美国航天花费以1敌200 美国每年航天投入

航天飞机在外太空绕地球飞一圈要烧多少钱？

以美国的航天飞机为例。

美国航天花费以1敌200 美国每年航天投入

美国航天飞机由轨道飞行器、外挂燃料箱和固体火箭助推器三大部分组成。通常所说的航天飞机指的是轨道飞行器，简称轨道器，就是外形像飞机的部分。

航天飞机的飞行过程大致有上升、轨道飞行、返回三个阶段。起飞命令下达后，航天飞机在助推火箭的推动下垂直上升，直至进入预定轨道，完成上升。进入轨道后，航天飞机的主发动机熄火，由两台小型火箭发动机控制飞行。到达预定地点后，航天飞机开始工作。航天飞机完成任务后，便开始重新启动发动机，向着地球飞行。进入大气层后，航天飞机速度开始放慢，并像普通一样滑翔着陆。外挂燃料箱和固体火箭助推器均为一次性使用品，在上升阶段完成后，外挂燃料箱和固体火箭助推器均已与轨道飞行器分离，会落回地面。

使用航天飞机进行太空飞行活动的费用不止是轨道飞行器在外太空绕地球飞行的费用，还要包括航天飞机整个系统的研制、发射活动、返回后的维修等。美国共研制并投入使用五架航天飞机，每架研发费用20亿美元，总共发射一百多次，返回后还要进行大量费时费力的检修，使每飞行一次费用高达5亿美元，远远超过了使用一次性载人火箭进行太空飞行的费用。这也是美国终停止使用航天飞机的主要原因之一。

相比之下，航天飞机在外太空绕地球飞行时，是费用的阶段。如果把一次飞行的费用大致分一下，发射过程费用占约60%，返回后的维修保养费用占30%，在外太空绕地球飞行期间地面控制费用占5%，而航天飞机轨道飞行器在太空绕地球飞行的直接费用只有约5%左右。

