航天飞机 Shuttle 和 Buran。发明和生产的历史

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航天飞机或简称航天飞机（英语：Space Shuttle - “航天飞机”）是美国可重复使用的运输航天器。这些航天飞机被用作美国宇航局政府计划太空运输系统（STS）的一部分。据了解，航天飞机将像航天飞机一样在近地轨道和地球之间“疾驰”，双向运送有效载荷。

航天飞机和暴风雪航天飞机
航天飞机在太空

该航天飞机计划自 1971 年起由北美罗克韦尔公司代表 NASA 开发。在创建该系统时，许多技术解决方案被用于 1960 世纪 12 年代阿波罗计划的登月舱：固体燃料加速器实验、固体燃料加速器分离系统以及从外部油箱接收燃料的系统。总共建造了五架航天飞机（其中两架在灾难中丧生）和一架原型机。 1981年21月2011日至XNUMX年XNUMX月XNUMX日进行了太空飞行。

虽然太空发射很少见，但运载火箭的成本问题本身并没有引起太多关注。但随着太空探索的进展，它开始变得越来越重要。在发射航天器的总成本中，运载火箭的成本各不相同。如果运载火箭是串行的，它发射的航天器是独一无二的，那么运载火箭的成本大约是总发射成本的10%。如果航天器是串行的并且载体是唯一的——高达 40% 或更多。

太空运输成本高的原因是运载火箭只使用一次。卫星和空间站在轨道或行星际空间运行，带来一定的科学或经济成果，而设计复杂、设备昂贵的火箭级则在致密的大气层中燃烧。自然地，通过重新发射运载火箭来降低太空发射成本的问题就出现了。

这种系统的项目很多。其中之一是太空飞机。这是一种带翼机器，就像客机一样，将从太空港起飞，并将有效载荷送入轨道（卫星或航天器），然后返回地球。但是仍然不可能制造出这样的飞机，主要是因为有效载荷质量与机器总质量的必要比例。许多其他可重复使用的飞机方案被证明在经济上无利可图或难以实施。

尽管如此，在美国，他们仍然致力于制造可重复使用的航天器。许多专家反对如此昂贵的项目。但五角大楼支持他。

航天飞机系统（“航天飞机”）的开发始于 1972 年的美国。它基于可重复使用的航天器的概念，旨在将人造卫星和其他物体发射到近地轨道。航天飞机是载人轨道级、两个固体火箭助推器和位于这些助推器之间的大型燃料箱的组合。

航天飞机在两个固体推进剂助推器（每个直径 3,7 米）的帮助下垂直发射，轨道级的液体推进剂火箭发动机由来自大型燃料的燃料（液氢和液氧）提供动力坦克。固体推进剂助推器仅在轨迹的初始部分运行。他们的运行时间只有两分钟多一点。在70-90公里的高度，助推器被分离出来，降落到水中，进入海洋，然后被拖到岸边，以便在修复和充电后再次使用它们。进入轨道时，燃料箱（直径 8,5 米，长 47 米）掉落并在致密的大气层中燃烧。

航天飞机和暴风雪航天飞机
航天飞机发射

该复合体中最复杂的元素是轨道级。它类似于带有三角翼的火箭飞机。除了发动机外，它还装有驾驶舱和货舱。轨道级像传统的航天器一样脱离轨道并在没有推力的情况下着陆，这只是由于小展弦比后掠翼的升力。机翼允许轨道级在射程和航向中执行一些机动，并最终降落在特殊的混凝土带上。舞台的着陆速度远高于任何战斗机——大约每小时350公里。轨道级的主体必须承受 1600 摄氏度的温度。隔热罩由 30922 块硅酸盐瓦片组成，它们粘在机身上并紧密贴合在一起。

航天飞机在技术上和经济上都是一种妥协。航天飞机送入轨道的最大有效载荷为14,5-29,5吨，发射质量为2000吨，即有效载荷仅为加油航天器总质量的0,8-1,5%。与此同时，对于具有相同有效载荷的传统火箭来说，这个数字是 2-4%。如果我们以有效载荷与结构重量的比率（不包括燃料）作为指标，那么有利于传统火箭的优势将进一步增加。这就是至少部分重复使用航天器结构的机会的代价。

宇宙飞船和空间站的创造者之一，苏联飞行员，K.P.教授。 Feoktistov 对 Shuttle 的经济效率评价如下：“不用说，要创建一个经济的运输系统并不容易。一些专家也对 Shuttle 的想法感到困惑，如下所示。一年内只有一个“飞机”，为了证明其建造的合理性，必须将大约一千吨不同的货物送入轨道。另一方面，有一种趋势是减轻航天器的重量，增加它们在轨道上的有效寿命，并且，通常，通过为每个运载火箭解决一组任务来减少运载火箭的数量。

方案“航天飞机”（点击放大）

从效率的角度来看，建造如此大承载能力的可重复使用的运输船还为时过早。借助 Progress 型自动运输车来供应轨道站的利润要高得多。今天，航天飞机发射一公斤货物的成本是 25000 美元，而质子航天飞机发射到太空的成本是 5000 美元。

如果没有五角大楼的直接支持，该项目几乎不可能进入飞行实验阶段。项目一开始，就在美国空军总部设立了一个委员会，负责航天飞机的使用。决定在加利福尼亚州的范登堡空军基地建造一个航天飞机发射台，从该发射台发射军用航天器。 “检查”在轨外星人。空间物体及其运往地球。航天飞机也被认为是制造太空激光武器的整体计划的关键环节之一。

