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美國穿梭機系統

  呢篇文章講嘅係美國穿梭機計劃嘅核心。想搵蘇聯嘅穿梭機計劃，請睇「暴風雪穿梭機計畫」。

美國穿梭機系統（英文：Space Shuttle）係美國太空總署1981至2011年運作嘅近地軌道太空船，有一定重複使用太空，正式項目名『航天運輸系統』。穿梭機係1969年可回收航天器方案中唯一獲資助嘅項目，亦係美國穿梭機計劃嘅核心[4]。穿梭機先經四次軌道測試飛行，其中第一次喺1981年，1982年開始運作飛行。美國共製作五架完整嘅穿梭機軌道飛行器並喺前後三十餘年間執行135次任務，每次都係從佛羅里達州嘅甘迺迪太空中心起飛。除發射哈勃太空望遠鏡、多枚人造衛星同太空探測器外，呢啲任務仲完成軌道科學實驗，參與國際太空站嘅建設同維護。所有穿梭機嘅任務時長總和為1322天19小時21分23秒。[5]

美國穿梭機系統
『發現號』穿梭機起飛執行STS-120任務
用途載人軌道發射同再入
製造者聯合太空聯盟
賽奧科/阿連特科技系統（固體助推器）
洛克希德·馬丁/馬丁·瑪麗埃塔（外儲箱）
波音/羅克韋爾（軌道器）
製造國家美國
項目成本2110億美元（2012年）
單次發射費用5.76億至16.4億美元（2012年）
外型及質量參數
高度56.1米
直徑8.7米
質量2030噸
-{zh-hans:級數;zh-tw:節數}-1.5
-{zh:酬載;zh-hant:酬載;zh-hans:業載}-量
至近地軌道 （204公里）有效載荷
質量27.5噸
至國際太空站 （407公里）有效載荷
質量16.05噸
至極軌道有效載荷
質量12.7噸
至地球同步轉移軌道有效載荷
質量10.89噸加慣性上面級[1]
至地球靜止軌道有效載荷
質量2.27噸加慣性上面級[1]
至返回地球有效載荷
質量14.4噸[2]
發射歷史
現狀退役
發射場肯尼迪航天中心39號發射台
范登堡空軍基地6號太空發射複合體（從未使用）
總發射次數135
成功次數133[注 1]
失敗次數2
『挑戰者號』（發射失敗，七人喪生），
『哥倫比亞號』（再入失敗，七人遇難）
首次發射1981年4月12日
末次發射2011年7月21日
著名載荷跟蹤與數據中繼衛星
太空實驗室
哈勃太空望遠鏡
伽利略號探測器、麥哲倫號金星探測器、尤利西斯號
康普頓伽瑪射線天文台
和平號對接艙
錢德拉X射線天文台
國際太空站部件
輔助火箭 – 固體助推器
輔助火箭數2
引擎兩個固體燃料火箭
單引擎推力每個12500kN，海平面升空
比沖242秒（2.37公里每秒）
推進時間124秒
燃料固體燒料（高氯酸銨複合推進劑）
第一階段 – 軌道器同外儲箱
引擎位於軌道器上嘅三個RS-25發動機
單引擎推力共5250kN，海平面升空[3]
比沖455秒（4.46公里每秒）
推進時間480秒
燃料液氫/液氧
第二階段 – 軌道器
引擎位於軌道器上嘅二個OMS發動機
單引擎推力共267kN（真空）
推進時間316秒
燃料甲基肼/四氧化二氮
-{zh-hans:助推器;zh-tw:輔助火箭}-
數量2

穿梭機嘅部件包括：帶有三個洛克達因主發動機同兩個OMS發動機嘅軌道飛行器，一對可回收嘅固體火箭助推器，屬消耗品、用於存放液氫同液氧嘅外儲箱。穿梭機係可重複使用嘅航天器，兩個固體火箭助推器同軌道器上由外儲箱提供燃料嘅三個主發動機就似常規火箭一樣並行操作。固體火箭助推器喺航天器抵達軌道前分離，外儲箱喺即將注入軌道時分離，注入過程由軌道器嘅兩個軌道機動發動機完成。任務完成後，軌道器啟動軌道機動發動機脫離軌道並返回大氣層。再入期間，軌道器受隔熱瓦保護，經過滑行似太空飛機一樣喺跑道着陸，大多數着陸點係佛羅里達州甘迺迪太空中心嘅穿梭機着陸設施或加利福尼亞州愛德華茲空軍基地嘅羅杰斯干湖。軌道器喺愛德華茲空軍基地着陸後用波音747特別改裝嘅穿梭機運輸飛機送回肯尼迪航天中心。

1976年製成嘅『企業號』係第一個軌道器，但冇軌道飛行能力，只可以用於進近與着陸測試。起初建造嘅全功能軌道器共有四架，分別係『哥倫比亞號』、『挑戰者號』、『發現號』同『亞特蘭提斯號』，其中『挑戰者號』同『哥倫比亞號』分因1986年同2003年嘅任務事故損毀，導致14名宇航員喪生。1991年，美國建造第五架可運作軌道器『奮進號』，用於取代『挑戰者號』。2011年7月21日，『亞特蘭提斯號』完成最後一次飛行任務，穿梭機冚唪唥退役。此後，美國長年依靠俄羅斯聯盟號宇宙飛船將宇航員送上國際太空站，直至2020年5月30日商業航天員計劃首飛時止。

設計同發展

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歷史背景

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美國空軍喺20世紀50年代提議用配備飛行員且可重複使用嘅滑翔器執行軍事任務，如偵察、衛星攻擊同空對地武器攻擊等。50年代末，空軍開始發展有一定重複使用太空嘅X-20試驗機。1961年，空軍同美國國家航空航天局喺試驗機項目合作並訓練六名飛行員。由於開發成本不斷上升，而且雙子座計劃更加優先，試驗機項目於1963年12月取消。空軍仲曾於1957年開展研究，檢測係咪可以重複使用助推器，呢啲研究成為航空穿梭機嘅基石。1962至1963年嘅初步設計階段仲未涉及可以完全重複使用嘅航天器。[6]:162–163

美國國家航空航天局仲從20世紀50年代初開始同空軍合作開發舉升體，測試主要通過機身而非機翼產生升力嘅飛行器，測試項目包括M2-F1、M2-F2、M2-F3、HL-10，以及X-24A同X-24B試驗機。項目測試嘅空氣動力學特徵後來納入穿梭機設計，如高空高速無動力着陸等。[7]:142[8]:16–18

設計過程

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1966年9月，美國國家航空航天局同空軍發布聯合研究結論，為滿足第日需求研發嘅新型航天器最好可以實現部分再利用嚟節省成本[6]:164。1968年8月10日，航空航天局載人航天辦主任喬治·穆勒宣布可重複使用穿梭機計劃，之後又為發射與再入綜合航天器設計發布需求建議書，呢種綜合航天器後來發展成穿梭機。航空航天局宣布唔會根據初步建議擇優簽約，而係分階段承包穿梭機開發。第一階段要求競標嘅航天公司完成研究；第二階段係兩家承包商競爭特定合同；第三階段涉及航天器部件細節設計，第四階段先至係航天器製作。[9][8]:19–22

