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反思航天飞机的功过是非
2011年第10期目录
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　　随着美国“阿特兰蒂斯”号最后一次发射，曾经红极一时的太空骄子也怅然落幕。如何评价航天飞机的功过是非，认真总结航天飞机的经验教训，对载人航天的未来发展具有积极意义。 中国论文网 /8/view-54879.htm　　 　　人类创举 　　 　　30年来，航天飞机取得了巨大的成就。自日“哥伦比亚”号航天飞机服役至2011年“阿特兰蒂斯”号航天飞机的最后飞行，美国航天飞机共发射了135架次，行程8亿多千米，运送1 750吨货物，乘坐过航天飞机的航天员达355人（其中48位是女性，14名航天员因航天飞机失事丧生），共计852人次；共有16个国家的航天员参与过航天飞机飞行任务。此外，还有2 000多个生物、材料科学、天文学等领域的试验在航天飞机上完成。航天飞机还先后与两座空间站对接过，其中9次与俄罗斯“和平”号空间站交会对接，37次与国际空间站交会对接。 　　航天飞机是载人航天技术的一个创举。作为人类迄今建造的最复杂、功能最强大的多用途航天器，它兼有运载火箭、人造地球卫星、货运飞船、载人飞船甚至小型空间站等许多功能，完成了大量复杂而艰巨的任务。尤其是多次把一些因形状和体积等因素而无法用运载火箭发射的重要航天器送上太空，这也大大放宽了对有效载荷尺寸和重量的限制，国际空间站的建造就是一个典型例子。有了航天飞机，航天员还可以出舱作业，从而大大扩展了人类在空间的活动规模和范围，其最有价值的一种空间活动就是能在轨回收、检修和释放卫星的组件，它曾5次在轨维修著名的“哈勃”空间望远镜。 　　另外，美国航天飞机起降时航天员往返太空时所承受的超重比飞船减少一半，使航天员遨游太空时很舒服，也大大降低了对航天员身体的要求，从而可把稍加训练的科学家、工程师、医生和教师等送上太空。 　　航天飞机是世界上第一个实现了部分重复使用且唯一能为国际空间站的建造运送舱段和大尺寸构件的天地往返运载器，具有宇宙飞船不可比拟的运人载货能力。迄今为止，航天飞机单次最多可载8人上天，运送物资最大质量为25吨，为建设国际空间站提供了根本保证。 　　航天飞机的许多技术目前仍保持着当代国际领先水平，如航天飞机主发动机可多次启动和多次重复发射使用，至今仍保持100%的成功率；航天飞机轨道器采用了全新的、可重复使用的独特的防热瓦，虽然怕撞击，但防热效果很好。尤其令人叹服的是在航天飞机整个研制过程中没有“无人飞行试验”这一阶段。 　　 　　为何退役 　　 　　那么，航天飞机为什么只使用了30年就提前退役了呢？从总体来看，高成本、高风险、政策上的转变是导致美国停止航天飞机计划的三大原因。 　　美国航空航天局最初预计，航天飞机项目将耗资约900亿美元。但据估计，该项目最终耗资约2 000亿美元。相比之下，美国“阿波罗”登月项目的成本为1 510亿美元。航天飞机每次仅发射费用就为5亿美元，这还没有计入分摊的设计制造成本。 　　美国媒体算了笔帐，30年来航天飞机共耗资1 960亿美元，一共发射135次，所以平均每次发射耗资高达15亿美元，虽然这笔资金远小于美国的战争支出或拯救华尔街金融机构的投入，但在美国财政紧张的情况下仍是一张高额账单。相比之下，美国全年在保证民众食品安全方面的支出只有8亿美元。美国媒体的统计显示，考虑通胀因素之后，美国花在航天飞机项目上的资金总额已超过登月、制造原子弹和开凿巴拿马运河的总和。媒体称航天飞机的退休“讨论已久”，如今见证这一刻感到“悲喜交加”。 　　如果航天飞机能以高成本安全运行也还说得过去，但事实上航天飞机的安全性和可靠性同样令人失望。