除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

如果你足夠細心,就會發現航天飛機上有許多小洞,這些小洞外部都是清一色是黑的,而且表面上看不出來,有整流修型,噴口與航天飛機表面完美結合,一般人很難察覺到這些小洞的存在。這就是RCS推進器,航天飛機一共有44個RCS推進器,從外觀上看就是44個洞,前後分佈是這樣的:前鼻椎位置有16臺,左後側有14臺,右後側有14臺,一共44臺。

出品:太空伊卡洛斯

航天飛機作為國際空間站建設的主力干將,如今已經退役,在1981年至2011年服役生涯中,航天飛機是美國唯一一種進入軌道的載人航天器,也是唯一一種可重複使用的載人航天器。隨著美國SLS火箭重出江湖,所使用的RS-25火箭發動機也浮出水面,進入人們的視野。要知道RS-25火箭發動機可是航天飛機最核心的動力,一架航天飛機搭載3臺RS-25火箭發動機,且可重複使用。


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:這是一張很經典的航天飛機發射後的尾部圖像,我們可以清楚看到固體火箭發動機、三臺RS-25發動機已經工作。


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:這是我們最常見的主發動機和紅色的OMS推進系統遊離發動機


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:航天飛機上這樣的小洞有44個

航天飛機上有許多小洞

在航天飛機起飛時,除了要啟動RS-25火箭發動機外,最關鍵的是外部燃料箱,還兩枚固體助推器,在這些動力的共同推動下,產生超過2000噸的推力,將航天飛機送上天。很多人看到航天飛機發射之後就覺得非常壯觀,其實更微妙的還在後頭,這就是我們今天所說的航天飛機RCS推進器。如果你足夠細心,就會發現航天飛機上有許多小洞,這些小洞外部都是清一色是黑的,而且表面上看不出來,有整流修型,噴口與航天飛機表面完美結合,一般人很難察覺到這些小洞的存在。


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:前後44個小洞的由來:這是44個RCS推進器,前16個,後28個。

扣掉外部燃料箱和固體助推器,航天飛機軌道器質量在80至110噸之間,起飛的時候重一些,返回的時候輕一些。在進入軌道的過程中,除了RS-25火箭發動機、固體助推器的怒吼外,安裝在航天飛機RS-25發動機尾噴口附近的OMS推進系統起到關鍵作用。如圖所示,這就是OMS推進系統,全稱為航天飛機軌道機動系統,安裝兩臺AJ10-190發動機,可提供26千牛的推力,工作316秒。從任務設計上看,每臺AJ10-190發動機可重複使用100次,啟動1000次,持續噴射15個小時。

軌道機動系統也是反作用控制系統核心,其運行機制是利用噴氣式助推器產生的推力對航天器進行姿態控制的系統。反作用控制系統分為三個模塊,每個模塊由遊離噴射口、燃料箱、氧氣罐和氦氣罐組成。反作用控制系統內置便於監控的壓力及溫度傳感器,由航天器廣義預測控制傳輸命令至系統的各個模塊。反作用控制系統的電磁閥設有開關,分別有打開、關閉以及廣義預測控制三個功能。


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:OMS推進系統內部結構,可以看出尾部OMS推進系統和RCS推進器是共用燃料的

反作用控制系統可為入軌、在軌和脫軌航天飛機提供推力,OMS推進系統的工作時間是航天飛機入軌之時,啟動後可改變航天飛機的軌道、脫離軌道,因此其推力強大。與OMS推進系統相匹配的就是RCS推進器,RCS推進器從外觀上根本看不出來,而且分佈點非常多,每個RCS推進器噴口只能提供4千牛的推力,與一臺AJ10-190發動機提供26千牛的推力相比是非常小的。


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:RCS推進器噴口


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:位於航天飛機機頭的RCS推進器

RCS推進器雖小但作用關鍵

航天飛機一共有44個RCS推進器,從外觀上看就是44個洞,前後分佈是這樣的:前鼻椎位置有16臺,左後側有14臺,右後側有14臺,一共44臺。在44臺RCS推進器中,有38臺主推進RCS推進器,還有6臺是遊離推進器。前部RCS推進器有14個主噴嘴和2個遊離噴嘴,後部RCS推進器每個模塊為12個主噴嘴和2個遊離噴嘴。RCS推進器使用一甲基肼(MMH)作為燃料,四氧化二氮為氧化劑,需要指出的是,RCS推進器與OMS推進系統使用一樣的推進劑,而且一甲基肼和四氧化二氮是燃料和氧化劑,這兩樣物質直接放一起就會自燃,根本不需要點火。


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:RCS推進器內部情景


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:這是航天飛機的尾部特寫,除了三個RS-25噴口外,上面還有多個RCS推進器,這些小洞是噴口

因此,這也是航天飛機上一個定時炸彈,一旦發生洩漏,航天飛機就立刻爆炸。同時一甲基肼和四氧化二氮推進劑有揮發性、腐蝕性和有毒特點,一旦洩漏後果是不堪設想。一架航天飛機上有44個RCS推進器,可想而知有多麼恐怖,就相當於44顆炸彈放在前部,後部,需要的時候直接讓燃料和氧化劑混合就可以產生推力。


除了三臺主發動機外,航天飛機上還有44個“洞”鮮為人知

圖注:尾部RCS推進器和OMS推進系統燃料共用特寫,由於使用機制簡單化,這就是就是定時炸彈

美國宇航局這樣設計的目的是降低操作複雜性,可快速提供推力,但也增加了危險性。所有RCS推進器上的燃料和氧化劑都放在容器內,保持液態,如果在軌道上長時間停留溫度降低,那麼還需要電加熱器來為推進劑解凍。所以RCS推進器的燃料部位不僅有燃料,還有氧化劑,甚至還有電加熱裝置,任何一個出問題都代表一個小炸彈。


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