1968年12月，航空航天局成立穿梭機任務組負責確定可重複使用航天器嘅最佳設計，通用動力、洛克希德公司、麥克唐納-道格拉斯公司同北美羅克韋爾攞到研究合同。1969年7月，穿梭機任務組發布報告，認為穿梭機可用於短期載人飛行同太空站任務，都可以用於發射、維護同回收人造衛星。報告仲將未來嘅可重複使用穿梭機分成三類：第一類係將可重複使用嘅軌道器裝上一次使用助推器；第二類採用多個一次使用運載火箭嘅發動機與單個推進劑儲存箱；第三類嘅軌道器同助推器都可以重複使用。1969年9月，美國副總統斯皮羅·阿格紐領導嘅太空任務組發布報告，呼籲開發可運送人員同貨物到近地軌道嘅穿梭機，可以喺軌道同月球間傳輸嘅太空拖船，以及用於深空旅行嘅可重複使用核上面級。[6]:163–166[4]

穿梭機任務組嘅報告發布後，好多航天工程師都對明顯最可以節省硬件成本嘅第三類青眼有加。曾參與水星飛船設計嘅馬克斯·法格取得可完全重複使用嘅二級系統專利，設計方案係直翼軌道飛行器附喺更大嘅直翼助推器上。[10][11]但美國空軍飛行動力學實驗室指出，直翼設計無法承受再入時嘅極高熱力同空氣應力，而且功能單一，唔可以實現提供多種功能嘅設計目標。此外，空軍需要嘅有效載荷能力業已超出法格設計所限。1971年1月，航空航天局與空軍高層確定，穿梭機嘅最佳設計方案係三角翼軌道飛行器同消耗型推進劑儲存箱。[6]:166

確認需要可重複使用嘅重型航天器後，航空航天局同空軍開始確定各種功能嘅設計要求。空軍認為穿梭機要有發射大型衛星嘅能力，所以要將重2.9噸嘅物體提升至東向近地軌道，或將18噸嘅物體送入極軌道。根據唔同嘅衛星設計方案，穿梭機需要長18米，寬4.6米嘅有效負載艙。航空航天局經評估認定土星系列運載火箭採用嘅F-1同J-2火箭發動機唔可以滿足穿梭機需要，然後喺1971年7月向洛克達因發布合同，開始研發穿梭機主發動機。[6]:165–170

檢視29種穿梭機方案後，航空航天局選中帶有兩個側助推器嘅設計，亦都助推器仲可以重複使用嚟降低成本[6]:167。同樣出於成本考慮，航空航天局同空軍選擇使用固體燃料助推器，而且咁樣嘅助推器落入大海後都更容易翻新。1972年1月，美國總統理查德·尼克松批準穿梭機計劃，航空航天局都喺同年三月確定最終設計。同年八月，航空航天局與北美羅克韋爾簽訂軌道器製造合同，固體燃料助推器合同由賽奧科公司（Thiokol）獲得，馬丁·瑪麗埃塔拿到外儲箱合同。[6]:170–173

發展

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『哥倫比亞號』穿梭機安裝隔熱瓦

1974年6月4日，北美羅克韋爾開始建造第一個軌道器，之後得名『企業號』嘅『OV-101』。『企業號』屬測試飛行器，唔包含發動機同隔熱部件。1976年9月17日完工後，『企業號』被運到愛德華茲空軍基地測試。[6]:173[12]羅克韋爾制出『098號主推進試驗品』，係附喺外儲箱上嘅結構桁架，帶有三個穿梭機主發動機，並喺國家太空技術實驗室測試確保發動機可以安全完成發射過程[13]:II-163。接落嚟北美羅克韋爾又喺『099號主推進試驗品』測試機械應力同熱應力，確定發射同再入時空氣動力同熱應力嘅強度[13]:I-415。

穿梭機主發動機開始開發嘅時間比預訂延遲九個月，同時普惠公司質疑洛克達因公司為何可以拿到合同。首個可重複使用變推力發動機嘅開發過程遇到好多問題，第一台直到1975年3月才完成。發動機測試期間有多個噴嘴故障，甚至出現渦輪葉片斷裂，但航空航天局仲係向洛克達因訂購三架軌道器所需嘅九台發動機，呢啲發動機從1978年5月開始製作。[6]:174–175

航空航天局喺穿梭機隔熱系統研發過程中經歷重大延誤。該局過去嘅航天器採用燒蝕隔熱罩，但唔可以多次使用。考慮到穿梭機可以用重量較輕嘅鋁建造，航空航天局決定採用隔熱瓦，咁樣有需要時就可以單獨更換。『哥倫比亞號』穿梭機於1975年3月27日開建，1979年3月25日運至肯尼迪航天中心，[6]:175–177但抵達時三萬片隔熱瓦尚有兩成沒裝，裝好嘅又有相當一部分必須更換，導致『哥倫比亞號』兩年後才能飛行[8]:46–48。

1979年1月5日，航空航天局訂購第二架軌道器。羅克韋爾同月開始將『099號主推進試驗品』轉製成『OV-099』，就係之後嘅『挑戰者號』穿梭機。29日，航空航天局又訂購兩架軌道器『OV-103』同『OV-104』，後來分別得名『發現號』及『亞特蘭提斯號』。之後成為『奮進號』穿梭機嘅『OV-105』雖然早喺1982年2月便開始製作，但航空航天局喺1983年決定將穿梭機編隊限制喺四架。『挑戰者號』爆炸後，航空航天局於1987年9月恢復『奮進號』生產。[8]:52–53

測試

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『企業號』嘅進近與着陸測試
 
『哥倫比亞號』起飛執行STS-1任務。[注 2]

送抵愛德華茲空軍基地後，『企業號』被裝上波音747改裝嘅穿梭機運輸飛機開始飛行測試。1977年2月，『企業號』開始進近與着陸測試，飛行期間始終與穿梭機運輸飛機相連。1977年8月12日，『企業號』執行首次滑翔測試，脫落穿梭機運輸飛機後喺愛德華茲空軍基地着陸。[6]:173–174此後『企業號』又經過四次飛行測試，再於1978年3月13日送到馬歇爾太空飛行中心，裝上外儲箱同固體燃料助推器後喺垂直地面振動試驗場接受晃動試驗，仲用振動試驗模擬發射時嘅應力。1979年4月，『企業號』返回愛德華茲空軍基地，安裝外儲箱同固體燃料助推器後轉送肯尼迪航天中心39號發射台，用於驗證發射複合體設施嘅恰當方位。1979年8月，『企業號』返到加利福尼亞州，後喺1984年范登堡空軍基地六號太空發射複合體嘅開發過程中使用。[8]:40–41

1980年11月24日，『哥倫比亞號』開始安裝外儲箱同固體燃料助推器，同年12月29日送到39號發射台[13]:III-22。STS-1唔單只係首次穿梭機任務，都係航空航天局嘅載人航天器首飛[13]:III-24。1981年4月12日，穿梭機首度發射，帶着約翰·楊同羅伯特·克里彭飛上藍天。兩名飛行員喺兩天任務期間檢測穿梭機嘅各種設備，發現『哥倫比亞號』軌道機動系統吊艙有多塊隔熱瓦脫落。[14]:277–278航空航天局與空軍合作，使用衛星拍攝『哥倫比亞號』機底相，確定冇損傷[14]:335-337。4月14日，『哥倫比亞號』返回大氣層並喺愛德華茲空軍基地着陸[13]:III-24。