航天飞机从来就没有达到其设计者设想的安全程度。5架航天飞机飞行了135架次，损失了2架，相当于每67次飞行就有一次失事。如果按单位里程的死亡率计算，航天飞机的危险性比喷气式飞机高约138倍。美国航空航天局2010年的一份内部安全性报告说，现在航天飞机安全性比30年前提高了10倍，但发生灾难性事故的风险仍然达到1/90。 　　由于航天飞机设计存在先天不足，没有逃逸系统，实行人货混运，既复杂又昂贵，对其改进只能是工艺上的，无法解决根本问题，其安全性和可靠性都远低于相对简单的载人飞船，所以只能用新型宇宙飞船替换航天飞机。 　　2004年，美国总统布什决定在2010年让航天飞机退役，以便每年节省花在航天飞机上的40亿美元，用于重返月球和载人登上火星。奥巴马在2009年当选总统后，改为载人登小行星，最终到达火星。 　　“阿特兰蒂斯”号进行最后飞行前已有2 500名工作人员离开了约翰逊航天中心，最后飞行之后还有2 000名工作人员要卷铺盖走人。有美国媒体指出，美国终止航天飞机项目会对旅游和就业构成一定影响。据报道，每次航天飞机发射吸引的游客能为肯尼迪航天中心周边的太空海岸地区带来数百万美元的经济效益，当地与航天飞机有关的各种工作岗位高达近3万个。据美联社报道，随着航天飞机项目的萎缩，太空海岸地区的失业率已上升到10.8%。 　　 　　适得其反 　　 　　20世纪70年代，美国航空航天局是这样宣传航天飞机的：它像飞机一样经济、安全和可靠。但现实证明，这个想法或许过于超前，航天飞机的许多设想根本无法实现。回首航天飞机的30年发展，有许多值得深思的地方，尤其是有一些设计远没有达到原定目的，甚至相反。比如： 　　研制航天飞机的根本目的是为了降低成本，为此设计了可重复使用的轨道器和固体助推火箭，而不像运载火箭和宇宙飞船都是一次性使用的，所以原先预想航天飞机每次发射费用只需3 000万美元，美国甚至把运载火箭生产线停了下来，认为用航天飞机发射卫星比运载火箭更经济。然而实践证明，由于航天飞机每次返回地面以后要进行大量费时费力的维修工作，从而使每次发射费用高达4～5亿美元，这让财大气粗的美国航空航天局也不堪重负。 　　原来认为航天飞机比宇宙飞船更安全，因为它是人类第一次把航天与航空技术高度有机结合起来的创举，有很大机翼的航天飞机可准确地滑翔降落到预定的跑道上，而宇宙飞船返回时只能采用在海面某一区域溅落或在荒原某一区域上径直着陆的方式，所以按理说，航天飞机似乎比宇宙飞船安全，接近航空的安全标准。但实际上，由于体积庞大、外形复杂，发射时航天飞机轨道器只能与外贮燃料箱并联在一起，所以它并不安全，轨道器很容易受到从外贮箱掉下来的保温材料的撞击，至今，美国5架航天飞机已损失了两架。 　　最初设计航天飞机的“卖点”之一是它每周都能发射，原来以为航天飞机能像民航客机一样，每次返回后进行简单维修就可再次发射。但实际上由于每架航天飞机返回地面以后维修量很大，所以每两次发射时间的间隔也很长，一般情况下航天飞机每年仅能进行5～6架次发射。自1981年投入运行以来，美国航天飞机每年最多飞行9次，远低于当初设想的每年飞行50次。另外，按照原来的设计，每架美国航天飞机的轨道器可以重复使用100次，然而实际上美国的5架航天飞机总共才进行了135架次的飞行就全部退役了。 　　由此，我们不禁要问：为什么这个曾被看作是继“阿波罗”登月计划之后空间时代的第二个里程碑会出现如此重大的设计失误？航天飞机在载人航天的发展史上到底起到了多大作用？美国在花了30年时间和2 000亿美元发展航天飞机后现在又重新青睐飞船，这条大弯路走得值不值？其深层次原因是什么？ 　　 　　原因何在 　　 　　要回答上述几个问题不是一件容易的事，它涉及到政治、管理、技术、资金和文化等多个方面。比如，美国研制航天飞机时有深刻的冷战背景，为了与苏联在太空开展竞赛，美国在载人航天领域采取了争先跳跃的战略方针，一味追求技术先进性，先是把政治摆在第一位，后来又把任务摆在第一位。
