2011年7月8日，载有4名宇航员的亚特兰蒂斯号航天飞机从肯尼迪航天中心发射升空，执行航天飞机的最后一次飞行任务，美国历时30年的航天飞机应用历史宣告终结，美国载人航天活动进入“后航天飞机时代”。
航天飞机退出历史舞台
1972年，美国正式开始研制航天飞机，共研制了6架，包括企业号、哥伦比亚号、挑战者号、发现号、亚特兰蒂斯号和奋进号。其中，企业号为试验机，哥伦比亚号为首架投入使用的航天飞机。
纵观世界航天发展史，航天飞机的研制成功，应该说是航天技术发展史上的一个重要里程碑，代表人类航天活动的最高技术水平之一，实现了航天运载器的部分可重复使用。但在30年的实践中，也暴露出了其固有的一系列问题和缺陷，其中，经济性和安全性问题是导致美国政府最终选择放弃航天飞机、研制新型载人航天运输系统的本质原因。
关于经济性问题。美国发展航天飞机项目之初最主要的目的是实现它的经济性，希望通过重复使用达到大幅降低发射成本的目的，但在发射频率和降低航天活动费用两个最能体现经济性的方面，航天飞机都没有实现其预定的目标。自1981-2011年，5架航天飞机总计飞行135次，平均每年飞行次数不到5次，距离最初每年至少飞行25次（实现经济性的最低发射次数）的目标相距甚远。另外，航天飞机的研制费用和发射费用也严重超支，研制费用从1972年批准研制到1981年研制成功超出了近20亿美元（70年代币值）；每次发射费用的最初预期值为3800万美元，而在80年代投入使用初期的实际费用为1.5亿美元，目前每次发射费用更是高达4-5亿美元。
关于安全性和可靠性问题。美国航天飞机在30年的飞行中曾发生过大大小小的故障无数起，尤其在1986年1月28日，挑战者号航天飞机起飞后突然爆炸，造成7名机组人员全部丧生。事隔15年后的2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在即将返回地面时失事，导致7名机组人员失去了生命。两次机毁人亡的惨剧令人难以接受。另外，随着航天飞机服役期的增长，故障隐患令人担忧，而重复使用的特点决定了必将有一天还会发生机毁人亡的惨剧，这对美国人民在心理上是无法接受的。
美国空间探索的新构想
大力推动商业载人航天运输系统的发展，实现近地轨道载人运输。2004年1月14日，小布什政府发布“空间探索新构想”，让航天飞机退役且研制新型载人运载器和飞船接替航天飞机执行空间站任务，并在2020年前重返月球。根据该计划，航天飞机退役5年后新型载人航天运输系统才能研制成功。作为后航天飞机时代国际空间站运输的方案之一，NASA于2005年提出了使用商业运输系统执行国际空间站任务的计划。采用商业轨道运输服务的方式，依靠私营企业的力量，减少资金投入。2006年NASA开始以招标的方式授出商业轨道运输服务（COTS）计划合同，目前在该计划下正在研制“法尔肯9火箭/天龙座飞船”和“金牛座2火箭/天鹅座飞船”两种运输系统，计划于2015年投入使用，为国际空间站提供运输服务。目前，由美国空间探索技术SpaceX公司研制的法尔肯9火箭已经进行了两次天龙座的飞行试验，近地轨道运载能力为10.5吨，发射价格仅为4580-5150万美元。由轨道科学公司研制的金牛座2/天鹅座首次发射将于今年晚些时候进行，其近地轨道运载能力为5.75吨。
发展重型运载火箭，实现载人深空探索。为实现小布什政府的“空间探索新构想”，NASA于2005年启动了重返月球计划（“星座”计划），研制阿瑞斯1载人大型运载火箭和阿瑞斯5载货重型运载火箭、猎户座载人飞船、牵牛星着陆器以及其他相关设施。其中，阿瑞斯1载人运载火箭的近地轨道运载能力为25吨，将比航天飞机安全10倍还多，根据测算，现有航天飞机的失败率为1/220，而该型火箭的失败率仅为1/2000。与航天飞机相比安全性之所以会提高如此之多，主要是因为火箭采用了串联式设计并且在火箭的顶部安装了逃逸火箭。逃逸火箭安装在载人飞船的上面，一旦火箭发射时出现问题，宇航员可以迅速地乘坐逃逸火箭与飞行器分离。此外，由于载人飞船处于火箭的顶部，这样就避免了火箭碎片给飞行器带来的损伤。猎户座载人飞船将比阿波罗飞船更大、更安全、更可靠。
2010年，面对严重的财政赤字以及“星座”计划的经费超支和进度滞后，奥巴马政府停止了“星座”计划，放弃阿瑞斯火箭的研制，不过美国并没有停止载人深空探测的步伐，2011年4月，奥巴马提出到2025年使用重型运载火箭实现载人登陆小行星，2030年代中期，实现载人进入火星轨道，之后登陆火星并安全返回。目前，美国正在继续载人飞船的研制工作，并已开展了部分试验；新型重型运载火箭方案正在开展新一轮论证，近地轨道运载能力达130吨。
借助俄罗斯载人航天运输系统作为过渡，暂时满足近地轨道载人运输的需求。由于航天飞机是美国目前唯一的载人航天运载器，而美国新的航天运输系统都尚未研制成功，因此美国只得借助俄罗斯的联盟号载人飞船和联盟号火箭实现载人航天断档期的空间站人员运输。与航天飞机相比，联盟号飞船的历史更为久远，发射费用要低得多。根据媒体的报道，2013-2014年，NASA订购了6个联盟号座位，每个座位的价格为5580万美元，2014-2015年订购了12个座位，每个座位的价格为6270万美元。
进一步开展国际合作实现近地轨道载人运输。目前，空间探索已经成为一项全球性的事业，采取国际合作的方式能够有效降低一个国家重大载人航天项目所需资金的投入。迄今为止，美国与俄罗斯、欧洲、印度、加拿大在不同航天领域开展了国际合作。而在载人航天方面，世界上具备自主地将航天员送入空间能力的国家目前只有美国、俄罗斯和中国。根据2009年奥巴马委任的奥古斯汀评审委员会的结论，“中国已经具备成为美国航天伙伴的巨大潜力”。中国在载人航天方面已经展示了诸多能力，目前正在开展空间交汇对接任务。可以说，美国航天飞机停飞，为中美在载人航天领域开展国际合作提供了契机。
如今，30年的航天飞机飞行历史已经成为过去，留给了人类航天活动大量的技术财富和宝贵经验。美国仍是世界头号航天大国，中国目前距美国的发展水平还存在很大差距，特别是在空间站建设、重复使用航天器研制等方面。航天飞机的经验，值得我们思考、总结和借鉴。
（作者分别是北京航天长征科技信息研究所和北京宇航系统工程研究所的科研人员）