航空航天局接落嚟又三次試飛『哥倫比亞號』。1982年7月4日，肯·馬丁利同亨利·哈特斯菲爾德完成STS-4任務後喺愛德華茲空軍基地嘅混凝土跑道着陸。羅納德·里根總統同第一夫人南希·里根接見工作人員，總統仲喺現場演說。STS-4成功後，航空航天局宣布航天運輸系統投入運作。[6]:178–179[15]

穿梭機詳解

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穿梭機係歷史上第一種可操作且可重複使用嘅軌道航天器，每個穿梭機軌道器嘅設計使用壽命都有十年，可以發射一百次，而且後來仲可以延長[16]。發射時嘅穿梭機主要包括三大部分，分別係載有人員同有效載荷嘅軌道器，外儲箱同兩個固體助推器[17]:363。

航空航天局同空軍各機構分別負責航空飛機任務嘅唔同領域。肯尼迪航天中心負責赤道軌道任務嘅發射、着陸同周轉操作（所有任務都喺此發射）；空軍下屬嘅范登堡空軍基地負責極軌道任務嘅發射、着陸同周轉（從未使用）；林頓·約翰遜太空中心負責所有穿梭機運作嘅指揮協調，馬歇爾太空飛行中心負責主發動機、外儲箱同固體助推器，斯坦尼斯航天中心負責測試主發動機，戈達德太空飛行中心管理全球測控網。[18]

軌道器

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内文：穿梭機軌道器
 
穿梭機發射全家福。從左至右分別係：『哥倫比亞號』、『挑戰者號』、『發現號』、『亞特蘭提斯號』同『奮進號』

軌道器包含火箭同飛行器雙重設計元素，既可以似火箭般垂直髮射，又可以似滑翔機一樣着陸[17]:365。機身分成三部分，為乘員艙、貨艙、發動機艙同飛行操縱提供支持。穿梭機主發動機艙喺軌道器後部，發射時提供推力，仲有軌道機動系統確保軌道器可以喺太空進入、更換同退出軌道。兩側嘅三角翼長18米，內邊緣（機翼後側）與機身呈81°角，外緣（機翼前側）呈45°。兩翼內外都有升降副翼，穿梭機再入時可以與兩翼之間位於發動機下方、用嚟控制橫軸嘅襟翼一齊提供飛行控制功能。軌道器嘅垂尾後仰45°，上面嘅方向舵可以拆分開來起減速作用[17]:382–389。垂尾仲包含兩部分減速傘系統，可以喺軌道器着陸後減速。軌道器採用伸縮式起落架，由前起落架同兩個主起落架組成，每個都有兩個輪胎，前起落架仲有電動液壓轉向功能[17]:408–411。

機組人員

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穿梭機嘅機組人員組成因任務而異。每次測試飛行僅有兩名機組人員，指令長同飛行員各一人，兩人都係合格嘅飛行員，可以駕駛軌道器飛行同着陸。包括實驗、貨物運送、艙外活動在內嘅各種軌道任務主要由任務專家執行，佢哋出發前均已接受對應培訓。航空航天局喺穿梭機計劃早期安排載荷專家與送貨任務一齊出行，載荷專家大多係送貨任務買單公司嘅系統專家。因STS-51-L失事喪生嘅格里高利·賈維斯係最後一名跟隨穿梭機飛行嘅載荷專家，此後除飛行員外，其他機組人員都係任務專家。STS-51-C同STS-51-J任務均有同一名航天工程師作為軍方代表隨行，因為兩次任務都有美國國家偵察局嘅貨物。穿梭機任務通常配有七名機組人員，STS-61-A配有八人。[13]:III-21

乘員艙

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所有穿梭機任務嘅乘員艙都有三層甲板，係經過加壓嘅居住區。駕駛艙除指令長同飛行員嘅兩個座位外，仲有為其他機組人員準備嘅兩到四個位置。中層甲板位於駕駛艙下方，係廚房同床位所在，仲有三到四個座位。中層甲板配有氣閘，可以支持兩名宇航員嘅艙外活動，仲可以進入太空實驗室。中層甲板下面係設備艙，裝有環境控制同廢物管理系統。[8]:60–62[17]:365–369

前四次穿梭機任務嘅宇航員身穿改良版美國空軍高空全壓制服，其中包括航天器上升同下降期間穿戴嘅全壓頭盔。從第五次任務STS-5到『挑戰者號』失事時止，機組人員身着淺藍色一體式諾梅克斯（nomex）飛行制服並配氣體分壓頭盔。『挑戰者號』失事後，新任務嘅機組人員改穿局部加壓服，係空軍高空壓力制服嘅局部加壓版。1994年，高級逃生系統航天服取代發射同進入制服，喺碰到緊急情況時更可以保障宇航員安全。『哥倫比亞號』本喺前四次任務配有修改過嘅SR-71黑鳥式偵察機零零彈射凳，但喺STS-4任務後停用，STS-9任務後拆除。[17]:370–371

 
『亞特蘭提斯號』係第一架配有玻璃駕駛艙嘅穿梭機，上圖為STS-101任務。

飛行甲板位於乘員艙頂層，係軌道器飛行控制功能所在。指令長坐喺左前方座位，飛行員坐喺右前方，仲有為其他機組人員準備嘅兩到四個座位。nan錶板包含2100幾個顯示屏或控制器，指令長同飛行員都配有抬頭顯示器同控制杆，用於喺動力飛行時操控發動機，同時喺無動力飛行時控制軌道器。兩個座位都有方向舵控制器，可以喺飛行中轉舵或喺前起落架着陸後控制輪子嘅方向。[17]:369–372軌道器起初裝有多功能陰極射線管顯示系統，可以顯示並操作飛行信息。顯示系統向指令長、飛行員及後面嘅座位顯示飛行信息，同時仲可以控制抬頭顯示器嘅信息。1998年，『亞特蘭提斯號』升級多功能電子顯示系統，除飛行nan表升級成玻璃駕駛艙外，仲將八台陰極射線管顯示器換成11塊多功能彩色數字屏幕。多功能電子顯示系統於2000年5月隨STS-98任務飛上藍天，其他軌道器冚唪唥升級。飛行甲板後方裝有可以觀察貨艙嘅窗口，仲有控制搖控機械臂移動貨物嘅控制杆。此外，飛行甲板後方裝有可以檢視貨艙嘅閉路電視顯示器。[17]:372–376

中層甲板包含機組人員設備艙、休息區、廚房、醫療設備同衛生站。人員使用模塊化儲物櫃存放設備，儲物櫃可以按需擴大或縮小，仲有安裝後常態化嘅地板隔間。中層甲板嘅左舷艙口係機組人員喺地球上進出軌道器嘅門路。此外，每個軌道器起初都喺中層甲板裝有內部氣閘，但『發現號』、『亞特蘭提斯號』同『奮進號』後來用貨艙嘅外部氣閘同軌道器對接系統取代內部氣閘，改善對接和平號太空站同國際太空站嘅操作。[13]:II–26–33