　　为了满足空军方面对机动能力的高要求，美国航空航天局决定航天飞机轨道器采用三角翼轨道器布局，此举带来了一个严重的技术问题，即再入气动加热更加严重。但为了使国防部满意，美国航空航天局还是忍痛做出这个决定。 　　由于技术上的限制，在运载能力和结构安排出现矛盾时，美国航空航天局选择了把轨道器与外贮箱平行放置的并联方案，而没有选择把轨道器置于火箭顶部这一较安全的串联方案，目的是保证轨道器的容积和降低费用，但这大大增加了航天飞机的危险性。 　　为了降低成本，并提高有效载荷发射能力和返回地球时携带有效载荷的能力，对轨道器也进行了相应简化，例如，取消了涡轮风扇发动机和航天员逃逸系统等。这也给航天飞机带来致命的缺陷，使航天飞机着陆时不能作2次着陆；一旦发射出现事故时航天员无法应急救生，但由于该方案基本达到了国会所要求的研制5架航天飞机费用为50亿美元的目标，所以最终被采纳了。 　　其实，很早就有人对航天飞机的安全提出过批评。一是航天飞机是人货混用，而不是像宇宙飞船那样分载人飞船和货运飞船，所以用航天飞机发射卫星时需有数名航天员陪着上天，这样做既不经济，也不安全；二是美国自认为其航天飞机可靠性极高，所以没有采取安全救生措施，因为安装救生设备很麻烦。原计划采用具有多次启动能力的液体助推器发射航天飞机，但后来考虑到液体助推器成本较高，所以改为固体助推器。这也是美国政治领导人与美国航空航天局领导人在20世纪70年代初期相互“妥协的产物”。 　　航天飞机设计的最大失误是目标过高，要求它成为“包打天下”的航天器兼运载器，既可以作为“太空巴士”运送航天员，又可以作为“太空卡车”运送大量货物，从而取代全部军、民、商航天发射，而不是研制一种适合特定要求的航天器，结果大大超出了现有技术水平。因为这种多功能性也意味着高成本：运送航天员的安全要求导致巨大的成本；而运送空间站组件或太空望远镜等大质量有效载荷则需要更多动力和燃料，结果使航天飞机成本居高不下。当年白宫决策的错误就在于把美国航空航天局推上了一个不得不接受一项力不从心、超越其能力的任务的两难境地。 　　这些问题也缘于美国的政策变化。太空竞赛初期，美国航天项目“不差钱”，但随着越南战争等问题成为重点，航天预算受限。1966年，美国航空航天局预算高达59亿美元，但到了航天飞机开工的1972年，已削减至34亿美元。因此，最终设计制造出的航天飞机已不是最初的设想，而是折中的产物。比如为了省钱，航天飞机的外贮箱设计成一次性使用，而助推器坠至海洋后可回收重复使用。这似乎节约了航天飞机的制造成本，但发射成本大幅升高，总成本反而增加。由于预算受限，美国已无力设计制造下一代航天飞机。史密森学会国家航空航天博物馆的专家罗杰?劳尼厄斯说：“航天飞机使用的是上世纪六七十年代的技术，美国航空航天局也没想到它能飞到2011年。” 　　 　　早夭的后继者 　　 　　其实，对于航天飞机存在诸多难以克服的先天不足，美国很早就开始着手研制第二代航天飞机了，主要包括X-33/“冒险星”和“轨道空间飞机”等，但后来都因资金和技术等原因中途夭折，没有成功。 　　1997年开始研制的X-33/“冒险星”是一种垂直起飞、水平降落的可重复使用单级火箭运输器，其中X-33为一种缩比型的试验用运输器，原计划进行15次飞行试验，如获成功则继续研制工作型运输器“冒险星”。而“冒险星”是三角型气动外形，是无翼的升力体式飞行器，拟采用线性气塞式火箭发动机、全复合材料和金属防热瓦等新技术，以便能单级入轨，降低发射费用和成本。其发射费用有望达到目前航天飞机的1/10。然而，X-33/“冒险星”的技术十分复杂，研制风险很大，所以当时起名叫“冒险星”。