走近“天字號”太空工程

劉鳳梅

1998年11月20日，“阿爾法”國際空間站的第一個(gè)組件由俄羅斯建造的“曙光”號功能貨艙從哈薩克斯坦拜克努爾發(fā)射場成功發(fā)射，并進(jìn)入工作軌道，這標(biāo)志著人類歷史上體積最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、參與國最多的國際空間站開始進(jìn)入復(fù)雜而龐大的裝配階段。按照建設(shè)計(jì)劃，美國“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)于12月3日把空間站節(jié)點(diǎn)艙送上天，這個(gè)節(jié)點(diǎn)艙將作為一個(gè)狹長的聯(lián)接通道，幫助空間站的生活艙和試驗(yàn)艙對接到“曙光”號功能貨物艙上。作為人類迄今為止最為復(fù)雜的一項(xiàng)太空工程，“阿爾法”國際空間站其誘人的應(yīng)用前景的確打動了許多人的心。但整個(gè)空間站由30多個(gè)太空艙連接而成，需要發(fā)射近百枚火箭，另外，宇航員還必須在艙外工作1000多個(gè)小時(shí)，工程如此之大，有沒有危險(xiǎn)呢?是不是存在著失敗的可能呢?這些都是令人關(guān)注的問題。

造起來“不惜血本”

國際空間站不愧為有史以來的最大的太空工程。根據(jù)設(shè)計(jì)，這個(gè)飛行于太空的龐然大物長108米，寬88米，如果太陽能光板全部展開，其面積將有兩個(gè)足球場那么大，比俄羅斯的“和平”號空間站大5倍。它由兩個(gè)部分立體交叉而成，第一部分是由俄羅斯制造的功能貨艙為基礎(chǔ)，它通過對節(jié)艙段及節(jié)點(diǎn)艙與俄羅斯服務(wù)艙、研究艙、生命保障艙、美國試驗(yàn)艙、居住艙、日本實(shí)驗(yàn)艙、歐洲哥倫布艙等對接，形成空間站的核心部分，采用積木式構(gòu)型。另一部分是在美國的橫架結(jié)構(gòu)上安裝加拿大的移動服務(wù)系統(tǒng)空間站、艙外設(shè)備以及四對大型太陽能電池板。這兩大部分垂直交叉構(gòu)成龍骨架，不僅加強(qiáng)了空間站的剛度，還有利于各分系統(tǒng)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備工作性能的正常發(fā)揮，使宇航員的艙外活動對空間的質(zhì)量特性影響減少到最小程度，從而保證了空間站的微重力環(huán)境和控制精度。

空間站的平均運(yùn)行高度為354公里，飛行速度為每小時(shí)2．8萬公里，設(shè)計(jì)工作壽命為10～19年。建造期間需要把重達(dá)90萬磅的各類物資送上太空，這至少需要43次太空飛行，其中34次需要動用航天飛機(jī)。為完成空間站的裝配和電纜線的聯(lián)接，美、俄宇航員將做144次太空行走，這相當(dāng)于過去40年美國宇航員太空行走總和的兩倍。據(jù)估計(jì)，國際空間站的組裝將花費(fèi)6年的時(shí)間，由美國、俄羅斯、日本、加拿大、巴西和歐洲空間局(由11個(gè)成員國組成)共16個(gè)國家數(shù)以千計(jì)科學(xué)家共同參與。

建造國際空間站是一件高投入、高風(fēng)險(xiǎn)的事情，那么為什么會有這么多的國家熱衷于此呢?冷戰(zhàn)時(shí)期美國總統(tǒng)肯尼迪曾說過：“如果蘇聯(lián)控制了太空，他們就能控制地球?！睘榇耍绹颓疤K聯(lián)在太空拼命爭奪，現(xiàn)在冷戰(zhàn)雖已結(jié)束，但是太空站的地位卻有增無減。

以往的航天器功能單一、壽命短、種類數(shù)目繁多，因此導(dǎo)致各國發(fā)射頻率高。大多數(shù)航天器都是在軌不可維修、不可加固和不可補(bǔ)給的，航天器不能在軌組裝，使得許多巨型設(shè)備無法在太空落腳，這就使得高效益的研究和生產(chǎn)不能進(jìn)行，進(jìn)一步開發(fā)和利用空間資源變得很困難。比如把航天器作為太空中轉(zhuǎn)站去探索月球和火星，在航天器上建立空間工廠和試驗(yàn)基地等等，由于要處理的主要不是信息，而是物質(zhì)或能源，因此采用的方法和過程、所需的裝備往往要比單純用于信息處理的大且復(fù)雜。在現(xiàn)在和可以預(yù)見的將來它們還很難實(shí)現(xiàn)自動化，這就需要人在空間現(xiàn)場進(jìn)行工作，而空間站則是發(fā)揮人的主觀能動性的最佳載人航天器。

實(shí)踐證明，空間站是航天技術(shù)發(fā)展合乎邏輯的一步，它能長期載人、實(shí)驗(yàn)空間大，是現(xiàn)有的任何航天器所無法比擬的。但是，現(xiàn)在運(yùn)行的“和平”號空間站早已經(jīng)超期服役、嚴(yán)重老化，即將退出太空舞臺，人類必須研制一個(gè)更加先進(jìn)的空間站取而代之。在國際空間站人們不僅可以利用太空資源進(jìn)行科研，還可以探索商業(yè)應(yīng)用前景，為人類的太空開發(fā)積累科學(xué)和技術(shù)數(shù)據(jù)。正如美國航天局的官員所說。建造這個(gè)空間站的目的之一是了解人類如何在太空中安全而有創(chuàng)造性地生活和工作。

