乐高10283“发现号”航天飞机深度测评,不止是玩具那么简单

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1990年4月24日，佛罗里达州肯尼迪航天中心。 “发现号”航天飞机于美国东部夏令时间上午8:33从39-B发射台升空，载有5名宇航员和“哈勃”太空望远镜。STS-31机组人员包括指挥官洛伦·施里弗，飞行员查尔斯·鲍登和任务专家史蒂芬·霍利，布鲁斯·麦坎迪利斯二世和凯瑟琳·沙利文。@NASA



今年4月1日，乐高正式发布了全新航天主题套装——NASA“发现号”航天飞机 10283。这是乐高近年来在继“土星”五号火箭21309、“阿波罗”11号月球着陆器10266、国际空间站21321之后，发布的第四款大型航天主题套装。此外，一款规格较小的NASA女性科学家21312套装也颇受玩家喜欢。



乐高21321国际空间站套装



乐高21309“土星”五号套装（局部图）



乐高10266“阿波罗”11号月球着陆器套装

最近五年，随着乐高在中国的快速发展，越来越多的人们成为了乐高玩家，航天——这个极具科技含量的主题也深受乐高玩家和广大航天爱好者的认可。但乐高与NASA在航天领域的合作不止这几款套装，向前追溯，单是航天飞机，乐高就曾发布过大大小小的套装至少5款，此外还有各型号火星车、火箭、卫星等，种类繁多，数不胜数。

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回到本文主题，乐高在10283“发现号”航天飞机套装中，还“附送”一台大名鼎鼎的“哈勃”天文望远镜模型作为载荷，极大丰富了套装内容。





话不多说，本文就以“哈勃”望远镜拍摄的几张经典星空照片开始，带你从乐高10283NASA“发现号”航天飞机套装开始，一窥“发现号”航天飞机、“哈勃”望远镜的故事。

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创生之柱The Pillars of Creation

这可能是“哈勃”望远镜拍摄的知名度最高的一张照片。
创生之柱指的是哈伯太空望远镜拍摄在鹰星云内圆柱形的星际气体和尘埃的一张影像。它是在1995年4月1日拍摄的，被Space.com评定为哈勃太空望远镜拍摄的十佳照片之一。这张由32张不同影像合成的照片来自“哈勃”望远镜第二代广域和行星照相机的四台不同的相机。这张影像是由不同元素发射的光合成的，在星云中不同的元素以不同的颜色表示：绿色的是氢、单独的红色是电离的硫、蓝色是少了两个电子的氧原子。



“鹰”星云内的"创生之柱"，2014年重新拍摄。@NASA


在1995年的原始影像中，右上方缺少的部分是因为四个镜头中的一个视野角小 (倍率较高)，以帮助天文学家看见更清楚的细节。@NASA

阿普273

这是仙女座中一对交互作用星系，距离我们有3亿光年之遥。1966年，赫顿·阿普首度描述了这一对星系，并将其收录在《特殊星系图集》中。其中，较大的螺旋星系是UGC 1810，质量比较小的星系大5倍。当螺旋星系相互作用时，潮汐力扭曲了它们正常的形状，顶部星系的旋臂被拉伸和扭曲，周围明亮的蓝色星团是因恒星相遇而形成的火焰风暴。



阿普273@NASA

蚂蚁星云

蚂蚁星云（正式名称Menzel 3，简称Mz3）是一个位于矩尺座的行星状星云，于1997年7月20日被华盛顿大学天文学家布鲁斯·贝里克（Bruce Balick）和莱登大学天文学家文森特·艾克（Vincent Icke）在研究哈伯太空望远镜的影像时发现。Mz3被称为蚂蚁星云是因为它的影象就十分像一只普通蚂蚁的头部和胸部。



蚂蚁星云@NASA

猫眼星云

这是位于天龙座的一个行星状星云。它是已知的星云中结构最复杂的之一，哈勃太空望远镜的高分辨率观测图像揭示出其中独特的扭结、喷柱、气泡以及纤维状的弧形结构。它的中心是一颗明亮、炽热的恒星，约1000年前这颗恒星失去了它的外层结构，从而产生了猫眼星云。猫眼星云于1786年2月15日由威廉·赫歇尔首先发现。1864年，英国业余天文学家威廉·赫金斯对猫眼星云作了光谱分析，使之成为首个通过光谱分析技术进行研究的行星状星云。赫金斯的研究结果首次表明行星状星云由高温气体而非恒星组成。目前，从远红外线到X射线，猫眼星云已经被进行过整个电磁波段观测。