日，美国航空航天局宣布，由于技术和财政方面的原因，取消已耗资13亿美元的X-33/“冒险星”计划。据悉，该项目的线性气塞式火箭发动机和金属防热瓦的研制进展顺利，但采用石墨复合材料制造的轻质量燃料箱的研制不断出现问题，结果使这一项目夭折。 　　X-33/“冒险星”下马后，2002年11月，美国航空航天局又提出了研制“轨道空间飞机”的方案。与航天飞机人货混运不同，以现有技术为基础的“轨道空间飞机”只运人不运货，相当于“航天轿车”，可乘坐4～6人，具有成本低、风险小的优点。不过，“轨道空间飞机”也是“短命鬼”。2004年，由于美国要实施星座计划，研制乘员探索飞行器，为此取消了“轨道空间飞机”项目。所以，第二代航天飞机至今没有服役。 　　 　　成功之母 　　 　　在太空探索史上留下浓重一笔的航天飞机，应被看作人类终跨出地球的一种十分有益的尝试，其经验和教训都将是人类建造更先进、更完美航天器的宝贵财富。美国航空航天局局长博尔登说：“航天飞机是个了不起的运载工具，这个不可思议的项目教会我们许多东西，并帮助明天的太空探索成为可能。”俄罗斯航天局长波波夫金甚至认为，经过一定发展，航天飞机在新技术的基础上“复活”也不是没有可能。 　　虽然今后美国将用多种新型载人飞船完成天地往返运输任务，但是航天飞机在世界载人航天史上立下的汗马功劳永远不可磨灭，其很多先进技术还将在未来的很长一段时间发挥重要作用，美国航空航天局将继承和利用航天飞机的成熟技术和可靠部件来发展新一代载人飞船和重型运载火箭。 　　责任编辑：兆然
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载人飞船、空间站和航天飞机的区别
　　神舟太空集团获悉，载人飞船、航天飞机和空间站是当代载人航天器的3种主要类型。其中载人飞船是开创载人航天历史的载人航天器。它用一次性火箭发射，发射费用较少，结构简单，用途也较广，既可作为天地之间往返飞行的载人运输工具，又可作为空间站的救生艇。与航天飞机比较，飞船技术比较简单，更切合载人航天初期的实际需要。发展航天飞机的初衷是想通过重复使用降低运行成本，但从目前发展航天飞机的大国看，其研制、运行费用并未减下来。俄罗斯因经费问题，其航天飞机未能研制下去，目前仍使用飞船。欧洲曾发展小型航天飞机使神号，但由于电子技术复杂和研制成本高，所以进行了8年之后又下马了。由此看来，中国发展载人航天事业，从技术基础和研制成本等多方面综合考虑，发展载人飞船是切合中国实际国情的途径，也符合载人航天历史发展的情况。前苏联和美国的载人航天都是从研制载人飞船起步的，即先用载人飞船把宇航员送入太空，接着利用飞船进行太空行走和航天器对接等活动，再由宇航员乘坐飞船登上月球(前苏联的登月计划没有成功)。　　空间站的特点之一是经济性。例如，空间站在太空接纳宇航员进行实验，可以使载人飞船成为只运送宇航员的工具，从而简化了其内部的结构，降低了太空飞行时的物资消耗。这样既能降低其工程设计难度，又可节省航天费用。另外，空间站在运行时可载人，也可不载人，只要宇航员启动并调试后它可照常进行工作，定时检查，到时就能取得成果。这样能缩短宇航员在太空的时间，减少许多消费。当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件，延长寿命。增加使用期也能减少航天费用。因为空间站能长期(数个月或数年)飞行，故保证了太空科研工作(含军事方面)的连续性和深入性，这对研究的逐步深化和提高科研质量有重要作用。
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空间站在运行时可载人，也可不载人，只要宇航员启动并调试后它可照常进行工作，定时检查，到时就能取得成果。这样能缩短宇航员在太空的时间，减少许多消费。当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件，延长寿命。