想起來“令人揪心”

美國《時(shí)代》雜志最近發(fā)表文章，反對建立國際空間站，文章分析了這個(gè)項(xiàng)目不該進(jìn)行的各種原因。例如，文章認(rèn)為人類利用空間站制造新金屬、新藥物以及測試人體在太空中的生理變化，都可以通過廉價(jià)的辦法獲得，而不用投入如此的巨資。而其中最主要的還是“錢”的問題，如俄羅斯的服務(wù)艙原定于1998年4月完工，但至今尚未最后結(jié)束，如果沒有這個(gè)服務(wù)艙?？臻g站的科學(xué)家將沒有可居住的地方?！稌r(shí)代》的觀點(diǎn)當(dāng)然只是一家之言，但是，國際空間站在建設(shè)過程中確實(shí)存在著這樣那樣的現(xiàn)實(shí)問題。

首先，因?yàn)榭臻g站規(guī)?？涨?，所以人們無法像其他航天器那樣在發(fā)射前進(jìn)行地面聯(lián)合測試，而且空間站在軌組裝工作開始時(shí)有些部件還在制造，只能邊裝配邊試驗(yàn)，完全是“摸著石頭過河”。尤其重要的是，這些軟、硬件分別來自16個(gè)國家的幾百家廠商，管理與使用方面技術(shù)復(fù)雜，很容易相互影響，為此美國還專門制定了一整套的驗(yàn)證計(jì)劃，以保證質(zhì)量和匹配。

其次，為了完成空間站的裝配，美國宇航員要出艙活動930個(gè)小時(shí)，俄羅斯宇航員要出艙活動460個(gè)小時(shí)，再加上完成維修任務(wù)也需要出艙，國際空間站所需要的出艙活動時(shí)間就更長了，因而其危險(xiǎn)性就大大增強(qiáng)，宇航員稍有不慎就會成為有去無回的“人體衛(wèi)星”。另外，宇航員出艙接通來自不同國際伙伴的管線和線路也不是一件容易的事，如果不匹配就會延誤計(jì)劃的按期完成。國際航天專家們表示，在興建空間站的整個(gè)過程中，發(fā)生重大事故的可能性很大。英國的一份研究顯示，完成這樣一項(xiàng)空間項(xiàng)目，至少發(fā)生一次重大事故的機(jī)率高達(dá)73．6％，而任何一次機(jī)械大事故或人員的傷亡，都可能導(dǎo)致這個(gè)項(xiàng)目的失敗或長時(shí)間擱置。

再者，人類40余年的太空探索已經(jīng)在太空留下了諸多痕跡，地球四周的軌道內(nèi)充斥著衛(wèi)星和火箭碎塊等。雖然美國航空航天局可檢測到直徑10厘米以上的物體，并移動空間站以躲避它們的襲擊，但是遇到更小的碎片時(shí)就無能為力了?？茖W(xué)家還為空間站設(shè)計(jì)了保護(hù)層，使其能夠抵抗速度為每秒7公里的彈子大小的物體的沖擊，但是因?yàn)樘张摰那闆r不同，每個(gè)太空艙在10年間被太空物體擊穿的概率在1～2％之間，如果近30個(gè)太空艙組建完畢，被擊穿的概率就上升到24％左右。如果空間站遭碎片撞擊后裂了一個(gè)小口子，宇航員還可以及時(shí)補(bǔ)救，但是當(dāng)撞到關(guān)鍵部件上時(shí)，如氙氣室，就會發(fā)生爆炸，最為糟糕的是太空艙會像氣球那樣爆裂。

另外，專家指出，宇航員在高輻射的宇宙空間呆上1小時(shí)都會增加罹患癌癥的可能，美國休斯頓宇航中心的專家研究發(fā)現(xiàn)，宇航員們每小時(shí)所接收的輻射量有O．15西韋特，相當(dāng)于照射了1000次X光胸透，而在美國人們每年所受的輻射量不能超過0．05西韋特。所以，宇航員每完成一次太空任務(wù)回來后，體內(nèi)染色體變異數(shù)量都會增加。如果在空間站工作期限滿180天，那么其罹患癌癥的概率將接近1％。而國際空間站至少要運(yùn)行10年。一次最多只能容納7名宇航員，宇航員罹患癌癥的可能性無疑增加了不少。

最后，即使空間站建造成功，而運(yùn)行它需要很大的補(bǔ)給量，包括宇航員的食品、生活用品、空間站所需備件、科學(xué)試驗(yàn)用品以及運(yùn)送這些東西所需的費(fèi)用，統(tǒng)算下來，每年的運(yùn)行費(fèi)用就達(dá)幾十億美元。前不久，國際空間站就因?yàn)橘Y金問題掀起波瀾，俄羅斯于1998年9月22日表示沒有錢建造由俄羅斯負(fù)責(zé)的一些艙段。為幫助俄羅斯擺脫困境，美國準(zhǔn)備在未來4年內(nèi)購買由俄羅斯制造的多達(dá)6．6億美元的物資裝備。這筆金額約占俄承擔(dān)總費(fèi)用的一半，雖然美國國會勉強(qiáng)同意了這一計(jì)劃，但一些議員對此表示了極大的不滿?？磥?，在國際空間站的實(shí)施過程中，將會經(jīng)歷許多的風(fēng)風(fēng)雨雨。

(責(zé)任編輯／錢利群)