前言
太空梭系統(Space Shuttle System)是美國國家航空暨太空總署(NASA, National Aeronautics & Space Administration)在阿波羅計劃(Project Apollo)時代所研發,為目前人類往返於太空及地球間唯一可重複使用的劃時代可載人、載貨的運載系統。2003年2月1日發生的哥倫比亞號(OV-102, Columbia)太空梭意外事件,讓太空梭這套運載系統的運用再度受到注意。

壹、發展歷史
由於每次發射火箭的經費相當昂貴,重複使用性又不高,在第二次世界大戰後,歐美的航太科學家都竭盡全力研發可重複使用的運載系統。其中英國的一項構想名為MUSTARD,就是「多單位太空運輸及回收裝置」之意。依此構想,整套系統是由三具相同的三角翼火箭所組成,一併發射到達軌道後再分別脫離。其中兩具火箭只是用來輔助第三個火箭進入繞行軌道。法國和德國也有類似的構想,可是都只停留在設計階段,沒有一個能付諸實現。

美國空軍(USAF)在1947年7月26日成為美國國防部(DoD)轄下一個獨立軍種後,太空一直是其想要拓展的領域。1959年美國空軍和波音航太部門(Boeing Aerospace Division)簽約,製造一架載人的三角翼小型火箭,計劃名為Power-High,裝設在一具擎天神一號火箭(Atlas 1)第三節部份上發射進入軌道,然後如今日太空梭般以滑翔的方式回到地面。1957年10月1日,國家航空諮詢委員會(NACA, National Advisory Committee Aeronautics)組織擴編為NASA。1963年首艘Power-High原型剛要進入裝配時,整個計畫無故取消。在1962年美國空軍的X-20動力滑翔載具(Dynamic Soaring Vehicle)計劃後,自1966年起NASA和美國空軍以X-20的技術資料,進行舉升體(Lifting Body)構型的M2-F2/F3、HL-10及X-24概念驗證機計劃,研究以飛機為基本構型的運載系統,於重返大氣時所產生的氣動力效應,並為日後實用化的太空梭打下基礎。此外美國國防部亦考慮利用太空梭來施放偵查及其他軍事用途的衛星,所以軍用相容性等因素也影響到太空梭的設計。就此太空梭主翼翼形決定採用三角翼來提高飛行機動性,同時貨艙尺寸加大以容納最大可能的軍用酬載。

1969年底NASA正式展開太空梭計劃(Project Space Shuttle),太空梭的正式名稱是軌道繞行載具(OV, Orbiter Vehicle),由於這種新式運載系統是往返穿梭於太空與地球間,故有「太空梭」的別名,這也是傳媒及民眾對此載具的俗稱。1970年代初期有數個太空梭設計方案提出,不過為了要達到成本與效應的均衡,因此將之一一排除,直到能符合這目標的方案選中為止。在1969年NASA原先的設計方案是採有人駕駛的發射載具把太空梭送上軌道,但因成本過高而放棄。1971年中旬北美‧洛克威爾公司(North American Rockwell)提出一個能完全重複使用的太空梭系統,不過操作成本也過高,因此排除。

為了降低成本,NASA放棄原先的完全重複使用太空梭系統構想,進而採納部分可重複使用太空系統的概念。有數個相關構想提出,其中包括由格魯曼航太(Grumman Aerospace)所提出的有人軌道載具,架設在一具屬於阿波羅計劃年代的農神五號(Saturn V)F-1火箭發動機上。

1972年初NASA採納一項由北美‧洛克威爾所提出的部分重複使用太空梭系統方案,其中包括一艘有人操作重複使用,酬載艙(Cargo Bay)容量加大的軌道環行載具。其他的包括兩具可重複使用的固體燃料火箭輔助推進器(SRB, Solid Rocket Booster),以及一具用完可拋棄的燃料槽。美國總統理查‧尼克森(Richard M.Nixon, 1913-1994)隨後親筆批准這項提案,於是NASA與得標的洛克維爾公司如火如荼的展開研製計劃。

計劃中的首艘原型載具,由得標的合約主承包商洛克維爾國際公司(Rockwell International)設在加州帕隆達爾(Palmdale)的子公司太空運輸系統公司(Space Transportation System)所製造。1976年9月17日首艘載具終於完工出廠,編號OV-101。之後,這艘載具便以美國當時有名的派拉蒙電影公司(Paramount)所拍攝的電視影集「星艦迷航」(Star Trek)中以一艘主角星艦(NCC-1701)的艦名,將之命名為企業號(Enterprise)。

不過企業號只是製造用來進行飛行、降落及其他各種測試項目的概念驗證載具,並不能夠進行全面作業。企業號的概念驗證飛行測試是由波音747-100改裝的載具運輸機747-SR(N905NA)運載到12,500公尺高度,釋放進行滑翔測試。其中在1977年2月15日的三次地面滾行測試中,最高速度曾達時速252公里。之後在作了13次各項飛行測試後,同年10月26日在最後一次試飛後就停飛,目前保存在美國國家航太博物館(National Air and Space Museum)中。

該項載具研製計劃中主燃料槽(ET, External Tank)早期是由馬丁‧馬瑞塔航太(Martin Marietta Aerospace)承包研製、生產,目前則是由洛馬公司(Lockheed Martin)承接主燃料槽的生產計劃;而固體燃料火箭輔助推進器(SRB)的研製及生產,早先是摩頓公司(Morton Thiokol Corp.)所承製,現在則是由聯合太空聯盟公司(United Space Alliance Inc.)負責。至於載具本身所使用的三具推進器,及控制進出軌道與飛行姿態的發動機,則是由洛克達因(Rocketdyne)負責研製。

1981年4月12日首艘新式載具點燃三具主發動機並發出隆隆巨響,在SRB推動下數秒後在上千萬人的注目中緩緩升空,自此首艘載人的新式載具終於發射成功!之後NASA與載具的主承包商,又陸續簽約製造了四艘,組成一個太空運輸飛行隊,這四艘載具的簡介詳後段章節所述。雖然挑戰者號在1986年1月發生於發射後隨即爆炸的意外,7名乘員全部罹難。可是在查明事故原因並加以改善後,於1988年9月載具發射任務恢復執行。

美國的太空梭計畫自1996年起,就由NASA的兩個最大承包商波音(Boeing)及洛馬公司負責。波音在1996年後開始生產太空飛行器,並與另一家國防裝備承包商洛馬集團合資成立聯合太空聯盟公司,並持有一半的股權。這兩家公司為爭取金額如此龐大的航太發射系統與各式載具的研製業務,通常是相互競爭。NASA原有意另聘管理團隊,但這兩家航太業者因為都不想失去在太空梭計畫中的既得地位與利益,故於1995年合資成立聯合太空聯盟公司。

聯合太空聯盟公司在德州休士頓(Houston)總部擁有四千位員工,負責太空人訓練、任務計畫,及維護連結載具中兩百五十萬個硬體零組件的數十億行軟體程式碼;在佛州奧蘭多(Orlando)市郊卡納維爾角(Cape Canaveral)的甘迺迪太空中心(KSC, John F. Kennedy Space Center)中有六千名員工,負責製造與裝配零組件、維修載具,及生產覆蓋於載具蒙皮上的矽質隔熱瓷片。此外該公司也負責替NASA監督國際太空站計劃(ISS, International Space Station)的執行進度,及在太空梭計畫中,與其他下游承包商的技術指導業務。
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