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保存至快速回贴隐身飞机的克星--《科学与文化》1998年05期
隐身飞机的克星
【摘要】：正 隐身飞机采用独特的结构设计.使用了特殊的结构材料和表面涂层,使得号称"千里眼"的雷达也徒唤奈何,但它却躲不过红外搜索跟踪系统。红外搜索跟踪系统是以现代红外技术为基础,接收目标和场景发出的红外辐射,利用目标与背景的温度差,以全被动方式探测飞机、直升机、导弹等空中目
【关键词】：
【分类号】：V218【正文快照】：
隐身飞机采用独特的结构设计,使用了特殊的结构材料和表面涂层,使得号称“千里眼”的雷达也徒唤奈何,但它却躲不过红外搜索跟踪系统。 红外搜索跟踪系统是以现代红外技术为基础,接收目标和场景发出的红外辐射,利用目标与背景的温度差,以全被动方式探测飞机、直升机、导弹等空
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不灭的太空探索精神（上）——航天飞机研发史
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?"航天飞机是NASA在“阿波罗”登月计划结束之后又一个勃勃的太空计划，但该计划是基于不稳定的政治支持和持续的资金削减基础之上的，导致航天飞机的研制工作不得不在艰难中前进。不过NASA最终获得了成功，在1981年进行了航天飞机的首次太空任务。航天飞机在许多方面都表现出令人印象深刻的创新特性，但也因研制中的妥协而为日后的“挑战者”和“哥伦比亚”号悲剧埋下了伏笔……航天飞机的起源20世纪60年代，NASA在其头号任务上取得了巨大的成功，把人送上了月球。虽然“阿波罗”登月计划会一直延续到70年代中期，但此时的NASA急需获得一项新使命来保持机构的地位。因为随着阿波罗计划的结束，公众对登月的兴趣会逐渐消退，NASA的影响力必然会降低，随之而来的将是削减拨款和裁员。“阿波罗”登月计划极大鼓舞了美国国民的士气NASA花了好几年时间来确定下一步该怎么走。1969年尼克松上任后不久，授权成立了一个副总统斯皮罗?阿格纽指导的“太空任务小组”，来确定NASA在后“阿波罗”时代的发展方向。太空任务小组成员包括NASA局长托马斯?潘恩、空军部长罗伯特?西曼斯、尼克松总统的科学顾问李?杜布里奇。阿格纽副总统的存在仅具有象征意义，小组的其他成员觉得他对这件事情了解甚少，也不感兴趣。托马斯?潘恩和尼克松总统等待接见“阿波罗”11号的返航宇航员1969年9月，太空任务小组发布了研究报告。报告的核心内容展示了一幅沿着20世纪50年代的宏伟愿景路线而绘制的“空间基础设施”蓝图，其中包括空间站、太空、月球和行星运输载具、月球基地等，报告预计美国将在20世纪80年代初开始把人送上火星。而这一切想要成功都基于一个关键要素——可重复使用的载人航天发射系统。该系统一开始被称为“太空运输系统”（STS），而这就是航天飞机的起点。1969年太空任务小组设想的“空间基础设施”蓝图，已经具有了航天飞机的雏形其实类似的“可重复使用载具”（RLV）的想法并不新颖。为了解决制造一个昂贵的后发射一次就被抛弃的浪费问题，第二次世界大战期间火箭科学家就提出了这个设想，在60年代还出现了大量的RLV纸上设想。大多数设想都采用两架有翼载具的组合，其中第一级载具安装喷气发动机或甚至是两者的组合，背负着安装了火箭发动机的第二级载具。第一级载具升空到达预定的高空高速状态后，第二级载具与第一级分离，依靠自身的火箭发动机把载荷送入轨道。在完成各自的任务阶段后，这两架载具都能自行返航并降落在跑道上。