飛行系統

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軌道器配有航空電子系統，可以喺大氣層內飛行時提供信息同操作功能。航空電子器件包括三個微波掃描光束着陸系統、三個陀螺nan、三個戰術空中導航系統、三個加速規、兩個雷達高度計、兩個氣壓高度計、三個姿態指引nan、兩個馬赫表，以及兩個C模式應答機。再入期間，機組人員會喺速度降至五馬赫以下時啟動兩個空氣數據探針。軌道器有三個慣性測量單元，可以喺飛行任務始終用於制導同導航，仲有兩個可以喺軌道飛行時對齊慣性測量單元嘅星跟蹤器，可以喺軌道時自動或手動對齊恆星。1991年，航空航天局開始用慣性導航系統升級慣性測量單元，新版本提供嘅位置信息更加精確。1993年，航空航天局用STS-51首次將全球定位系統接收器送入太空。1997年，霍尼韋爾開始集成全球定位系統同慣性導航系統，用於取代慣性測量單元、慣性導航系統同戰術空中導航系統，後喺2007年8月嘅STS-118任務首飛。[17]:402–403

機組人員喺軌道飛行期間主要使用S波段無線電聯絡，支持語間同數據通信。四個S波段無線電中有兩個係相位調製收發器，可以發送同接收信息；另外兩個係頻率調製發送器，用於向航空航天局傳送數據。S波段無線電只可以喺視線範圍內操作，所以軌道器入軌後，航空航天局需採用跟蹤同數據中繼衛星系統同航天測控同數據採集網地面站與軌道器通訊。此外，軌道器貨艙外部仲配有高帶寬Ku波段無線電，可以充當交會雷達。軌道器另外仲配有兩個特高頻無線電，可用於聯絡航空交通管制同執行艙外活動嘅宇航員。[17]:403–404

 
AP-101S（左）同AP-101通用計算機

穿梭機嘅線傳飛控系統完全靠數據處理系統主計算機控制。數據處理系統操控軌道器嘅飛行控制功能同推進器，並喺發射時控制外儲箱同固體助推器。數據處理系統包含五台通用計算機、兩個磁帶大容量存儲單元，以及監測穿梭機部件嘅各種傳感器。[17]:232–233原配通用計算機係IBMAP-101B，採用單獨嘅中央處理器、輸入/輸出處理器，以及非易失型固態存儲器。1991至1993年間，軌道器嘅通用計算機升級成AP-101S，存儲同處理能力更強，並將中央處理器同輸入/輸出處理器功能併入單個處理器縮小設備體積、減輕重量。四台通用計算機裝載航空飛機專用嘅主航空電子軟件系統，可以操控所有飛行過程。上升、機動、再入同着陸期間，四台裝載主航空電子軟件系統嘅通用計算機同步運作，產生四倍冗餘，可以對結果查錯。如果出現軟件錯誤，導致四台計算機都生成錯誤報告，第五台通用計算機將啟動使用唔同軟件嘅後備飛行系統，可以喺上升、軌道飛行、再入時控制穿梭機，但唔足以完成成個任務。五台通用計算機分別放喺中層甲板嘅三個獨立隔間，咁樣萬一某台計算機冷卻風扇故障，其他計算機仍可以穩定工作。抵達軌道後，機組人員將部分通用計算機嘅功能從制導、導航與控制切換到系統管理同負載，支持任務執行。[17]:405–408因飛行軟件需喺跨年時重置軌道器計算機，所以穿梭機任務唔可以喺12月到1月執行。不過，航空航天局工程師喺2007年搵到解決辦法，此後嘅穿梭機任務唔受跨年問題限制。[19]

穿梭機任務通常會攜帶便攜式通用支持計算機，可以與軌道器嘅計算機同通訊套件集成，並監控科學同負載數據。早期任務攜帶嘅Grid Compass同便攜式通用支持計算機都係歷史上好早嘅筆記本電腦，之後嘅任務開始採用蘋果公司同英特爾嘅筆記本電腦。[17]:408[20]

貨倉

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斯多里·馬斯格雷夫喺STS-61任務期間連接遙控機械臂維護哈勃太空望遠鏡

貨艙佔據軌道器嘅大部分機身，為穿梭機有效載荷提供貨運太空。貨艙長18米，寬4.6米，可以容納直徑最大為4.6米嘅圓柱形負載。貨艙兩邊各鉸接兩扇艙門，提供相對氣密嘅密封太空，可以喺起飛同再入時防止貨物因高溫損壞。艙內貨物喺縱樑嘅附着口上固定，艙門仲可以用於散發軌道器嘅熱量，抵達軌道時就可以打開來排熱。[8]:62–64

根據任務需求，軌道器可以結合各種附加部件，如軌道實驗室[13]:II-304, 319、用於將貨物運到更遠位置嘅助推器[13]:II-326、遙控機械臂系統[13]:II-40，以及延長任務時間需要嘅部件[13]:II-86。為減少軌道器與國際太空站對接時嘅燃料損耗，科學家研發太空站至穿梭機電力傳送系統，可以轉換太空站電量並傳送畀軌道器[13]:II-87-88。『發現號』同『奮進號』都裝得閒間站至穿梭機電力傳送系統，喺STS-118任務期間首次應用[13]:III-366-368。

遙控機械臂系統
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内文：加拿大臂

遙控機械臂系統又稱加拿大臂，係連接貨艙嘅機械臂，用於抓取或操作貨物，都可以喺宇艙員艙外活動時充當移動平台。遙控機械臂系統由加拿大晶石航天公司製作，宇航員可以喺軌道器飛行甲板通過窗口同閉路電視操縱。遙控機械臂支持六自由度，機械臂嘅三個位置共有六個關節。原版機械臂可抓取或操作最重29噸嘅貨物，之後又大幅提升到270噸。[17]:384–385

太空實驗室
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内文：太空實驗室
 
隨STS-9任務進入軌道嘅太空實驗室

太空實驗室模塊係歐洲資助嘅加壓實驗室，裝喺貨艙內，用於軌道飛行期間嘅科學實驗。模塊由兩截組成，均長2.7米，裝喺貨艙尾端，以便喺飛行期間保持重心。宇航員通過2.7米或5.8米嘅通道進入模塊，兩條通道均同氣閘相連。太空實驗室嘅設施用托盤存放，其中既有實驗設備，又有計算機同供電設備。[17]:434–435截至1999年，太空實驗室設備共隨穿梭機升空28次，研究項目包括天文學、微重力、雷達同生命科學。呢啲設備仲喺哈勃望遠境維護、太空站補給等任務中發揮作用。太空實驗室模塊先喺STS-2同STS-3任務測試，首次完整任務係STS-9。[21]

穿梭機主發動機

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内文：穿梭機主發動機
 
穿梭機主發動機同兩個軌道機動系統模塊

穿梭機主發動機共有三台，又稱『RS-25』發動機，位於軌道器機身尾部並呈三角形排列。軌道器上升期間，發動機嘅俯仰角可以偏移±10.5°，偏航角偏移±8.5°來改變推力方向，進而調整穿梭機朝向。發動機使用鈦合金製作且可以重複使用，而且與軌道器獨立，可以喺着陸後拆除同替換。『RS-25』屬分級燃燒循環低溫發動機，使用液氧同液氫為燃料，燃燒室壓比過去任何液體火箭都高。原配發動機嘅主燃燒室可以喺最大226.5巴嘅壓力下運作。發動機噴嘴高287厘米，內徑229厘米，採用1080條液氫內部管線冷卻，並由絕緣同燒蝕材料隔熱。[13]:II–177–183