据传美国人花了数亿美元研究太空笔，人不花一分钱用铅笔，这事是真的吗？

有一个流传甚广的故事：\x0d\x0a美国航天部门首次准备将宇航员送上太空，但他们很快接到报告，宇航员在失重状态下用圆珠笔、钢笔根本写不出字来。于是，他们用了10年时间，花费120亿美圆，科学家们终于发明了一种新型圆珠笔。这种笔适用于失重状态、身体倒立、水中、任何平面物体，甚至在摄氏零下300度也能书写流利。而人在太空中一直使用铅笔。”\x0d\x0a\x0d\x0a这个故事想告诉人们，有时看上去很复杂的问题，其实有极简单的现成解决办法。这当然是很有教育意义的，可惜它是捏造出来的。总结一下这个故事的错误：\x0d\x0a1，美国宇航员也用过铅笔。\x0d\x0a2，铅笔并不适合太空中使用，尖头有危险，易燃，书写产生的石墨残渣容易进入宇航员的胸腔、眼睛，更容易使电子设备短路（石墨是良导体）。\x0d\x0a3，太空笔是一家私人企业发明的，据说耗资约两百多万美元。\x0d\x0a4，这种太空笔不但能在失重的情况下使用，还能在极端温度下使用。\x0d\x0a5，失重笔不但想出了用氮气产生压力，而且还改革了油墨和笔尖，使得这种笔不写的时候不漏油。\x0d\x0a6，太空笔发明出来以后，无论是美国宇航局还是宇航局都购买了。\x0d\x0a7，找不到零下300摄氏度这样的环境（开尔文0度达不到-300摄氏度），这个杜撰的故事本身就有科学错误。\x0d\x0a\x0d\x0a早期的宇航员都使用铅笔，并不是因为接受了小学生的建议，而是因为钢笔、圆珠笔在失重条件下都无法使用，铅笔是惟一的选择。但是铅笔笔芯有时候会断，在失重的环境中飘浮，会飘进鼻子、眼睛中，或飘进电器中引起短路，成了危险品。此外，铅笔的笔芯和木头在纯氧的环境中还会极易燃烧。\x0d\x0a\x0d\x0a因发明了圆珠笔通用笔芯而发了大财的保罗·费舍尔，意识到宇航员使用安全、可靠的书写工具的迫切性，自掏腰包进行研制，花了两年时间和约两百万元费用后，于1965年研制成了能在太空环境下使用的圆珠笔———太空笔。其原理很简单，采用密封式气压笔芯，上部充有氮气(氮气是不活跃气体，一般条件下不会助燃)，靠气体压力把油墨推向笔尖。经过严格的测试后，太空笔被美国宇航局采用。1967年12月，费舍尔以每枝2.95美元的价格把400枝太空笔卖给美国宇航局。\x0d\x0a\x0d\x0a1969年7月20日，太空笔跟随阿姆斯特朗和奥尔德林上了月球，并救了他们的命。阿姆斯特朗和奥尔德林在月球表面完成历史性漫步，回到登月舱准备离开时，发现发动机的塑料手动开关被宇航服的背囊碰断，无法启动发动机向地面指挥中心求援。他们需要拨动开关中一个细小的金属条，为了减轻重量，他们已抛弃了所有的工具。地面指挥中心的一名工程师灵机一动，建议他们用太空笔试试。奥尔德林掏出太空笔，缩回笔芯，用笔的中空尾端拨动了开关，成功地启动了登月舱的发动机。\x0d\x0a\x0d\x0a太空笔是全天候的圆珠笔，除了太空环境，还可在其他各种极端恶劣(如寒冷的高山上和深海底)的条件下使用，如油污、潮湿、粗糙、光滑的表面，并适用于各种角度书写，使用寿命长达几十年，深受登山运动员、户外活动者、技工、士兵、警察的欢迎。目前在美国市场上8美元即可买到一枝简单的费舍尔太空笔。\x0d\x0a\x0d\x0a奇怪的是这个富有传奇色彩的太空笔却成了谣言的对象，备受嘲笑，成了愚蠢的象征。有人说美国人花巨资开发太空笔完全没有必要，不如像前宇航员那样简单地使用铅笔(实际上，前宇航员后来也改用费舍尔太空笔)。还有人干脆说太空笔从来就没有研制出来过。有些报纸也刊登过“美国科学家花费巨资研究太空笔居然没想到用铅笔”这样的笑话。太空笔市场上也买得到，在网上查找一下就有，太空笔已经不是宇航人员的专利，普通人也可以使用这种太空笔。

NASA：美航天器成功撞击小行星，该技术背后的难度有多大？

美国宇航局成功地将一艘宇宙飞船，撞向了一颗距离地球700万英里的小行星。NASA用一个610公斤的探测器，主动撞击到小行星上。该技术背后的难度不小

这个需要精确的锁定技术，毕竟正在飞行的小行星想要成功撞击，那么需要较快的速度和精确指导才能够实现。

这背后的技术的难度是非常大的，因为利用航天器去撞击小行星，这个方法是非常难的

成本超百亿美元，它是美国宇航局史上昂贵的单一科学任务

由于地面天文台和望远镜观测宇宙存在的不足，很早就有科学家提出建议将望远镜发射到地球轨道上。

1946年，美国天文学家斯皮策发表论文《地外天文台的天文学研究价值》，呼吁 在地球轨道上建造天文台 。但当时人类尚未进入航天时代，这一设想过于激进。

航天时代开始后的20世纪60年代，随着一系列小型天文卫星的发射，天文卫星的巨大价值被证实。

1970年，美国宇航局建造大型的太空望远镜，但 经费预算 受到国会的阻挠，宇航局公共预算的削减，使大型太空望远镜项目难以取得进展。

在美国科学界的多年游说之下，国会终于为太空望远镜项目批准了资金，但 规模只有预计的一半 。

宇航局只能将原的3米口径望远镜改为2.4米，对望远镜其他设备也予以简化，同时寻求与欧空局合作以分担费用。

在此情况下，美国国会于1978年批准了大型太空望远镜项目的投资 3600万美元 。

美国宇航局该望远镜能够在1983年由航天飞机发射，并以科学家爱德华·哈勃的名字进行命名—— 哈勃太空望远镜（HST） 。

HST的研制

由于种种原因，HST的研制并非一帆风顺，1986年，航天飞机挑战者号的失事更是使进度大大拖延。

进入90年代，宇航局陆续制定了多项天文卫星，其中包括 四大重器 ——HST、康普顿伽马射线天文台（1991-2000年）、钱德拉X射线天文台（1999年至今）和斯皮策太空望远镜（2003-2020年），它们的侧重点不同，其中HST主要以 可见光观测 为主，但发射入轨后经过多次维修，其观测光谱范围得到了很大的拓展。