一些设想的两架载具并排连接，就像双胞胎，甚至还有三架载具合体的。也有设想的第二级载具安装有可消耗的火箭助推器。马丁公司在1963年设想的两级载人航天发射系统，两级都能重复使用，毫不浪费NASA载人航天（OMSF）办公室主任，乔治?米勒在1969年4月已经组建了一支“航天飞机任务小组”，该小组提出的A阶段航天飞机计划正是按照这种思路设计的，由可回收助推器级和轨道器级组成，安装了火箭和喷气式发动机的两级都能可重复使用。火箭发动机将使用液氧和液氢（LOX-LH2）推进剂。轨道器的后货舱可以装多达11350千克货物，前载人舱可容纳两名机组和12名乘客。麦克唐纳公司设想的A阶段航天飞机方案A阶段航天飞机更像是一个通用概念而不是具体方案要求。1970年年初，NASA提出了一个更具体的B阶段方案要求，一开始设想了一种有翼可飞回助推器和轨道器。大型可飞回助推器的尺寸相当于一架大型喷气式客机，背负着较小的轨道器。B阶段航天飞机会有很强的性能，但也将非常昂贵。尼克松政府对太空计划并没有太大热情，一直在削减NASA的预算，航天飞机计划看起来有点像强买强卖。北美/通用动力公司设想的B阶段航天飞机方案格鲁曼/波音公司设想的B阶段航天飞机方案汤姆?潘恩因不满NASA的预算遭削减，在1970年9月辞去局长职务，副局长乔治?楼出任临时局长，直到1971年1月詹姆斯?弗莱彻被任命为NASA新局长。弗莱彻在20世纪50年代末曾在拉莫?伍尔德里奇公司参加了“先锋”月球撞击计划。弗莱彻认为NASA的未来就在航天飞机上，并努力展开游说。詹姆斯?弗莱彻尼克松政府也认识到载人航天飞行很受大众欢迎，NASA需要把航天飞机视为能满足所有参与方要求的国家级航天器。NASA宣称航天飞机具有十个能降低发射成本的优点，但一些研究表明想要降低发射成本必须先达到一定的发射频率，而NASA的成本估算基于每周一次的发射频率。所以批评者对NASA降低发射成本的说法持怀疑态度，在当时，NASA的太空任务并不能填饱航天飞机的胃口。这么高的发射频率在日后将被证明是无法实现的，现在也无从得知当时弗莱彻和NASA是否再故意夸大宣传，但他们肯定知道该机计划已经暗示航天飞机将取代运载火箭发射美国以后的所有太空载荷，并下决心推动计划的成功。NASA正在进行一次豪赌，他们寄希望于航天飞机在全面运作后能大幅降低发射成本。但其中最大的问题是，这一切都基于全新的、复杂的、未经验证的技术。光凭NASA的太空任务并不能满足航天飞机的胃口，让航天飞机进行商业发射是个好主意。不过眼前还有一个麻烦，那就是NASA无权控制军事发射，为了实现较高的发射率就必须把美国空军拉上船，让航天飞机成为名副其实的国家级航天器。谁知空军高层对航天飞机的态度很冷淡，除非该机能满足军方的载荷要求，否则不予考虑。美国空军的有效载荷要求几乎是NASA设想的两倍半——达到了33吨，这意味着航天飞机要做得更大。此外，美国空军还要求航天飞机能在紧急返航种降落在保密基地，不想让飞机装着机密装备到处降落，所以对航天飞机再入大气层后的横向机动能力要求大增。军方甚至要求NASA对整个航天飞机计划进行保密，乔治?穆勒断然拒绝了这一要求。付出了航天飞机研制大大复杂化的代价后，NASA只获得了空军的一纸承诺。尽管美国空军会在范登堡空军基地建造航天飞机发射设施，但不会为航天飞机研制拨一分钱。NASA觉得范登堡基地地理位置很不错，航天飞机在这里发射能更有效率地进入极地轨道。空军还明确表示会保留“泰坦”运载火箭的发射能力作为备份，他们不打算让美国的军事太空计划完全受制于未经证实的新技术。而且空军要求优先使用航天飞机执行军事任务，当然他们提出的发射频率听起来并不难满足。范登堡空军基地位于加州就在NASA四处寻求支持时，航天飞机的研制资金却遭遇缩水。1971年5月，美国国会的“管理与预算办公室”（OMB）向NASA增加的预算要求挥出了大斧。