穿梭機主發動機經過多次改善提升動力同可靠程度。洛克達因喺開發階段確定，發動機可以喺推力達到原有規定104%時保持安全穩定運行。為保證發動機推力值與以前嘅文檔同軟件一致，航空航天局將原版規定推力值定為100%，但讓發動機保持輸出更高推力。『RS-25』嘅升級版分別稱為一型同二型，其中2001年嘅二型發動機推力水平達到109%，同時因噴管喉部更大，燃燒室壓降至207.5巴。正常情況下使用嘅最大推力係104%，任務中止等緊急情況先至會使用106%或109%。[8]:106–107

軌道機動系統

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軌道機動系統包含兩個位於尾部嘅AJ10-190發動機及對應推進劑存儲箱。發動機嘅燃料係一甲基肼同氧化劑四氧化二氮，存儲箱最多可以裝載2140公斤一甲基肼同3526公斤四氧化二氮。軌道機動系統發動機喺主發動機熄火後用於注入軌道，此後仲會喺變更軌道同再入前嘅脫軌時啟用。每個軌道機動系統發動機可產生27080牛頓推力，成個系統可以提供每秒305米嘅速度變化。[13]:II–80

隔熱系統

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内文：穿梭機隔熱系統

軌道器表面帶有隔熱保護層，再入期間受隔熱系統保護。過去嘅美國航天器基本採用燒蝕隔熱罩，但為重複使用設計嘅軌道器都需要配備可以多次使用嘅隔熱罩[8]:72–73。再入時，隔熱系統外側嘅溫度高達1600°C，但必須保證軌道器嘅鋁質外殻溫度低於180°C。穿梭機隔熱系統主要由四類隔熱瓦組成，軌道器前錐同兩翼前緣嘅溫度超過1300°C，由碳纖維強化碳質複合材料保護。1998年，科研人員開發加厚型碳纖維強化碳質複合材料並裝上穿梭機，防止機體因微流星體同太空垃圾受損，並喺隔熱瓦損壞導致『哥倫比亞號』災難後進一步改善。從STS-114任務開始，軌道器均配有機翼前緣碰撞檢測系統，發現任何潛在損傷都可以向機組人員預警。[13]:II–112–113軌道器底面及其他溫度最高嘅位置都有耐高溫且可重複使用嘅表面絕緣材料保護。軌道器上部塗有可重複使用嘅白色低溫表面絕緣層，適合喺溫度低於650°C時提供保護。貨艙門同機翼部分上表面塗有可重複使用嘅化學纖維絕緣層，可以抵抗低於370°C嘅溫度。[17]:395

外儲箱

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内文：穿梭機外儲箱
 
STS-29任務期間與穿梭機脫離嘅外儲箱

穿梭機外儲箱用於攜帶主發動機嘅推進劑，並將軌道器與固體助推器連接。外儲箱高47米，直徑8.4米，由相互獨立嘅小箱組成，分別裝有液氧同液氫。液氧箱高15米，位於外儲箱前上方；液氫箱高29米，佔據外儲箱絕大部分體積。軌道器通過兩塊臍帶板與外儲箱連接，臍帶板中包含五條推進劑臍帶、兩條電力臍帶同前後結構連接件。外儲箱外部覆有橙色噴塗泡沫，確保外儲箱可以承受上升期間嘅熱量。[17]:421–422

外儲箱從起飛開始持續向穿梭機主發動機提供推進劑直至主發動機熄火，並喺熄火18秒後脫離軌道器，脫離過程可自動或手動觸發。脫離時軌道器縮回臍帶板，臍帶封閉以防過量推進劑進入軌道器。結構連接件上嘅螺栓切斷後，外儲箱便脫離軌道器。呢個時候外儲箱前上方會排出氧氣，促使箱體翻滾，確保佢喺再入前解體。外儲箱係穿梭機上唯一唔可以重複使用嘅主要部件，脫離後沿彈道落入印度洋或太平洋。[17]:422

前兩次任務STS-1同STS-2嘅外儲箱表面塗有270公斤阻燃乳膠漆，防止箱體受紫外線輻射破壞。進一步研究結果表明泡沫就可以起到同樣嘅保護作用，所以從STS-3開始外箱體唔再加塗乳膠漆。[13]:II-210STS-6任務首次採用重量減輕4.7噸嘅輕型箱，減掉嘅重量來自部分箱壁金屬變薄，取消液氫箱嘅部分元件[17]:422。1998年，STS-91任務首次採用2195鋁鋰合金製成嘅超輕型外儲箱，強度比2219鋁鋰合金前輩提高四成，密度降低一成，箱體再輕3.4噸，穿梭機從此可以向國際太空站高傾角軌道運送更多重物[17]:423–424。

固體助推器

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内文：穿梭機固體助推器
 
放喺移動發射平台上等待配備外儲箱同軌道器嘅兩枚固體助推器

固體助推器喺穿梭機起飛同上升階段提供71.4%嘅推力，係人類放飛嘅最大固體推進劑發動機[22]。每枚固體助推器高45米，寬3.7米，重68噸，鋼質外殻約厚13毫米。固體助推器由固體推進劑發動機、鼻錐同火箭噴嘴組成，其中固體推進劑發動機佔據絕大部分機體，由11鋼殻組成，內含四截藥柱；鼻錐裝有分離發動機同降落傘系統，用於分離後嘅地面回收；火箭噴嘴可以向各方向轉動最多8°，以提供飛行調整功能。[17]:425–429

每個火箭發動機裝有500噸固體火箭推進劑，喺肯尼迪航天中心嘅航天器裝配大樓裝配成型[17]:425–426。除為發射第一階段提供推力外，固體助推器仲有支撐軌道器同外儲箱結構嘅作用，因為只有固體助推器與移動發射平台連接[17]:427。固體助推器喺發射前五分鐘解除保險，亦都必須喺穿梭機主發動機順利點火後採用電子方式點火[17]:428。每枚原版固體助推器提供1.25萬牛頓推力，從STS-8任務開始提升到1.33萬牛頓[17]:425。固體助推器通常喺起飛約兩分鐘後耗完燃料，然後喺距地面約46公里高空脫離，隨後打開穩定傘同主降落傘，落入大海後由兩艘MV自由之星號（分別係MV Freedom Star同MV Liberty Star）姐妹艦嘅工作人員回收[17]:430。送回卡納維拉爾角後並經工作人員清理同拆解後，火箭發動機、點火器同噴嘴送往賽奧科公司翻新，喺之後嘅飛行任務中重新使用[8]:124。

穿梭機計劃期間，固體助推器經過多次重新設計。STS-6同STS-7使用嘅固體助推器箱體內壁減薄0.1毫米，所以比前幾次任務嘅助推器輕2.3噸，但之後嘅研究結果表明咁樣內壁又太薄，所以從STS-8開始到STS-26止採用比原版薄0.076毫米嘅箱體，每枚助推器比原版輕1.8噸。『挑戰者號』嘅失事原因係O形環喺低溫下失效，固體助推器於是經過重新設計確保密封效果唔受溫度影響。[17]:425–426

支援運載工具

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MV自由之星號將回收嘅固體助推器拖沓到卡納維拉爾角空軍基地