猫眼星云@NASA

“哈勃”望远镜拍摄的照片远非上述所列的4张之少，更多精美照片，可自行登录NASA“哈勃”望远镜官网，传送门：

https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/multimedia/index.html

前不久，NASA还发起了一项“你的生日照片”活动，展示哈勃望远镜在你生日拍到的照片。传送门：

https://www.nasa.gov/content/goddard/what-did-hubble-see-on-your-birthday

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“发现号”航天飞机
“发现号”航天飞机（STS Discovery OV-103）是美国国家航空航天局（NASA）肯尼迪航天中心（KSC）旗下，第三架实际执行太空飞行任务的航天飞机。首次飞行是在1984年8月30日，负责进行各种科学研究与作为国际空间站计划的支援。于2011年3月9日执行完STS-133任务后退役。



2009年8月25日，“发现号”航天飞机准备执行STS-128任务。@ESA-S.Corvaja
“发现号”的命名，源自于一艘18世纪时的英国探险船——伴随著名的詹姆斯·库克船长远征南太平洋的“发现号”（HMS Discovery）。在库克船长的探险中，完成了包括发现夏威夷群岛、新西兰乃至于确认澳洲大陆存在等的功绩，而同行中的另外一艘探险船奋进号（HMBarque Endeavour）也成为NASA另一架航天飞机“奋进号”的命名由来。
回到主题，乐高10283“发现号”航天飞机。乐高之所以把“哈勃”望远镜与“发现号”以一款套装发布，是因为在1990年4月24日的STS-31任务中，“哈勃”望远镜由“发现号”亲自送上太空（见首图）。
乐高将10283“发现号”航天飞机套装定义为“为成年人设计”，建议拼搭年龄18+，共2354个零件，航天飞机模型全长54厘米，宽34厘米，高21厘米，与真机比例约为1:103。


乐高10283“发现号”航天飞机套装官方宣传照@LEGO
细节设计方面，乐高10283“发现号”航天飞机模型也是相当精致，除了基本外观较为准确地还原类真实航天飞机的气动构型外，模型对航天飞机至关重要的动力系统——3台RS-25液氢液氧主发动机，单台推力418000 磅推力 （1860 千牛)；2台AJ10-190一甲基肼/四氧化二氮轨道机动系统，单台推力6000 磅推力（26.7 千牛）；以及分布在机鼻和尾部的44具（该模型为36具）姿态控制反推系统都有所体现。



1983年10月16日，“发现号”航天飞机在位于加利福尼亚州棕榈谷的罗克韦尔国际工厂下线。@NASA



乐高“发现号”航天飞机@LEGO

航天飞机主发动机（Space Shuttle Main Engine，SSME，下简称“主发动机”）是普惠公司的洛克达因分部为航天飞机设计的主发动机，在公司内部称 RS-25。SSME是西方世界第一种实用化的阶段燃烧火箭发动机，也是目前世界最大的阶段燃烧液态氢氧发动机。



1981年5月21日，密西西比州汉考克县的约翰·斯丹尼斯航天中心，一台RS-25发动机进行地面试车。这幅特写照片由远程控制照相机拍摄。@NASA
主发动机呈三角形安置在轨道器机尾，主发动机可向上旋转10.5°，向下旋转8.5°，起到在上升段改变推力方向，引导航天飞机的作用。机尾还有三套由联氨驱动涡轮泵工作的辅助动力系统，该系统输出液压，转动主发动机，控制气动舵面，展开起落架。值得称赞的是，乐高设计师为“发现号”模型实现了上述作动系统，扭动中间的主发动机，机翼启动舵面可以随之运动。



乐高“发现号”航天飞机尾部特写@LEGO



2002年4月8日，“亚特兰蒂斯号”航天飞机执行STS-110任务，3台Block II RS-25D主发动机点火瞬间。这幅图像由安装在发射平台上的工程电影摄像机拍摄的视频抽帧提取。@NASA



2011年2月26日，“远征”26任务乘组人员在国际空间站内拍摄的STS-133任务“发现号”航天飞机与国际空间站对接前的尾部特写。这幅照片使用400毫米焦距镜头，在航天飞机距离空间站约180米拍摄。@NASA



乐高“发现号”航天飞机侧后视图@LEGO

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驾驶舱

乐高“发现号”航天飞机模型的驾驶舱采用可拆卸设计，简单还原了驾驶舱的基本结构。事实上，作为航天飞机的神经中枢、宇航员生活工作的核心舱段，驾驶舱内部十分负责。所有航天飞机任务的乘员舱都有三层甲板，是经过加压的居住区。飞行甲板位于乘员舱顶层，是轨道器飞行控制功能所在。指令长坐在左前方座位，飞行员坐在右前方，还有为其他机组人员准备的两到四个座位。中层甲板位于驾驶舱下方，是厨房和床位所在，还有三到四个座位。中层甲板配有气闸，能支持两名航天员的舱外活动，还能进入太空实验室。中层甲板下面是设备舱，装有环境控制和废物管理系统。