HST研制采取 招标方式 ， 望远镜主体 由防务供应商洛克希德公司研制和系统集成， 大型光学望远镜 由珀金·埃尔默公司研制。

宇航局马歇尔航天中心负责整个项目的 设计、招标与管理工作 ，哥达德航天中心负责 科学仪器 及望远镜 后期运行工作 。

HST整体呈柱形结构，安装了2个太阳电池板，展开后的宽度可达13.7米，望远镜主体长13.2米，直径4.27米，发射质量12.5吨，太阳能电池可提供 2800瓦的功率 。

为保持 姿态稳定 和 进行姿态调整 ，HST上安装了6台大型陀螺仪和种种推力器。陀螺仪是动部件，长期运行的失效率高，采用航天飞机进行维护维修，可极大地延长其使用寿命。HST能够正常使用达30年，与其 可维护性强 关系极大。

HST由 光学部件 、 科学仪器 、 保障系统 3大部件系统组成。

光学部件是一架 卡塞格伦式光学望远镜 ，采用 双曲面设计 的主副镜。入射光由3米宽的舱门进入，射到直径2.4米的主镜上，再反射到在它前面4.88米处的副镜上。副镜将光线聚焦后再返回到主镜，从主镜小孔穿过到达焦平面。双曲线反射镜在大视场下具有良好的 成像性能 ，但反射镜的形状难以制造和测试。

HST的反射镜和光学系统决定了终的性能，必须 严格按照规格设计 。

光学望远镜的镜面通常经过精细抛光，精度约为 可见光波长的十分之一 （10纳米）。由于承包公司在光学部件特别是主副镜制作和抛光过程中，一再出现精度等问题，致使整个望远镜的交付日期多次推迟。

光学系统用于 从可见光到紫外线 （较短波长）的观测，并防止衍射干扰，以充分利用空间环境。

由于反射镜要通过加热器保持在15 的温度，而这个温度会对红外观测造成很大干扰，HST的 红外观测性能不高 。

安装光学系统和仪器的望远镜主体也是一个重大的工程挑战。它必须能够承受太阳直射到黑暗的地球阴影中的 频繁转换 ，由此会带来很大的 温度变化 。而且望远镜还必须 足够稳定 ，使其能够极其精确地进行指向。

多层隔热罩和轻质铝外壳使望远镜内的 温度保持稳定 ，探测仪器能够在适宜的环境工作。

在外壳内， 石墨环氧框架 使望远镜的各动部件牢固对齐。由于石墨复合材料具有吸湿性，在测试中发现，桁架吸收的水蒸气有可能在真空环境下释放出来，导致望远镜的仪器结冰。因此，在将望远镜发射到太空之前须利 用氮气进行净化 ，消除水汽。

望远镜本身的制造则由于 预算问题 使进度延误。

望远镜安装的5个主要仪器覆盖范围为 电磁光谱的紫外线、可见光和部分近红外区域 。

HST在地球大气畸变之外的轨道运行，能够在比地面望远镜低得多的背景光下拍摄 极高分辨率 的图像。 大口径望远镜 和 优良的观测环境 ，使它能够观测记录到详细的可见光图像。