穿梭機嘅運作離唔開各種運載工具同基礎設施，方便運輸、建築同工作人員進出。穿梭機運輸車將移動發射平台同穿梭機運到發射點[23]。穿梭機運輸飛機係兩架改裝嘅波音747，可以負上軌道器飛行。第一架穿梭機運輸飛機編號『N905NA』，於1975年首飛，用於執行進近與着陸測試，亦都1991年前每次發射任務都係佢從愛德華茲空軍基地將軌道器運到肯尼迪航天中心。第二架穿梭機運輸飛機編號『N911NA』，於1988年收購，首次任務係將『奮進號』從工廠送到肯尼迪航天中心。穿梭機退役後，『N905NA』放喺林頓·約翰遜太空中心展覽，『N911NA』喺加利福尼亞州棕櫚谷嘅喬·戴維斯遺產空中公園展示。[13]:I–377–391[24]機組人員運輸車係由機場旅客運輸車改裝，喺軌道器着陸後帶宇航員離開[25]。穿梭機發射當日，宇航員從操作與測試大樓嘅機組人員宿舍乘宇航員轉送車前往發射平台[26]。NASA鐵路擁有三台機車，用於將固體助推器各截藥柱分別從泰特斯維爾通過佛羅里達東海岸鐵路運到肯尼迪航天中心[27]。

任務簡介

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發射準備

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睇埋：穿梭機任務一覽
 
穿梭機運輸車裝載『亞特蘭提斯號』前往39A號發射台，為STS-117任務準備

穿梭機發射前基本係喺肯尼迪航天中心嘅航天器裝配大樓完成準備。固體助推器喺移動發射平台裝配並附上外儲箱，軌道器喺軌道器處理設施裝好後運到航天器裝配大樓，再用起重機轉至頭部朝上嘅垂直方向並與外儲箱配對[8]:132–133。所有部件組合完成後，穿梭機運輸車將成個移動發射平台運到5.6公里外擁有兩個發射台嘅39號發射複合體[8]:137。穿梭機抵達其中一個發射台後與固定同旋轉服務設施連接，該設施可以提供維護、貨物裝載同人員運輸功能[8]:139–141。機組人員喺發射前三小時抵達發射台並進入軌道器，軌道器喺發射前兩小時關閉[13]:III–8。發射前5小時35分，液氧同液氫開始注入通過臍帶同軌道器連接嘅外儲箱。發射前3小時45分，液氫完成快速注入，液氧喺15分鐘後完成。由於液氧同液氫都會蒸發，因此兩個儲存罐都會繼續緩慢加注直至發射前一刻。[13]:II–186

航空航天局嘅天氣發射標準考慮範圍包括降水、溫度、雲量、雷電預測、風力同溫度[28]。穿梭機唔會喺可可以遭雷擊時發射，因為發射後產生嘅尾烟可傳導電流、引發雷擊，阿波羅12號就曾遇到呢種情況[29]。航空航天局仲規定，航空飛機唔可以喺發射點方圓19公里範圍出現砧狀雲時發射[30]。穿梭機發射氣象官員保持監測氣象條件，直至發射嘅最終決定下達。除發射點嘅天氣外，穿梭機意外中止時至少要有一個跨大西洋中止着陸場同固體助推器嘅回收點天氣喺可接受範圍。[28][31]

發射

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穿梭機主發動機點火
 
STS-1任務期間，固體助推器與軌道器分離

任務機組人員同發射控制中心工作人員喺倒計時期間完成系統檢查。根據預置計劃，發射前20分鐘同九分鐘各有一次休息時間，用於解決各種問題同其他準備工作。[13]:III–8發射九分鐘前嘅休息時間過後，倒計時由發射控制中心嘅地面發射定序器自動控制，可以喺感應到穿梭機任何系統出現重大問題時自動中止[31]。發射前3分45秒，發動機開始平衡環架測試並喺發射前2分15秒完成。發射前31秒，地面發射處理系統將控制權移交軌道器嘅通用計算機。發射前16秒，通用計算機解除固體助推器保險，聲音抑制系統開始將110萬升水注入固體助推器同移動發射平台下嘅溝渠，防止軌道器喺起飛時受聲學可以量同導流槽及移動發射平台反射嘅火箭排氣損傷。[32][33]發射前十秒，每個噴管下方嘅氫點火器啟動，用於喺點火前清除錐形噴氣孔內部殘留嘅氫氣。如果呢啲氣體冇燃掉，機載傳感器可可以跳閘，仲可以喺點火前導致穿梭機超壓同爆炸。發射前9.5秒，液氫罐前閥打開，準備啟動發動機。[13]:II–186

發射前6.6秒，主發動機以120毫秒間隔依次點火。三台主發動機都要喺發射前三秒達到九成額定推力輸出，如果唔係通用計算機將判定冗餘集啟動定序器中止，發射失敗。如果三台發動機都喺發射前三秒達到額定性可以，下方噴嘴將轉回發射角度，同時兩台固體助推器都喺預定發射時間點火[34]。發射前6.6秒至3秒期間，主發動機剛剛點火但固體助推器仲用螺栓固定喺發射台上，抵消嘅推力令穿梭機向外儲箱方向傾斜65厘米，然後有三秒鐘時間確保穿梭機各主要部件喺固體助推器點火前基本恢復垂直。倒計時結束時，用於固定助推器嘅八個爆炸螺栓引爆，最後嘅連接斷開，主發動機達到100%推力同時固體助推器點火。[35][36]0.23秒後，固體助推器已積累升空所需嘅足夠推力，燃燒室壓喺發射0.6秒後達到最大值[37][13]:II–186。此外，林頓·約翰遜太空中心喺發射時開始從發射控制中心接手飛行控制權[13]:III–9。

發射四秒後，穿梭機已升至距地面22米，主發動機推力提升到104.5%。發射約七秒後，穿梭機喺距地面約110米處轉為朝向地面以減輕空氣應力，仲可以改善通信和導航方位。持續上升20至30秒、距地面約2700米時，主發動機推力降至65%到72%，喺達到最大動壓時減少最大空氣動力。[13]:III–8-9此外，固體助推器可以通過藥柱截面變化控制推力[17]:427。通用計算機可以根據固體推進器性可以動態調節主發動機功率[13]:II–187。

發射約123秒後，穿梭機距地面已有46公里，綁定固體助推器嘅緊固件鬆脫，固體助推器仲會繼續上升，喺到達距地67公裡嘅拱點後打開降落傘掉入大西洋，穿梭機使用主發動機繼續爬升。早期任務嘅軌道器升空後一直朝向地面，與百慕大庫珀島嘅追蹤站保持聯絡；但從STS-87開始，軌道器就喺發射6分鐘後迴轉至頭部朝上，通過跟蹤同數據中繼衛星聯絡。發射7分30秒後，主發動機減少燃料供應，將軌道器加速度限制喺三倍重力加速度。主發動機熄火前六秒（通常係喺發射後8分30秒），推力降至67%。通用計算機控制外儲箱分離，並拋棄剩餘嘅液氧同液氫，以防進入軌道後漏氣。外儲箱繼續沿彈道掉落並喺返回大氣層時解體，部分碎片落入印度洋或太平洋。[13]:III–9–10

早期任務入軌需要兩次啟動軌道機動系統，第一次將軌道器抬升到遠地點，第二次令軌道器沿軌道繞行。從STS-38任務開始，穿梭機直接利用主發動機到達最佳遠地點，再用軌道機動系統發動機入軌。軌道高度同傾角由任務需要決定，最高嘅達到620公里，最低220公里。[13]:III–10