NASA不得不修改航天飞机的设计以满足成本目标，从而能继续推动该计划的实施。NASA的努力最终没有白费，日尼克松总统批准了航天飞机计划，就是在十年前，肯尼迪总统批准了“阿波罗”计划。现在NASA又有一个新目标，一开始计划制造7架航天飞机。取得实质性进展这一阶段航天飞机设计与B阶段相比在性能上多少有缩水。轨道器沿用先前的设计理念，是一个机身截面为方形的双三角形下单翼飞行器，尾部有一片高大的单垂尾，之所以选择面积较大的双三角翼是为了满足美国空军横向机动要求。航天飞机前端是飞机风格的驾驶舱与乘员舱，之后是一个大型货舱。货舱门分成左右两扇向上打开，可完全暴露出有效载荷。最终，北美罗克韦尔公司获得了轨道器的合同。轨道器沿用先前的设计理念，是一个机身截面为方形的双三角形下单翼飞行器，尾部有一片高大的单垂尾航天飞机前端是飞机风格的驾驶舱与乘员舱，之后是一个大型货舱最终，北美罗克韦尔公司的方案获得了轨道器的合同但是NASA抛弃了可飞回助推器设计。鉴于现阶段轨道器的尺寸，可飞回助推器要制造得比巨型客机都大，满足性能要求就要面对巨大的技术挑战。所以NASA用捆绑在轨道器两侧的两个巨大的固体火箭推进器（SRB）取代了可飞回助推器。SRB固体火箭推进器耗尽燃料脱离后会打开降落伞溅落海洋，然后经翻新后再次使用。齐柯尔公司获得了SRB固体火箭推进器的研制合同。一开始有人认为采用捆绑式液体燃料助推器将有更好的性能，但最后因为比较昂贵而选择了固体火箭。马丁?玛丽埃塔公司负责制造连接在轨道器腹部的大型外部燃料箱，向轨道器尾部的三台航天飞机主发动机（SSME）提供液体燃料，这些发动机则由罗克达因公司制造。航天飞机设计在年间的演进，NASA已经抛弃了可飞回助推器设计SRB固体火箭推进器结构图大型外部燃料箱结构图SSME发动机燃烧液氢和液氧，每台最大推力2090千牛（213吨），是“土星”V运载火箭J-2型发动机推力的两倍多。SSME发动机只负责把轨道器推出大气层，一旦进入太空后轨道器就切换到轨道机动系统（OMS）推进，后者是麦道公司制造的两台火箭发动机，安装在垂尾两侧。轨道器没有配备喷气发动机，滑翔返回地球并降落在跑道上。这种方式已经在升力体上进行了验证，并且在以后实际操作中也被证明是成功的。航天飞机尾部有三台SSME和两台OMS发动机这是一台完整的SSEMOMS鼓包内部的燃料罐OMS结构图航天飞机不仅能把载荷发射入太空，原则上也能从太空捕获载荷带回地球。不过航天飞机只能达到低地球轨道，NASA为此也设想了安装补充助推器把有效载荷送入更高的轨道，甚至是行星际轨道。航天飞机能在太空滞留相当长的一段时间，所以可以被当成空间站使用。欧洲航天局（ESA）决定研制一个能装入航天飞机货舱中的太空实验室，实验室包括一个供研究人员进行试验的加压舱，以及安装在货舱后方托架上的控制仪器和实验系统，当然也可以只安装托架。日，NASA和ESA正式签署了太空实验室研制谅解备忘录。欧洲航天局（ESA）太空实验室设计欧洲航天局的太空实验室任务/载荷专家们NASA也打算支持小型业余和学校的太空研究项目，可以利用航天飞机货舱的空余空间发射他们的GAS小型自主装置。为了获得广泛的公众支持，NASA也打算邀请政客、记者、平民、甚至是外国国民加入机组参加太空飞行。GAS小型自主装置罐，用于容纳千奇百怪的太空实验装置人们对航天飞机的设计还是有许多顾虑，有人指出SRB固体火箭推进器在点火后就不可能被关闭，一旦出事将会导致灾难性的后果。但NASA还是决定不给航天飞机配备完整的乘员救生系统，仅仅是因为该系统会增加约3000万美元的成本，所以航天飞机成为美国第一种没有完善救生设施的载人航天器。航天飞机原计划安装的弹射救生系统，正副飞行员有单独的弹射座椅，其他乘员则依靠弹射救生舱逃生航天飞机的硬件庞大复杂、未经验证。