这5个仪器分别是： 广角行星照相机 、 暗弱天体照相机 、 暗弱天体摄谱仪 、 戈达德高分辨率摄谱仪 和 高速光度计 。

望远镜上还装有 精确制导敏感器 ，它可测出HST到目标天体的距离，测量精度是地面望远镜的 10倍 。

HST的观测能力大大超过了地面所有光学望远镜和已有的天基望远镜，估计能观测到27星等的恒星，比地面上5米口径望远镜观察到的星光暗50倍。

可以这样形象地比喻其分辨率之高：相当于从看到1.5万千米外悉尼的1只萤火虫发出的光亮，或从地球上看到月球上1支手电筒发出的光。

它观测的距离可达140亿光年，几乎可以 看到宇宙诞生时的景象 。基于这些突出的优点，全世界的科学家都对HST寄予很大希望。

HST的发射与初期应用

1990年4月24日 ，航天飞机发现号在执行STS-31飞行任务时，将HST成功送入地球轨道。

它的轨道高度为537.0 540.9千米的近圆近地轨道，轨道倾角28.47 ，运行周期95.42分钟。

在HST发射时，美国宇航局在该项目上花费了大约47亿美元。如按2015年美元计算，累计成本估计约为 113亿美元 ，其中包括所有后续维护与维修成本。这使其成为 美国宇航局 历史 上昂贵的单一科学任务 。

HST入轨后，地面观测和监视人员对它进行了 校准工作 ，在此过程中发现了问题。

6月14日，技术人员为了使HST的聚焦达到佳状态，发出指令调整望远镜的副镜，但始终无法使聚焦达到佳。

此后的两个星期内，技术人员全面检查HST的聚焦功能，发现主镜和副镜中可能有一个镜片存在着 球面像 的质量问题。经过分析认为，这个故障是由于主镜在加工时边缘部分被多磨去了0.002毫米，从而出现球面像造成。

另外，望远镜上的太阳电池板金属支架也因反复进出地球阴影导致热胀冷缩而发生 周期震动 ；用于保持望远镜精确定向的6台陀螺仪传感器有3个 发生故障 ；望远镜上主计算机的6个存贮器有1个 失效 ，另1个部分失效。

主镜加工存在问题几乎是一个不可原谅的过失，此后两年多时间，宇航局一直在想办法修复HST存在的故障，并且千方百计利用它进行一些力所能及的观测活动。

尽管如此，HST投入天文观测后仍获得了一些重大发现。

它的初目的是通过对中子星、脉冲星、类星体和黑洞的观测，深入研究宇宙的 起源、结构、组成和演化 等难题。

1991年，HST成功地观测到距离地球17万光年的大麦哲伦星云旗鱼座的第三个 轮形星云 ；拍摄了 超新星1987A 的清晰照片；重新量度了 大麦哲伦星云的距离 为169000 5%光年，精确度较以往大幅提高。

1992年初，美国天文学家托德·劳尔在亚特兰大的一次会议上根据HST发回的资料，公布了一项十分惊人的大发现：首次在银河系临近M87的星系， 确认存在一个巨大的黑洞 ，这是证明黑洞存在的 直接证据 。

1992年4月，HST发现了一颗 亮的恒星 ，其温度比太阳高33倍。1992年5月，它发现宇宙中古老的星系有 新星形成 。

HST的五次维修

为使HST“看得更清”，宇航局制定了详细的 修复方案 ，设计了专用工具，宇航员也进行了地面模拟维修训练。

1993年12月2日，奋进号航天飞机肩负着修复HST的重任发射升空，7名经验丰富的宇航员随机带去了280多件专门设计的工具。

1993年12月4日，宇航员操纵15米长的机械臂捕获了HST，并将其放入载荷舱内。

12月5 9日，宇航员外分两组出舱活动，对望远镜进行修复。他们完成的 主要工作 有：更换了3台速率陀螺仪，安装了陀螺仪电子控制装置和8个保险丝，拆除两块太阳电池板并更换了新的太阳电池板；更换了望远镜上的宽视场行星相机；更换了两台磁场计。

其中12月8日的修理工作为关键。宇航员为哈勃望远镜安装了球面象光学校正系统—— 太空望远镜光学矫正替换箱 ，它内部装有5个钱币大小的透镜，用于矫正望远镜的视线，使其精确聚焦。

