科學科普視頻集合 航天飛機)是如何工作的？

這是航天飛機,它起飛時向火箭發射升空,降落時向飛機再跑道着陸。 在這段視頻中,我們將近距離觀察航天飛機的內部結構,包括機組人員艙,貨物艙,直至最後部的發動機。 航天飛機由NASA使用了30年,執行了135次任務,2011年進行了最後一次飛行。 航天飛機有軌道飛行器,橙色外部燃料箱,和兩個白色固體火箭柱推器,簡稱SRBs。 外部燃料箱是三臺主發動機的大型燃料容器,兩個固體火箭柱推器各自攜帶燃料,是可部分重複使用的系統。 軌道飛行器和兩個固體火箭柱推器可重複使用,但外部燃料箱不可,每次需新制造。 請記住,雖然從技術上講這只是航天飛機的一部分,但很多人都會稱之爲航天飛機。 因此,軌道飛行器或航天飛機這些術語有時是可以互換的。 讓我展示一次典型任務。 航天飛機從佛羅里達州的肯尼迪航天中心升空,兩個固體柱推器在最初兩分鐘內完成了大部分工作。 在那時,它們被分離墜回地球,將被回收用於未來任務。 三臺主發動機將在接下來的六分半鐘獨立運行。 之後,橙色的燃料箱分離墜向地球,在大氣層燒燬。 三個主要發動機現在是累贅,不會在任務的剩餘部分中使用。 最後一次推進進入軌道是由兩個較小的OMS發動機完成的。 現在,航天飛機每90分鐘繞地球飛行一圈,這相當於每小時28,000公里的速度。 一旦進入太空,貨艙門打開,繞地球軌道飛行時,航天飛機被向前進,以保護宇航員免受太空碎片威脅。 很多任務在320公里高度進行,但有些任務達到550公里。 這個區域稱爲近地軌道,所有航天飛機任務都在此完成。 任務結束時,軌道機動系統發動機點火減速飛船,使其返回大氣層。 這過程會變得相當熾熱,稱爲載入。 當我們接近地面時,軌道飛行器滑翔降落跑道。 起落架一放下軌道飛行器就像飛機一樣降落。 這個紅色降落傘有助於在跑道上減速。 別忘了,軌道飛行器是可以重複使用的。 在航天飛機發射前,飛行器只能設計成一次性使用,每次任務都得重新制造新的。 有了航天飛機,軌道飛行器可用於多次任務。 他們共造了五艘太空旅行用的航天飛機,哥倫比亞號,挑戰者號,發現號,亞特蘭蒂斯號和奮進號。 此外,還有一艘名爲企業號的飛船,是第一艘製造出來的軌道飛行器,僅在地球上進行測試,從未飛入太空。 挑戰者號和哥倫比亞號在事故中被摧毀,但其他四艘軌道飛行器現在在美國博物館展出。 我們仔細看看這艘軌道飛行器,有人說這是有史以來最複雜的飛行器。 大多數任務中搭載七名宇航員,在太空停留一到兩週,長37米,寬24米。 與之相比,這是登月的阿波羅飛船,這就是波音747客機。 我們來看看軌道飛行器的主要部分,然後我會展示更多內部情況。 機身的中央主體部分稱爲機身,可分爲三部分,前、中和後機身。 機身後部中央有一個垂直尾翼,後面有三臺發動機,分別是航天飛機的主發動機和兩個OMS火箭發動機。 軌道機動系統,機身中段兩側各有一對機翼,中央部分是貨艙,有時也稱爲貨物艙,用於太空大型物品運輸。 前機身有機鼻椎和前部反作用控制系統模塊,小孔式推進器,用於調整航天飛機在太空中的方向。 而最重要的是,機組人員艙,宇航員們在那裏度過大部分時間。 底部是熱保護系統,即熱脹,有超過27,000塊硅磁磚保護航天飛機免受載入大氣時的高溫。 底部有三個艙門,裏面裝着着陸裝置,航天飛機接近跑道時,這些艙門會打開。 好的,我們已經看過了這艘航天飛機的外部,現在讓我們看看內部,從機組人員艙開始。 這裏有三個層級,飛行甲板,中甲板和設備艙。 飛行甲板上有操控飛船的控制裝置,指揮官坐在左邊,飛行員坐在右邊,後面有兩個座位,但他們在太空中的大部分時間將被收起來。 