乐高“发现号”航天飞机驾驶舱部件@LEGO





航天飞机驾驶舱透视图@NASA

在航天飞机投入运行的30年间，科技发展突飞猛进。与飞机升级换代一样，NASA的航天飞机也在不断进行现代化升级改造，最显著的升级是航天飞机驾驶舱。1998年，波音公司在加利福尼亚州的Palmdale的航天飞机工厂进行了100多项升级。这次升级，驾驶舱中的11块全彩液晶显示器取代了曾经32块仪表和机电显示屏，以及四个阴极射线管显示屏。 新的“玻璃驾驶舱”重量减轻了75磅，降低了使用功率，其彩色显示屏使飞行员能够更轻松地识别各种关键功能。



1980年10月10日，STS-1机组在“哥伦比亚”号航天飞机驾驶舱内。两名宇航员是指令长约翰·W·杨（左）和罗伯特·克里彭。注意看，此时的驾驶舱仪表仅有3块阴极射线管显示屏。@NASA



“亚特兰提斯号”是第一架配有玻璃驾驶舱的航天飞机，图为2000年3月的STS-101任务。@NASA





上层驾驶员座椅背后是货舱控制平台，4块玻璃用于观察外部，宇航员通过仪表盘中间黑色的手柄操纵机械臂。乐高在模型设计中有所体现（上上图）。@NASA

下图展示了1960年代末至1970年代的“阿波罗”登月飞船驾驶舱；1980年代问世，1990年代末进行现代化升级的航天飞机驾驶舱；和2010年代的SpaceX载人“龙”飞船驾驶舱。人类宇航科技史被浓缩在这三幅照片中。我一直在畅想，未来50年后人类探索浩瀚宇宙的座驾会是什么样，也许是电影《钢铁侠》中呈现的全息交互？



@NASA/SpaceX
此外，用上图大胆猜测一番乐高下一款航天主题产品，此前有“阿波罗”登月飞船、“发现号”航天飞机，未来或许是SpaceX的“龙”飞船或“猎鹰”火箭？而在“发现号”套装说明书的末尾宣传页上也出现了“猎鹰”火箭搭载“龙”飞船升空的照片，或许也是一种暗示。

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货舱

航天飞机运输的货物全部放在巨大的非增压货舱内。货舱直径4.6米，长18.3米，200公里的近地轨道最大运载能力为24310千克，国际空间站所在400公里轨道运载能力为12500千克。



乐高“发现号”航天飞机货舱内装载着“哈勃”望远镜@LEGO



2011年，“发现号”执行STS-133任务期间，货舱门敞开，机械臂伸展。

货舱内前方（照片右侧）是与空间站的对接机构。@NASA

货舱内部一根长15.2米，直径38厘米的机械臂。早在1969年，加拿大受NASA邀请参加航天飞机计划，1975年签约研制航天飞机机械臂系统，也就是如今更广为人知的“加拿大臂”。“加拿大臂”自重450千克，拥有6个自由度，可以大致对应人类手臂的关节。在卫星部署与捕获、空间站建设等任务中，“加拿大臂”发挥了重要作用。它在太空微重力环境中可以轻松操控重量数吨重的货物，但在地面，机械臂上的马达却连自身的重量都不能举起。



乐高“发现号”航天飞机@LEGO

自从“加拿大臂”2号安装到国际空间站上之后，“加拿大臂”将航天飞机运载的用于组装空间站的部件传递给“加拿大臂”2号。两台机械臂通过部件串联在一起的状态，被媒体戏称为“加拿大握手”。



在“发现号”航天飞机的STS-116任务中，国际空间站上的“加拿大臂”2号准备抓取航天飞机上“加拿大臂”递出的P5桁架结构。@NASA
在乐高“发现号”航天飞机套装中，设计师将“哈勃”望远镜“部署”到航天飞机舱内，多种展示方式增加了可玩性。


乐高“发现号”航天飞机@LEGO



1990年4月25日，“发现号”执行STS-31任务时，乘组人员拍摄的“哈勃”望远镜从货舱中取出照片。图中“哈勃”望远镜左侧（上方）的金色卷轴是未展开的太阳能板。@NASA