9日，将新安装的太阳电池板展开，更换了电池板的电子装置。10日，宇航员用机械臂将修理一新的望远镜送回轨道，还将望远镜的轨道提高了几千米，至此修复工作全部完成。

12月13日，宇航员乘航天飞机返回地面。

修复后HST取得了明显的效果，甚至“超过了预期的目标”，包括了几方面的重大改进：清晰度 提高了50% 、可看到 更暗的天体 、可显示 更大的明暗对比 、科学家可对拍摄到的图像进行 定量分析 。

宇航局曾公布了两张HST拍摄的距地球5000万光年的M-100星系的照片，一张是1993年11月27日未修复时拍摄的，一张是12月31日修复后拍摄的， 清晰度和分辨率 大为提高。

这次修复工作耗资惊人，估计费用达6.29亿美元，其中更换部件及有关活动的费用2.51亿美元；航天飞机飞行费3.78亿美元。

从完成任务之重要和难度之大两方面看，这次HST的修理工作是自阿波罗以来， 复杂、困难 的航天活动。

1997年2月11 21日，航天飞机发现号在执行STS-82任务时，宇航员对HST进行了第二次维修。

此次维修利用机械手臂把HST捕获后，停放在被之为飞行支持系统的操作平台上，使发现号和HST之间建立一个脐带式连接方式，以便为望远镜提供电力和数据服务。

第一次出舱活动 ，宇航员把戈达德高分辨率光谱仪和微弱目标光谱仪拆下放入轨道器的有效载荷舱内，然后把扫描分光仪、近红外照相机及多目标分光仪安装在HST上。接着，地面控制人员发送指令要求检查上述设备的状况。

第二次出舱活动 ，宇航员用升级的备份传感器更换了退化的精密导航传感器，更换了一个数据记录器，安装了一个优化控制的电子增强型工具来提高精密导航传感器的性能。然后宇航员和地面控制人员对HST隔热层的几个被损坏的部分进行评价测定。地面控制人员和宇航员对破损的严重程度以及可能的维修方式进行了估价。

第三次出舱活动 ，宇航员拆卸并更换了一个数据接口单元，用一台新式的固态记录器取代了老式的转轮记录器，以便以数字方式存储数据，并且可以同步记录和回访数据。在此期间，发现号轨控推力器重新点火，以稍微提高HST的运行轨道。然后宇航员更换了望远镜上的一个反作用轮装置。

第四次出舱活动 ，宇航员更换了一个太阳能电池驱动的电子仪器盒，安放在HST的磁力计（用于确定HST在地磁场中的位置）上方。宇航员还维修了破损的隔热层，在两处破损的隔热层上放置了由多层隔热材料组成绝热层。

第五次出舱活动 主要是维修破损的绝热层，在三处破损的绝热层上加绝热材料。

至此，HST的第二次维修工作结束。宇航员利用轨道器的机械臂，把HST移动到轨道器的有效载荷舱外。在HST和机械臂仍连在一起时，地面控制人员发送指令，要求打开望远镜的快门。后，HST释放到一个 较高的运行轨道 上。

1999年12月19~27日，航天飞机发现号执行STS-103飞行任务时完成第三次维修，此次维修规模较小。

宇航员在 三次舱外活动 期间，为HST安装了3个用来瞄准星体的导航传感器、1个新的无线电收发机、1个数据记录器和1个用来保护免受太阳热力伤害的护罩。

宇航员还在舱外为望远镜更换了所有6个陀螺仪，安装了1台486计算机，新系统的速度快了20倍，贮存器增加6倍，可大大提高HST 追踪移动目标 的能力和瞄准能力。

第四次维修是在2002年3月1~12日，由哥伦比亚号航天飞机在执行STS-109飞行任务时完成。

宇航员在3月4日进行 第一次舱外活动 ，更换了HST上的一块太阳能电池板。受温度极端变化和太空辐射的影响，原有太阳能电池板的供电效率下降了近40%，而且还出现了一些结构和电路方面的问题。新安装的太阳能电池板长7米，宽约2.7米，尺寸只有原来的三分之二，但产生的电能却多出20%以上，而且在飞行中所受的阻力相对较小，可以减少对望远镜运行轨道高度的影响。