任何工程师都能看出来发展这样一个雄心勃勃的计划而不经中间系统的验证纯粹就是自找麻烦。实际上休斯敦约翰逊航天中心的一队人马一直在推动首先研制一种较简单的可重复使用航天器，但因为政治原因而被否决。NASA也从技术和财政角度审视了发展只能把小型载荷送入轨道的第一代航天飞机的问题，但觉得该方案过于保守。由于低成本，该项目也不会使NASA获得较高的预算支持，所以缺乏任何吸引力。不管怎样，NASA似乎已经在生存之战中获胜。航天飞机的拨款在1972财年是1亿美元，到1973财年正式开始发展时增加到1.99亿美元。然后，1974财年攀升至4.75亿美元，1975财年是7.975亿美元，1976财年是12亿美元。但仅靠加大资金投入是不够的，航天飞机的研制是一个复杂的系统工程，该计划也没有获得来自政界或军方的热情支持。总之，NASA获得了天时地利，却失去了人和。遭遇的问题尽管航天飞机计划存在诸多不足，但NASA仍坚定推进研制工作。航天飞机是一个非常雄心勃勃的设计，不仅采用了大量全新技术，而且预算也不足，所以研制工作遭遇了困境。其中最大的难点是航天飞机SSME主发动机。罗克达因公司的保罗?卡斯滕霍尔茨负责SSME发动机项目，他曾领导了“土星”五号的J-2发动机的研制计划，经验丰富。一开始SSME发动机的研制进展看上去很顺利，1974年5月第一台完整的SSME样机被架在试车台上开始首次试车，按计划成功运行了半秒钟。正在测试中的SSME发动机谁知道发动机在持续最大推力测试中出了问题，无法达到最大推力状态。其中最主要的原因是输送推进剂的涡轮泵功率不足，尽管涡轮泵的最大功率达56700千瓦（76000马力），但还是无法满足SSME发动机对推进剂的渴求。一台RS-25 SSME发动机有4台涡轮泵高压燃料涡轮泵结构图这些涡轮泵中的液氢泵还遭遇其他一系列的麻烦，第一个问题是驱动轴会在轴承支座中振动，花了八个月的时间来解决。然后是轴承冷却系统问题，轴承是由泵送的液氢冷却，但事实证明冷却通道设计不足，于是又花了六个月重新设计。最后涡轮叶片又出现了裂纹，最后查明是振动导致，也花了六个月的时间来解决。涡轮泵中的液氧泵也是问题缠身，在试车中出过导致SSME发动机起火的重大故障。要知道高压液氧只要有一点泄漏就会导致燃烧，发动机起火后会烧的什么也不剩，无法让设计团队分析故障原因。最后设计师们发现了液氧泵的一个旋转密封圈因意想不到的摩擦而出现泄漏，在安装新的密封圈后解决了这个问题。之后设计团队又发现液氧泵的轴承也有振动问题，同样会引发火灾。在花很大代价进行修改后，涡轮泵的问题被逐渐解决。航天飞机模型的风洞测试到1977年春，大多数涡轮泵问题都已得到了解决，但没人觉得研制工作已经走出困境。按照原计划，航天飞机在1978年3月就要进行首次发射，但所有人都知道这已不可能。雪上加霜的是，国会预算办公室此时又宣布削减3亿美元的航天飞机计划经费。NASA能做的就是提出“以成功为导向的管理”官僚政策，也就是说，航天飞机此时已经变成了一个事先假定所有一切都会顺利进行的乌托邦计划，然后所有人都屏住呼吸，祈祷不出事情。1978年3月很快来临，此时已经没人指望航天飞机能按时发射了。1978年12月，一台SSME发动机在静态测试时炸毁，追踪到液氧阀和热交换器出现了问题。阀门故障很容易理解和解决，但热交换器的问题则令人费解，难以明确原因。1979年5月和7月，又接连发生事故，不过设计团队已经找出了发动机问题所在，正在攻关解决。航天飞机要安装三台SSME发动机，所以下一步静态测试是三台发动机联合试车。1979年11月，一次联合测试失败，随后在12月终于完成了一次成功测试。正在安装SSME的航天飞机"
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