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“哈勃”太空望远镜

哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope，HST），是以天文学家爱德温·哈勃为名，在地球轨道上运行的太空望远镜。哈勃望远镜接收地面控制中心（美国马里兰州的霍普金斯大学内）的指令并将各种观测数据通过无线电传输回地球。由于它位于地球大气层之上，因此获得了地基望远镜所没有的好处：影像不受大气湍流的扰动、凝视度极佳，且无大气散射造成的背景光，还能观测会被臭氧层吸收的紫外线。于1990年4月24日发射之后，已经成为天文史上最重要的仪表。它成功弥补了地面观测的不足，帮助天文学家解决了许多天文学上的基本问题，使得人类对天文物理有更多的认识。此外，哈勃的超深空视场则是天文学家目前能获得的最深入、也是最敏锐的太空光学影像。


乐高“发现号”航天飞机套装中的“哈勃”望远镜@LEGO



1999年12月9日，“发现号”为“哈勃”望远镜进行为期八天的升级维修任务。

图中可见“哈勃”太阳能电池板的柔性特征。@NASA

在乐高“发现号”套装中，细心的玩家在拼装完成后可能会发现，为什么会有两个金色的柱状可拆卸零件？（下图红框）



事实上，“哈勃”望远镜的太阳能电池板是柔性设计，舱内以卷轴状态收齐。或许这也是为什么乐高“哈勃”模型的太阳能电池板选用了纸材而非砖块零件的原因。但若要把乐高“哈勃”模型放入航天飞机货舱内，卷轴零件或展开的太阳能帆板都得拆下。



1993年12月9日，锚定在远程操纵器系统（RMS）臂末端的宇航员F. Story Musgrave准备升高到“哈勃”太空望远镜顶部，在磁力计上安装保护盖。图中红圈内即为卷起状态的太阳能板，乐高保留了此处细节。@NASA
乐高套装中“哈勃”望远镜的金色柔性太阳能电池板是第一代。自1990年发射升空以来，“哈勃”拥有三套不同的太阳能电池组。欧洲航天局开发了前两套太阳能电池组。第三组总共有八个面板，这些面板是从“铱”星通信卫星商业系统的生产线购买的。在“哈勃”的第三次维修任务中，宇航员为其进行了更换。





上两张图较为清晰地展示了“哈勃”望远镜第一代柔性太阳能帆板结构，人物的入镜也显示了太阳能板的尺寸。@NASA/ESA
当前的太阳能电池板是在2002年3B维修任务期间安装的（下图）。每个阵列长7.1×2.6（米）。阵列使用砷化镓（GaAs）太阳能电池，比此前使用的硅太阳能电池效率更高。第三代阵列还具有刚性的锂铝合金框架。第一代和第二代柔性太阳能电池阵列会导致望远镜在进出日照区域时因膨胀或收缩引起振动，从而影响“哈勃”拍摄照片时的清晰度。尽管哈勃最新的太阳能电池阵列比以前的尺寸小三分之一，但产生的功率却比高出20％，较小的阵列也减少了望远镜的大气阻力（尽管太空阻力很低很低）。



执行STS-125任务的“亚特兰蒂斯号”航天飞机宇航员在对“哈勃”进行第四次维修时拍摄的照片。@NASA

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至此，关于“发现号”航天飞机和“哈勃”望远镜，以及乐高10283套装就介绍的差不多了。来看成品。



乐高“发现号”航天飞机拼搭动图@翼下地球



放入陈列架中的乐高“发现号”航天飞机，以及乐高SPEED系列中的4辆跑车，以及一只MOC的拿着香蕉的猴子。@翼下地球



打开货舱，试图放进一支佳能RF 800mm F11 IS STM超长焦定焦镜头……@翼下地球



忘了介绍，乐高“发现号”可以放出起落架，

细节设计十分精巧，值得亲自探索。@LEGO

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乐高的航天飞机机队

如开篇所述，乐高发布过的航天飞机模型产品数量众多。从最开始使用砖块搭建的航天飞机发射场景（编号1682），到同样搭载了“哈勃”望远镜的“发现号”航天飞机（编号7470），以及第一款使用电动系统的Technic系列航天飞机……骨架？？最受追捧的当属在2010年发布的航天飞机（含棕色燃料罐和助推器，编号10213）。由于10213航天飞机模型在设计上有小瑕疵，个别零件容易脱落，乐高对该产品进行修改后，在2011年发布其微调改进版10231。如今这款套装在二级市场的价格已经达到了5000元左右。（以下产品图均来自@LEGO）此外，在CREATOR和CITY两个产品系列，乐高几乎也会每年推出一款新品，深受低领玩家喜爱。

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最后

乐高CREATOR（创意百变高手）系列

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