3月6日，宇航员在 第二次舱外活动 期间，为HST更换了一个新的电源控制设备，并为望远镜装上了一个新的观测仪——先进测绘照相机，换下了原有的暗弱天体照相机。先进测绘照相机可使哈勃望远镜看得更深、更远、更清晰，其天文观测能力预计将提高10倍以上。

而随着暗弱天体照相机的拆除，HST原有的观测仪器已被 全部更换 。

3月8日，宇航员进行后一次太空行走，此次为望远镜安装了一套新的冷却系统，使一架失灵的近红外照相机和多目标分光计能重新投入工作。

测试表明，HST新换的所有设备都“运行良好”，维修后望远镜的 观测能力上升了一个数量级 。

宇航局原在2005年2月为HST提供第五次维修，但2003年的哥伦比亚号航天飞机事故对宇航局维修和其他任务产生了很大影响。

之后经过多次讨论，终决定由亚特兰蒂斯号航天飞机在2008年10月完成为期11天的维修任务。但由于种种原因，维修任务又推迟到下一年度。

2009年5月11~24日，航天飞机亚特兰蒂斯号执行STS-125任务，对HST进行了第五次维修。

此次维修，宇航员共进行了 5次舱外活动 ，安装了一个航天器捕捉装置，以便在望远镜寿命结束时脱离轨道。

宇航员还更换了科学仪器管理设备和数据处理单元；安装了新的观测仪器——宽视角摄像机3（WFC3）和宇宙起源频谱仪（COS）；维修了高级巡天相机（ACS）和成像光谱仪（STIS）；安装了改进的镍氢电池；更换了包括所有六个陀螺仪在内的其他部件。

除了无法维修已经失效的高级巡天相机的高分辨率通道，第五次维修任务期间完成所有工作， 使HST功能全面恢复 。

由于结构限制，除光学望远镜外，HST可容纳5台科学仪器和精密制导传感器。这些传感器主要用于望远镜精确对准，偶尔也用于天体科学测量。

在航天飞机五次维修任务中，早期安装的5台仪器已经 完全被更先进的仪器所取代 。

在2009年维修任务后，5台科学仪器分别是 高级巡天相机 （ACS)、 宽视角相机3 （WFC3）、 宇宙起源频谱仪 （COS）、 成像光谱仪 （STIS）和 近红外相机及多目标分光计 （NICMOS）。这些更换后的仪器表明，HST以后的任务更加重视 宇宙起源、早期星系形成与演化 方面的 探索 与研究。

美国在登月火箭上频频受挫，是什么原因导致的？

原因如下：

1、技术问题。自从美国六次登月后，团队流失散尽，工程再次建起来并不容易，并且美国这次目标不止登陆月球，还要在月球轨道建立门户空间站，这一切都要重新研发测试，美国面对的技术问题可想而知。

2、资金问题。近年来，NASA一直面临着巨大的经费困难，2022年美国国会对航天科技研究的拨款相比于2021年有所增加，但是仍不够NASA的资金申请。加上美国现今由于通货膨胀等原因，导致自身经济能力大不如前，从而资金完全不能支持美国这次的载人登月。

3、心态问题。导致推迟的技术原因是表面的，更大更深层次的原因是美国人的心态——一种激烈竞争、生怕自己被中俄超前一步的心态。美国担心在航天领域的追赶速度，可美国重量级航天又不断受挫，这给美国带来了很大的心理影响，让美国这次的大火箭在建造和发射前留下了很多的隐患。

首先是技术问题。先来看上个世纪美国载人登月的情况，从1969年7月阿波罗载人飞船登月成功后，美国在接下来五年里，宇航局又陆续执行了6次载人登月任务。自从美国六次登月后团队流失散尽，工程再次建起来并不容易，并且美国这次目标不止登录月球，还要在月球轨道建立门户空间站，这一切都要重新研发测试。这次登月相当于研制出一个新的产品，这个产品必然会遇到一些问题。只不过，美国遇到的较多罢了。

因为在工业技术发展日新月异的现在，很多工业技术在这五十年间的发展是有很多不一样的地方，在这五十年间，