地轨道运力24.31吨，与长征五号B相当；下行运力与近地轨道运力相差不大。如果进行高轨发射，需要使用额外的固体上面级（例如PAM、IUS）。太空运输系统本来有使用半人马-G上面级的方案（详见泰坦4），但是后来取消。固体上面级制约了太空运输系统的高轨运力。

气动外形

轨道器是无尾三角翼构型的滑翔机。为了兼顾不同速度区间下的性能，机翼是双三角翼构型。机翼前缘内侧后掠角81度，外侧后掠角45度，每侧机翼后缘装有4片襟副翼。垂直尾翼前缘后掠角45度，装有左右两片大型方向舵。方向舵在着陆时可以打开，充当减速板。机体尾部下方还有一片襟翼，除了控制俯仰通道外，也在再入时保护轨道器的主发动机。

推进分系统

推进分系统分为姿态控制系统（RCS）、轨道机动系统（OMS）和主发动机（SSME）。分系统使用一系列推进器，都使用一甲基肼和四氧化二氮的推进剂组合、挤压循环工作方式，分为前后两组安装在轨道器上。

前方的推进器机组，安装在机鼻附近，一共有14个固定推进器和2个游动推进器，都属于RCS推进器。后方的推进器机组则装在机体后端，两侧上方的可拆卸舱室中。每个舱室各有12个固定推进器和2个游动推进器，以及一台OMS的AJ-10发动机。这个舱室可以整体拆下维修。

主发动机是三台RS-25氢氧发动机。三台发动机按照等边三角形布置在轨道器后端，以一定角度倾斜，以使得推力和矢量通过整个系统的质心。每个发动机都是通过液压伺服，双向摆动的，能够上下摆动10.5度，左右摆动8.5度，是发射段姿态和弹道控制的主力。为了实现发动机的摆动，每台发动机都装备了一套辅助动力系统。这套系统催化肼分解产生气体，以此推动液压泵。除了发动机摆动使用液压外，舱门开关、翼面活动都要用到液压系统。

液压系统、RCS和OMS的推进剂是轨道器自带的，而SSME的氢氧推进剂，由外挂贮箱提供。

加压座舱

轨道器的加压座舱一共可以分成三层。最上一层是驾驶舱，有两个飞行员座椅和两个任务专家座椅（最初设计有三个，后来改成两个）。操作界面采用玻璃驾驶舱的设计理念，能显示大量的数据，并且给予飞行员很大的操作权限。

中层则是人员的主要活动空间，作用类似于天和核心舱。中层座舱包含了厨房、卫生间、睡眠舱、气闸舱等部分。其中气闸舱允许三名航天员同时进行出舱活动。发射前航天员进入轨道器的舱门，也位于中层座舱。

下层座舱主要是环控生保系统的安装位置，一般航天员不进入。

电力分系统

全系统（不只是轨道器）一共使用两套供电体制，分别是28伏直流电和115伏，400赫兹三相电。从起飞前3分30秒开始，全系统供电由轨道器的三块氢氧燃料电池负责。燃料电池消耗货舱底部贮箱内的液氧和液氢，持续输出28伏直流电，持续功率21千瓦，峰值功率36千瓦，能持续15分钟，通过逆变器产生三相电。氢氧燃料贮箱可以根据任务周期调整，最多装五个。电池产生的水在经过处理后，可以给航天员饮用。轨道器有三条直流电力总线，分别由三块电池供电。

数管分系统

轨道器使用五台热备份的IBM IP-101计算机，使用太空运输系统专用的HAL/S编程语言。

结构分系统

轨道器承力结构大多使用铝合金制成，发动机附近则使用耐高温的钛合金。发现号、亚特兰蒂斯号和奋进号为了减重，部分铝合金结构换成了环氧树脂。窗户使用碳化硅玻璃和熔融石英玻璃，从内到外一共有三层，分别是承压玻璃、光学玻璃和防热玻璃。窗户上有一层涂层，使用的材料和美元的变色油墨相同。

防热结构使用多种材料：

碳-碳复合材料，用于机鼻、起落架舱门和附近区域、机翼前缘，温度大于1260℃的位置。

高温防热材料（HRSI），用LI-900硅陶瓷制成，用于机腹和机翼下表面，温度小于1260℃的位置。

纤维辐射防热材料（FRSI），用于替代部分HRSI。

弹性防热材料（FIB），用于温度小于649℃的位置。

低温防热材料（LRSI），用于机身和机翼上表面，后期大多被FIB替换。

加强一体式纤维防热材料（TUFI），性能介于HRSI和LRSI，在1996年投入使用。

复用隔热毛毡（FRSI），是一种白色的Nomex毛毡，用于货舱舱门、中后部机身侧面、部分的机翼上表面和推进器舱室外表面。

起落架分系统

轨道器有三个起落架，分别是一个前起落架和两个主起落架。因为轨道器是滑翔机，第一次着陆必须成功，所以为了提高起落架释放的可靠性，起落架使用三套冗余的液压系统，和一套应急的弹簧系统。又为了减重，起落架没有收起的机构。起落架必须靠手动释放，防止计算机意外释放起落架。

在着陆时，前轮可以用方向舵踏板控制。在制造奋进号时，NASA研制了一套新的前轮控制系统。这套系统后来被安装上其他的轨道器。

外部灯光系统

轨道器没有任何外部灯光系统，这一点遭到了一些人的批评。然而，轨道器只能在特定的军用机场着陆，机场附近也要在返回前清空空域，所以轨道器不会和其他飞机相撞，不需要防撞灯。机场也会在轨道器着陆时，用大量探照灯照亮跑道，轨道器就不需要着陆灯。

外挂贮箱

外挂贮箱高46.9米，直径8.4米，起飞质量760吨，由洛克希德·马丁公司制造，内部装有液氧和液氢，供轨道器主发动机使用。外挂贮箱从上到下分为液氧贮箱、箱间段（兼做仪器舱）和液氢贮箱，横向与固体助推器和轨道器对接，在箱间段有一个轨道器捆绑点和两个助推器捆绑点，在液氢贮箱下部有两个轨道器捆绑点和两个助推器捆绑点。在下捆绑点附近有管路向轨道器输送推进剂，并有电路从轨道器通过外挂贮箱，连接固体助推器。整个贮箱主要由铝合金制造，主要使用的是2195和2090铝锂合金。

贮箱分为三种型号，分别是标准（SWT，干重35吨，STS-1~5，STS-7）、轻型（LWT，干重30吨，STS-6，STS-8~107）和超轻型（SLWT，干重26.5吨，STS-108~135）。在STS-1和STS-2任务中使用的贮箱有刷白漆，以防止紫外线对保温泡沫的损坏。但后来发现不需要防护，白漆也没有防护作用，于是后来的贮箱都不刷白漆，变成保温泡沫的橙色，质量也因此少了272千克。以下的介绍按照SLWT的数据。