天文史上的今天 | 第一枚航天飞机外部燃料箱出厂

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1977年9月9日，第一枚航天飞机外部燃料箱出厂。

1977年9月9日，第一枚航天飞机外部燃料箱在路易斯安纳州出厂的画面，注意，它被粉刷成了白色。一共只有两次这样做了，因为颜料本身也有重量

来源：NASA

你现在看到的是一张重要的历史照片。此时的时间是1977年9月9日，这是世界上第一个航天飞机用的外部燃料箱（ET）技术验证原型，即所谓“主推进器测试组件”（MPTA）正从美国路易斯安纳州新奥尔良的NASA米丘德工厂（Michoud Assembly Facility）的生产线上缓缓推出。

在那之后，这款MPTA将被转运往位于密西西比州南部的“国家太空技术实验室”，也就是今天的“斯坦尼斯太空中心”，在那里它将与航天飞机的三台主引擎进行联合静态点火测试。

航天飞机发射组合体后视与侧视图

来源：NASA

运输中的航天飞机外部燃料箱，有时候也翻译为“外储箱”

来源：NASA

作为一种旨在实现重复使用的航天器，外部燃料箱是航天飞机上唯一不进行回收，只进行一次性使用的大型组件。正如其名字所表达的那样，其主要作用是存放航天飞机主引擎使用的燃料。

与此同时，外部燃料箱也充当了整个航天飞机发射阶段的“结构轴心”，将航天飞机和两枚固体推进火箭连接为一个整体。作为唯一一次性使用的大型组件，外部燃料箱的使用时长只有8.5分钟，航天飞机点火升空8.5分钟之后，其内部的燃料就将基本耗尽，随后就会被抛弃掉，坠入大气层解体。

矗立在发射台上的航天飞机组合体

来源：知乎

1981年4月12日，STS-1，人类第一次航天飞机发射任务

来源：NASA

在起飞时，外部燃料箱承受了来自航天飞机三台主引擎以及两枚固体助推火箭总计超过780万磅的强劲推力。大约距离地面45公里时，两枚助推火箭会脱离，此时航天飞机的三台主引擎仍在继续工作，它将背负着外部燃料箱达到轨道速度，高度超过110公里，此时几乎已经空了的外部燃料箱会与航天飞机分离并沿着预定轨迹落入大气层，大部分结构将在大气层中焚毁，少量剩余将坠入海洋。

外部燃料箱大致可以分为三大部分，前部是液氧罐，后部则是液氢罐，中间则是连接部分，联通两侧的两种液体成分，并安装各种设备传感器，另外还是与航天飞机和固体燃料火箭的连接器所在位置。

注意观察，两枚固体火箭，以及三台航天飞机主引擎喷出的长长火焰，这些力最终都作用于巨大的外部燃料箱，请注意，外部燃料箱底部承受巨大高温，颜色发生了改变

来源：NASA

外部燃料箱结构图

来源：百度

液氢罐要比液氧罐大上2.5倍，但灌满时重量却只有后者的1/3，这是因为液氧要比液氢重16倍。

外部燃料箱的外层覆盖有厚度大约2.5厘米的热防护泡沫层，主要成分是聚异三聚氰酸酯泡沫。其主要目的是保持燃料箱内液体燃料的低温状态，并防止在燃料箱箱体外侧形成冰冻。

外部燃料箱上设有连接管道，通过一根直径43厘米的管路将燃料输送给航天飞机，并分别提供给三台强大的航天飞机主引擎使用。

航天飞机固体助推火箭分离瞬间

来源：NASA

外部燃料箱分离前的最后一刻

来源：NASA

大气层中下落坠毁的外部燃料箱

来源：NASA

从一开始，NASA就一直在设法尽可能降低外部燃料箱的自重，以便提升每次发射的效率，因为外部燃料箱自重每减少一斤，航天飞机的载荷重量就可以增加大约一斤。

最初版本的外部燃料箱被称作“标准重量燃料箱”（SWT），其本体使用2219型合金材料制作，这是美国很多航天器使用的一种高强度铝-铜合金材料。最开始两枚使用的两枚SWT，即第一次和第二次航天飞机发射（STS-1 和STS-2）时使用的SWT燃料箱外部被涂成了白色，主要目的是保护燃料箱免受紫外线照射的破坏，因为发射前航天飞机往往要在发射台上露天矗立比较久的时间。

矗立在发射台上的航天飞机组合体

来源：NASA

不过，工程师们发现这个问题其实不大，于是从第三次发射（STS-3）开始，负责这件事的洛克希德马丁公司（当时的马丁·玛丽埃塔公司）决定不再涂白色颜料了，而是直接保留外部燃料箱铁锈色的隔热材料层本色。这一决定瞬间为外部燃料箱减重272公斤。

从STS-4次任务开始，外部燃料箱又经过一系列其他改进，进一步减重数百公斤。但整体而言，在此期间，外部燃料箱的长度和直径数据没有变化，SWT型燃料箱最后一次飞行是在STS-7次任务，此时其静止重量为35吨。

航天飞机外部燃料箱前端，液氧储箱内部景象

来源：NASA

航天飞机执行任务完整示意图，注意两枚固体火箭是可以回收的，但是外部燃料箱是一次性的

来源：NASA

从STS-6开始，NASA开始测试新一代的改进型外部燃料箱，即“轻质外部燃料箱”（LWT）。基本上绝大部分的航天飞机发射，使用的外部燃料箱大都是用这款型号，其最后一次使用是在STS-107次任务，也就是哥伦比亚号解体灾难的那次。LWT型的静止质量大约30吨。

从SWT到LWT的减重主要是通过简化外部燃料箱结构件的一些设计细节实现的，比如将垂直方向的结构梁数量减少，连接固体火箭的连接件使用强度更高，但是重量更轻的钛合金材料等等。

航天飞机尾部示意图

来源：NASA

模拟图，冲向云霄的航天飞机

来源：NASA

全部5架航天飞机，从左到右：哥伦比亚号，挑战者号，发现号，亚特兰蒂斯号，奋进号

来源：NASA

从1998年的STS-91任务开始，“超轻型外部燃料箱”（SLWT）开始投入使用。后面一直在使用这款型号，除了两个例外，即STS-99以及STS-107。这款型号和LWT基本差不多，但在部分区域使用了更轻质的合金材料，其重量大约26.5吨左右。而随着2011年航天飞机全部退役，这款燃料箱也完成了使命，注定将在历史的长河之中，慢慢隐去。

编者按：

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