因此，哥伦比亚号宇宙飞船的机组人员已经在首次飞行中执行了一项与检查激光武器瞄准装置可靠性有关的军事任务。放置在轨道上的激光必须准确地瞄准距离它数百和数千公里的导弹。

自 1980 年代初以来，美国空军一直在准备在极地轨道进行多项非机密实验，以开发用于跟踪在空气和无空气空间中移动的物体的先进设备。

28年1986月39日的挑战者号灾难对美国太空计划的进一步发展做出了调整。挑战者号进行了最后一次飞行，使整个美国太空计划瘫痪。当航天飞机被搁置时，美国宇航局与国防部的合作受到质疑。空军已经有效地解散了它的宇航员小组。被命名为 STS-XNUMX 并转移到卡纳维拉尔角的军事科学任务的组成也发生了变化。

下一次飞行的日期一再推迟。该计划仅在 1990 年恢复。从那时起，航天飞机定期进行太空飞行。他们参与了哈勃望远镜的维修、和平号空间站的飞行以及国际空间站的建设。

到苏联恢复穿梭航班时，一艘可重复使用的船已经准备就绪，在许多方面都超过了美国的。 15 年 1988 月 XNUMX 日，新型 Energia 运载火箭将 Buran 可重复使用的航天器发射到近地轨道。在奇迹机器的引导下绕地球绕了两个轨道，他漂亮地降落在拜科努尔的混凝土跑道上，就像一架俄罗斯航空公司的客机。

航天飞机和暴风雪航天飞机
复杂的“能源 - 暴风雪”的开始

Energia运载火箭是整个运载火箭系统的基础火箭，由不同数量的统一模块化级组合而成，能够将10吨到数百吨的运载火箭发射到太空！它的基础，核心，是第二步。它高60米，直径约8米。它有四个由氢（燃料）和氧（氧化剂）驱动的液体推进剂火箭发动机。每个这样的发动机在地球表面的推力为 1480 kN。四个块成对停靠在其底部的第二级周围，形成运载火箭的第一级。每个块都配备了世界上最强大的四室发动机RD-170，在地球附近的推力为7400 kN。

将第一、二级“包”起来，组成强大的重型运载火箭，发射重量可达2400吨，有效载荷100吨。飞行开始时其发动机的总推力达到 36000 kN。

“暴风雪”与美国的“航天飞机”有着极大的相似之处。该船是根据具有可变后掠角三角翼的无尾飞机的方案建造的，它具有空气动力学控制装置，可在返回大气层的密集层（方向舵和升降舵）后在着陆期间工作。他能够通过高达 2000 公里的横向机动在大气层中进行受控下降。

Buran的长度为36,4米，翼展约为24米，底盘上的船高超过16米。该舰的发射重量超过100吨，其中14吨为燃料。一个密封的全焊接机组人员舱和大部分飞行设备，作为火箭和太空综合体的一部分，在轨道、下降和着陆的自主飞行被插入机头舱。客舱容积 - 超过 70 立方米。

航天飞机和暴风雪航天飞机

太空中的暴风雪

当返回大气层的稠密层时，船体表面受热最严重的部位温度高达1600度，而直接到达船体金属结构的热量不应超过150度。因此，“暴风雪”号以强大的热保护而著称，它在着陆过程中通过致密的大气层时为船的结构提供了正常的温度条件。

38万多块瓷砖的隔热涂层由特殊材料制成：石英纤维、高温有机纤维、部分碳基材料。陶瓷装甲能够在不将热量传递到船体的情况下积聚热量。这种装甲的总质量约为 9 吨。

Buran货舱的长度约为18米。其巨大的货舱可容纳重达 30 吨的有效载荷。大型航天器可以放置在那里——大型卫星、轨道站块。该船的着陆重量为82吨。

“暴风雪”配备了自动和载人飞行所需的所有系统和设备。这些是导航和控制手段，无线电工程和电视系统，以及用于控制热状态的自动设备，以及船员的生命支持系统，等等。

主推进系统，两组机动发动机，位于尾部末端和船体前方。

能源暴风号系统与航天飞机系统的区别如下：在能源暴风号系统中，只有轨道飞船本身是首次飞行中可重复使用的元件，第一级块和中央块是可重复使用的。发射过程中丢失。

另一方面，创建了通用运输太空系统，与美国人不同，它不仅可以将暴风雪号发射到太空，还可以将重达100吨的任意重物发射到太空，而在美国，航天飞机是运输系统的一个组成部分，货物重量限制为 29,5 吨，并且由于轨道船的对准特征，没有进行过一次满载飞行。美国曾计划在航天飞机（Shuttle-C）的基础上创建一次性货运系统，但并未实施。

作者：Musskiy S.A.

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科学家们提出的方法可以对硅中电荷的移动速度进行最灵敏的测量，这是其作为半导体有效性的一个指标。因此，新方法将使更准确地评估某些掺杂剂对硅电导率的影响成为可能，并将为改善半导体器件的特性奠定基础。只有通过更好地了解流程，这是一个几乎无偿提高芯片性能的机会。可以这么说，进行调音。

传统上，硅中电子和空穴的迁移率是通过霍尔法测量的。该方法假设触点焊接在硅（半导体）样品上以通过电流。这种方法的缺点是焊点处会出现缺陷或杂质，从而导致测量结果失真。

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由于显而易见的原因，可见光无法穿透硅的厚度。为此，用太赫兹辐射（在远红外范围内）照射光掺杂样品，其中硅是透明的。并且样品中的带电粒子越多，穿透或被样品吸收的光就越多。这里需要注意的是，为了更准确地测量样品中的电子迁移率，它的厚度应该相当大，最高可达 1 毫米。这排除了样品表面缺陷对测量的影响。

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