軌道飛行

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『奮進號』喺STS-134任務期間與國際太空站對接

穿梭機進入嘅軌道由飛行任務決定。根據設計階段嘅構想，穿梭機將以越來越低嘅發射成本部署商用或政府衛星。早期任務經常運送衛星，軌道器進入嘅軌道類型便由呢啲衛星決定。『挑戰者號』失事後，好多商用貨物改用三角洲2號運載火箭之類消耗型商業火箭運送。[13]:III–108, 123雖然此後嘅穿梭機依然會有商用貨物運送，但大部分任務已轉為運輸科學貨物，如哈勃太空望遠鏡[13]:III–148、太空實驗室[17]:434–435，以及伽利略號探測器[13]:III–140。從STS-74開始，軌道器經常與和平號太空站對接[13]:III–224。進入21世紀後，多架穿梭機參與國際太空站建設[13]:III–264。大部分任務需要喺軌道逗留幾日乃至兩星期，而且喺配有延時設施時仲可以進一步延長時間[13]:III–86。STS-80共持續17天15小時，係歷時最長嘅穿梭機任務[13]:III–238。

再入同着陸

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STS-42任務再入時『發現號』嘅飛行甲板視野
 
完成STS-124任務着陸嘅『發現號』打開減速傘

脫離軌道約四小時前，機組人員開始關閉貨艙門、排放多餘熱量並收返Ku波段天線，為軌道器再入做準備。軌道器翻轉至底面朝上，尾部優先脫軌，返回大氣層前約20分鐘開始啟動軌道機動系統並持續兩到四分鐘。接落嚟軌道器轉至頭部朝前並前傾至40度攻角，前方嘅反推力系統排空燃料並喺返回大氣層前禁用。根據預先設定，軌道器會喺距地120公里高空開始再入，呢個時候速度約為25馬赫。再入過程由通用計算機控制，遵循預設攻角，以防隔熱系統遇到嘅溫度太高或其他唔安全情況。通用計算機仲控制軌道器通過S形機動減速，僅利用橫滾軸轉向，從而喺唔改變攻角嘅前提下抵消多餘速度。[13]:III–12軌道器尾部嘅反推力系統喺下降階段禁用，進入低層大氣後，軌道器副翼、升降舵同方向舵都可以發揮作用。軌道器喺距地46公里時打開垂尾上嘅空氣制動器。着陸前8分44秒，機組人員啟動空氣數據探針，並開始將攻角降至36°。[13]:III–12軌道器滑翔比同升阻比嘅最大比值隨速度顯著變化，範圍從高超音速時嘅1.3提升到亞音速嘅4.9[13]:II–1。軌道器朝航向校準柱飛行，咁樣嘅校準柱共有兩個，距跑道中線兩端均為48公里，軌道器呢個時候最後一次調整方向，抵消多餘嘅可以量後進近並着陸。機組人員喺軌道器速度降至亞音速後手動控制飛行。[13]:III–13

軌道器喺離地三千米處開始進近同着陸階段，呢個時候嘅飛機速度為每秒150米。軌道器呈-20°或-18°下滑，每秒下降51米。減速板用於保持速度穩定，機組人員喺距地610米時將滑行角度調整到-1.5°。起落架喺着陸前十秒放出，呢個時候軌道器離地仲有91米，滑翔速度每秒150米。最終嘅拉平動作將軌道器下降速度降至每秒0.9米，着陸速度根據軌道器重量唔同喺每秒100至150米範圍。起落架着陸後，機組人員將垂尾內嘅減速傘放出，並喺速度低於每秒72米時開始車輪制動。車輪停轉後，機組人員關閉飛行控件準備離開。[13]:III–13

着陸場

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位於肯尼迪航天中心嘅穿梭機着陸設施係穿梭機主着陸場，133次成功着陸中有78次係喺呢度。如果着陸條件不利，穿梭機可以推遲或喺別處着陸，其中首選備用着陸場喺愛德華茲空軍基地，共有54次成功着陸。[13]:III–18–20此外，『哥倫比亞號』完成STS-3任務後喺新墨西哥州白沙導彈靶場着陸，但因呢度嘅沙子富含石膏，穿梭機不得不經過大量後處理，STS-107任務失事後，『哥倫比亞號』殘骸中仍然發現部分白沙靶場嘅沙子[13]:III–28。選擇備用着陸場後，軌道器需用穿梭機運輸飛機送回卡納維拉爾角[13]:III–13。

除預先計劃嘅着陸場外，仲有85個商定嘅緊急着陸場，喺遇到各種情況被迫中止任務時使用，其中58個唔喺美國。緊急着陸場嘅選定主要考慮政治關係、天氣條件、需有至少2300米長嘅跑道，以及戰術空中導航系統同測距nan設備。此外，軌道器僅配有特高頻無線電，所以佢國着陸場無法直接同機組人員交流。美國東岸設施計劃用於東岸中止着陸，歐洲同非洲嘅着陸場計劃用於越洋中止着陸。呢啲設施大都為穿梭機緊急着陸備有設備同人員，但從未投入使用。[13]:III–19

着陸後程序

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『發現號』着陸後準備轉移機組人員

軌道器着陸後，地面人員靠近執行各項安全檢查。人員穿戴自給式呼吸裝備，檢測附近氫、聯氨、一甲基肼、四氧化二氮同氨含量，確保着陸區安全[38]。現場連接空調和氟利昂管線，為人員同設備降溫，消除再入產生嘅多餘熱量[13]:III-13。飛行外科醫生登上軌道器，經醫學檢查確定各人身體健康後才能讓機組人員下機。軌道器綁好後拖到軌道器處理設施檢查、維修，準備下一次任務。[38]

穿梭機計劃

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内文：美國穿梭機計劃

穿梭機於1981年4月12日首飛執行第一次任務[13]:III–24，最後一次任務喺2011年7月21日完成[13]:III–398。成個計劃包含135次任務[13]:III–398，其中133次安全返回[13]:III–80, 304。喺呢段期間，穿梭機實現多種功能，如科學研究[13]:III–188，商用[13]:III–66、軍用[13]:III–68同科學有效載荷部署[13]:III–148，仲曾參與國際太空站[13]:III–264與和平號太空站嘅建設同運作[13]:III–216。穿梭機執行任務期間係美國僅有嘅宇航員發射航天器，此後直到2020年5月30日才有新發射嘅載人龍飛船示範2號接班[39]。

預算

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估計航空航天局為穿梭機計劃投入嘅預算總額為2210億美元[注 3][13]:III−488。開發者提倡通過可重複使用嚟節省成本，導致前期開發成本提高，以期換取之後每次發射嘅低成本。穿梭機設計第二階段成本要比第一階段嘅估算值高，穿梭機計劃主任羅伯特·湯普森承認，後面設計階段嘅主要目標唔包含降低造價，因為降低成本會導致其他技術要求無法滿足。[13]:III−489−4901972年嘅開發估算預計每磅有效載荷嘅成本為1109美元，但即便唔考慮穿梭機研究同發展開支，實際每磅有效載荷嘅成本都高達3萬7207美元[13]:III−491。每次發射嘅成本都唔同，唔單只取決於飛行頻率，亦受穿梭機計劃期間研究、發展同調查程序嘅顯著影響。1982年，航空航天局公布嘅估算值為每次飛行2.6億美元，但估算標準係每年飛行24次並持續十年。1995至2002年間，國際太空站同軌道器都冇建造，而且都冇事故及後續嘅搜救工作，但平均每次發射嘅成本仍達8.06億美元。1999年，航空航天局公布研究結果，如果每年發射七次，則平均每次嘅成本喺5.76億美元。2009年，航空航天局確定每年一次發射嘅成本為2.52億美元，表明人員同任務開支喺穿梭機計劃中占大頭，與發射頻率基本無關。從成個穿梭機計劃預算嚟睇，平均每次發射耗資16.42億美元。[13]:III−490