飛行甲板後部還有更多控制面板,這兩個窗戶正對着貨艙,上面還有兩扇窗戶,還有六扇在前面。 飛行甲板地板上有個洞通往中甲板,有梯子,但在太空中可直接漂浮穿過。 中甲板是宇航員吃飯、睡覺和工作的地方,這裏有存放設備和個人物品的儲物櫃,還有睡眠艙,可容納三名宇航員,更多宇航員會睡在這邊附在牆上的睡袋裏。 太空沒有重力,睡覺方式與地球不同。這是廚房,用來準備食物。別忘了太空中的衛生間,廢物收集系統。 這是宇航員穿上太空服的氣閘室,然後他們就可以出去,進入貨艙。 這排櫃子後面是航電艙,存放着操控航天飛機所需的設備和計算機。 中層甲板可安裝幾個座椅,用於發射和返回。航天飛機設計可容納六至八名宇航員。 在大多數任務中,通常有七名宇航員,中層甲板有三人,飛行甲板有四人,中層甲板下是設備艙,有廢物管理系統,水箱,洞以及更多儲藏空間。 機組艙是飛船中唯一的加壓區域,宇航員在這裏無需穿宇航服。 機艙側艙門是宇航員在地球上進出軌道飛行器的方式,在太空中不使用,打開會導致空氣被抽走,情況不妙。 當宇航員需要出艙時,他們會打開氣閘,現在不談貨艙,稍後再討論。 發動機位於後機身,及最後部分是推力結構,有三個孔用於安裝航天飛機主發動機,這是RS-25發動機,使用液態氫和液太氧。 這些燃料在穿越大氣層的發射過程中儲存在外部油箱裏,再輸送回航天飛機腹部的三個發動機。 燃料在燃燒前極爲寒冷,氫氣沿着每個發動機的側面泵送,再通過許多較小的管道向上輸送,用作冷卻系統。 三個發動機可左右或上下偏轉,用於控制飛船方向。 上方是軌道機動系統火箭發動機,任務開始時幫助飛船進入軌道,任務結束時減緩飛船速度。 軌道機動系統由垂直尾翼兩側的兩個艙組成,各有燃料和氧化基礎罐。 您可能還會看到更多小型推進器,下方甚至還有更多,這是反應控制系統RCS的一部分。 我們之前在視頻中看到前面也有RCS推進器,三個模塊可以一起工作,改變航天飛機的方向。 航天飛機與飛機有幾個部分非常相似。 機翼、升降舵、機身機翼。 飛機還有尾部的垂直穩定器和方向舵,可用於減速。 在太空中,這些部件不重要,但接近地面着陸時,它們至關重要。 好的,現在我們來仔細看看貨艙。 一旦進入繞地軌道,貨艙門打開,暴露內部。 這很重要,因爲內側有散熱板,有助於排除多餘熱量。 貨艙足夠大,可容納長18米,直徑4.6米的有效載荷,曾用於發射多顆衛星,包括哈勃空間望遠鏡。 它還被用來發射國際空間站的模塊。 在某些任務中,他們攜帶了一個名爲太空實驗室的模塊,提供額外工作空間進行科學實驗。 宇航員可漂浮穿過隧道,進入實驗室。 在貨艙左側,有一個名爲航天飛機遠程操縱系統的機械臂,也叫加拿大臂,這是加拿大的貢獻。 它是從飛行甲板後部的控制檯操作的,透過窗戶往外看。 加拿大臂,用於在太空中抓取和移動有效載荷,也可移動宇航員。 宇航員穿上太空服出艙,被稱爲艙外活動,即EVA。 宇航員穿上太空服後,打開氣閘艙另一側的艙口,走出艙外,進入太空真空。 在後續的航天飛機任務中,中層甲板的氣閘艙被拆除,另一個氣閘艙安裝在貨艙內部,整個系統稱爲軌道對接系統。 這是氣閘艙,支撐橫架結構,頂部是對接機構。 航天飛機與國際空間站對接後,宇航員可在兩者間自由漂浮往來。 軌道飛行器沒有電池或太陽能板,所有的電力都是在貨艙下方產生的。 你會注意到有幾個球形的液晶和液氧杵罐,那麼在前面有三個燃料電池。 燃料電池結合氫氣和氧氣產生電力,這過程的副產品是水,可用於冷卻系統或宇航員飲用。 要實現太空穿梭機,必須有解決難題的優秀工程師。 例如,發射火箭進入太空或使用巨型機械臂移動物體等,工程師需要紮實的數學和科學基礎。