災難

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内文：挑戰者號穿梭機災難同哥倫比亞號穿梭機災難

1986年1月28日，計劃執行STS-51-L任務嘅『挑戰者號』因右側固體助推器故障喺發射73秒後瓦解，機上七名宇航員冚唪唥喪生。固體助推器各段箱體嘅密封對任務安全至關重要，但用於密封嘅O形環喺低溫下失效，導致高溫燃燒氣體從助推器之間逸出，燒穿旁邊嘅外儲箱，最終導致軌道器解體。[40]:71設計工程師曾一再警告，冇足夠證據表明O形環喺溫度低於12°C時仍可以保證密封效果，但被航空航天局高管置若罔聞[40]:148。

2003年2月1日，即將完成STS-107任務嘅『哥倫比亞號』喺返回大氣層時解體，七名機組人員冚唪唥遇難，事故主要原因係機翼前緣嘅碳纖維強化碳質複合材料喺起飛時受損。地面控制工程師先後三次要求國防部提供高分辨率相，用於了解損傷程度，同時航空航天局首席隔熱系統工程師要求安排『哥倫比亞號』機組人員到艙外檢視破損情況。但係，航空航天局高管介入阻止國防部提供軌道器圖像，同時拒絕安排太空行走[13]:III–323[41]；航空航天局高管都冇考慮出動『亞特蘭提斯號』派宇航員修理『哥倫比亞號』或營救機上人員[42]。

批評

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穿梭機喺開發初期就包括部分可重複使用嘅主要設計要求[6]:164。為確保軌道器安全返回並可再利用，技術決策削減每次發射嘅有效載荷能力，希望可以降低單次發射成本，進而提高發射頻率。但係，穿梭機發射嘅實際成本遠超預估，飛行頻率都遠遠冇達到航空航天局每年24次嘅初步預測。[43][13]:III–489–490穿梭機最初打算用作部署衛星嘅發射航天器，『挑戰者號』失事前都的確係咁。航空航天局嘅定價低於一次使用發射航天器，而且低於實際成本，本期望通過大量執行穿梭機任務彌補早期經濟損失。但隨着一次使用運載火箭嘅改善，以及『挑戰者號』失事導致好多商業貨物改用一次使用運載火箭運送，最終衛星布署都開始以一次使用運載火箭為主。[13]:III–109–112

『挑戰者號』同『哥倫比亞號』嘅慘劇表明穿梭機存在安全隱患，可可以導致人員喪生。軌道器採用太空飛機設計，導致遇到緊急狀況時嘅中止手段有限，因為中止任務後仲需控制軌道器飛行並喺跑道着陸，或係機組人員單獨離開軌道器，唔似阿波羅太空船同聯盟號宇宙飛船咁樣擁有發射逃逸系統等多種逃生手段。[44]航空航天局工程師同管理人員早期嘅安全分析結果稱，發生重大事故導致人員傷亡嘅幾率喺前一百次發射期間僅有十萬分之一[45][46]。兩架穿梭機失事後，初始任務風險經過重新評估，重大事故導致人員喪生或軌道器損毀嘅幾率高達一比九[47]。外界譴責航空航天局管理層為提高任務頻率不惜以加大機組人員人身安全風險為代價。『挑戰者號』同『哥倫比亞號』嘅事故報告都表明，航空航天局存在唔可以客觀評估任務潛在風險以確保機組人員安全嘅文化。[46][48]

退役

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完成最後一次着陸嘅『亞特蘭提斯號』

穿梭機退役計劃喺2004年1月公布[13]:III-347，喬治·沃克·布什總統通過太空探索展望呼籲喺完成國際太空站建設後將穿梭機退役[49][50]。為確保國際太空站妥善裝配，參與建設各方於2006年3月確定接落嚟仲需要16次裝配任務[13]:III-349。2006年10月，穿梭機再增加一次哈勃太空望遠鏡維護任務[13]:III-352。根據原有計劃，STS-134係最後一次穿梭機任務。但因『哥倫比亞號』失事，航空航天局開始安排更多嘅軌道器進入發射準備狀態，以便喺發生緊急情況時執行救援任務。2010年9月，就喺『亞特蘭提斯號』為最後一次按需發射準備期間，航空航天局決定裝載四名機組人員嘅STS-135任務為最後一次穿梭機任務，如果遇到緊急情況，機組人員可以留喺國際太空站[13]:III-355。2011年7月8日，『亞特蘭提斯號』最後一次起飛，並喺12天18小時後於協調世界時2011年7月21日上午9點57分喺肯尼迪航天中心着陸，為穿梭機嘅三十餘年歷史划上句點[13]:III-398。此後美國連接多年依靠俄羅斯聯盟號宇宙飛船運送宇航員，直至2020年5月30日載人龍飛船示範2號發射為止[51]。

每個軌道器完成最後一次飛行後都經過處理，可以安全展示。軌道機動系統同反推力系統使用嘅自燃推進劑對人體有毒，係軌道器展示嘅主要風險來源，兩系統嘅絕大部分零件均已永久移除，防止任何危險排氣嘅可可以。[13]:III-443『亞特蘭提斯號』放喺肯尼迪航天中心遊客中心展出[13]:III-456，『發現號』喺史蒂文·烏德沃爾哈齊中心展覽[13]:III-451，『奮進號』喺加州科學中心展示[13]:III-457，『企業號』喺無畏號海、空暨太空博物館[13]:III-464展出。軌道器部件轉送美國空軍、國際太空站計劃，以及俄羅斯同加拿大政府。發動機拆除並用喺太空發射系統，但為展示美觀考慮，軌道器上附有主發動機後備噴嘴。[13]:III-445

流行文化

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穿梭機及各種虛構變體喺多部電影中扮演重要角色。1979年嘅詹姆斯·邦德系列電影《鐵金剛勇破太空城》講述英國借用嘅穿梭機被盜[52]。1986年電影《突破二十五馬赫》講述『亞特蘭提斯號』意外發射升空，機上嘅美國太空夏令營師生不得不充當機組人員[53]。2013年電影《地心引力》虛構『探險家號』穿梭機執行STS-157任務，但因遭遇軌道上高速飛行嘅太空垃圾導致機毀人亡[54]。樂高推出穿梭機模型[55]。飛行模擬器同太空飛行模擬器遊戲中同樣可見穿梭機嘅身影，如《微軟太空模擬器》[56]、《軌道器》[57]同《穿梭機任務2007》[58]。美國郵政署已發行多種描繪穿梭機嘅郵票，其中首枚於1981年面世，而家國家郵政博物館展出[59]。

睇埋

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注釋

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  1. ↑ 成功次數指成功嘅穿梭機任務次數。
  2. ↑ 所有穿梭機任務中只有STS-1同STS-2喺外儲箱使用白色防火塗料。為減輕重量，之後嘅任務都冇使用乳膠塗料，外儲箱為橙色[8]:48。
  3. ↑ 如無特別說明，本文所有金額均按通貨膨脹折算為2012年美元價值。

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