好事多磨的國際空間站

□ 龐之浩

2010年2月9日由航天飛機拍攝的國際空間站

2010年2月8日，美國“奮進”號航天飛機上天，為國際空間站送去了第三個、也是最后的節(jié)點艙——“寧靜”號節(jié)點3號艙，以及歐洲“望塔”號觀測艙。這標志著國際空間站非俄羅斯艙段的建造已完成，國際空間站的建造工程已完成了90%。此后，航天飛機還將執(zhí)行4次國際空間站任務(wù)。屆時，耗時25年、花費數(shù)百億美元的國際空間站將基本建成，航天飛機也將光榮退役。

幾度興衰巨無霸

冷戰(zhàn)時期，美蘇曾在太空領(lǐng)域開展過激烈的競賽，其中美國在載人登月的角逐中獨占鰲頭，所以蘇聯(lián)于20世紀60年代末開始把人力、物力和財力都轉(zhuǎn)移到發(fā)展空間站上來，并取得領(lǐng)先優(yōu)勢，先后發(fā)射了七座“禮炮”單艙段空間站，而美國只把“天空實驗室”一座單艙段空間站送上了太空,就認為沒什么了不起而去發(fā)展航天飛機去了。

到了20世紀80年代初，美國逐漸發(fā)現(xiàn)它在空間站領(lǐng)域已大大落后于蘇聯(lián),而且意識到通過建立空間站能控制太空，從而控制地球，尤其是得知了蘇聯(lián)準備發(fā)射采用積木式構(gòu)型的第一代多艙段空間站“和平”號后，美國便下決心在空間站領(lǐng)域趕超蘇聯(lián)。

1984年1月25日，里根總統(tǒng)批準建造一個以美國為主、多國合作的長久性空間站計劃——“自由”號。這個方案比“和平”號先進，屬第二代多艙段空間站，采用桁架掛艙式構(gòu)型，總質(zhì)量達幾百噸。如果研制成功，則一下可跨越幾個臺階，再次像當(dāng)年載人登月一樣超過蘇聯(lián)。

但是這次美國沒能如愿以償。這是因為純桁架掛艙式構(gòu)型技術(shù)太復(fù)雜、費用極高、風(fēng)險也很大，而且在研制中一直遭到許多人的反對，以致于從1984～1994年，“自由”號空間站方案一變再變，不斷簡化，幾乎中途夭折。在克林頓當(dāng)選美國總統(tǒng)后該空間站方案被責(zé)令壓縮規(guī)模，降低研制費用和風(fēng)險，才使這一未來的天之嬌子得以幸存下來。

就在“自由”號空間站的命運岌岌可危的情況下，世界空間站大國蘇聯(lián)于1990年解體，這給了美國發(fā)展國際型空間站一個千載難逢的絕佳機會。因為隨著蘇聯(lián)的解體，俄羅斯已不是美國爭奪太空優(yōu)勢的競爭對手了，更重要的是俄羅斯在空間站建造方面有豐富的經(jīng)驗和先進的技術(shù)。于是在1993年，美國航宇局對原“自由”號空間站方案進行了“大手術(shù)”，其中最主要的措施是吸收俄羅斯為正式合作伙伴，采用了很多俄羅斯空間站的成熟技術(shù)，目的是節(jié)省費用、少走彎路、降低風(fēng)險和縮短時間。因此，當(dāng)今在軌運行的國際空間站實質(zhì)上是一個既采用了類似“和平”號的積木式構(gòu)型，又采用了桁架掛艙式構(gòu)型的“混血兒”，為的是減少難度和費用。

聯(lián)合打造宇宙城

經(jīng)過反復(fù)磋商，國際空間站最終由美國、俄羅斯、11個歐空局合作國（法國、德國、意大利、英國、比利時、丹麥、荷蘭、挪威、西班牙、瑞典、瑞士）、日本、加拿大和巴西共16個國家聯(lián)合建造。不過，2009年10月，韓國和印度航天部門負責(zé)人在國際宇航大會上表示，希望加入國際空間站。印度空間研究組織主席奈爾說，印度將幫助國際空間站進行乘員運輸。印度載人飛船計劃在2015年左右首次試飛。韓國航空航天研究所主席李柱鎮(zhèn)稱，就國際空間站合作國問題的對話將在2010年初進行。這兩個國家準備成為國際空間站的合作國，一個重要原因就是國際空間站運行截止時間將由2015年延長至2020年。由于美國已同意延長國際空間站使用壽命，所以國際空間站合作國將能夠開始討論機構(gòu)間框架的改變。各國航天局在貨運補給和空間站艙段上可采用物物交換原則，例如用乘員運輸與航天員任務(wù)時間做交換。

2010年3月11日召開的國際空間站會議

2010年2月2日，歐空局局長多爾丹稱，他將建議美國、俄羅斯、日本、加拿大等國際空間站合作國，邀請中國、印度和韓國參與國際空間站項目，成為國際空間站的合作伙伴。多爾丹指出：“中國、印度和韓國都積極地參與了未來空間探索的多邊討論，因此，在商討擴大國際空間站合作國時，這三個國家應(yīng)該占有一席之地。但是這需要現(xiàn)有合作國共同決定?！?/p>

國際空間站合作國航天局的首腦們已在2010年3月11日會聚東京，就國際空間站的合作進行審議。這些首腦們重申了全面開拓空間站科學(xué)、工程、應(yīng)用和教育潛能的重要性。他們指出，國際空間站最少運行至2020年，還可確保在軌元件可以工作到2028年。之所以要確保運行至2028年是因為2028年是國際空間站第一個艙升空30周年。他們對延長空間站壽命表現(xiàn)出極大興趣。國際空間站合作國還同意尋找新方法來降低國際空間站運行的年度成本，其中包括使用新一代水再生系統(tǒng)來減少新鮮水的供給；提高貨運飛船的運載能力。

該空間站在籌建的過程中，美國剛開始叫它“阿爾發(fā)”,即希臘第一個字母α，意為世界第一座大型空間站，但俄羅斯不同意，認為其“和平”號才是世界第一座大型空間站，所以國際空間站至今也沒有正式名稱。

國際空間站由眾多國家合作打造，其中美俄是“主力軍”，具體分工是：美國研制實驗艙、節(jié)點艙、氣閘艙各一個，以及所有桁架結(jié)構(gòu)、太陽能電池陣；俄羅斯研制功能貨艙、服務(wù)艙、對接艙各一個和迷你研究艙兩個；歐洲研制實驗艙、望艙各一個，節(jié)點艙兩個，H-2轉(zhuǎn)移飛行器多艘；意大利研制多用途后勤艙三個；日本負責(zé)研制由增壓艙、遙控機械臂、暴露設(shè)施和實驗后勤艙四部分組成的最大實驗艙一個和自動轉(zhuǎn)移飛行器多艘；加拿大負責(zé)研制移動服務(wù)系統(tǒng)一個，該系統(tǒng)包括遙控機械臂——加拿大機械臂2號、移動基座系統(tǒng)、“德克斯特”專用靈巧機械手；巴西提供一些實驗用快速托架。

早期的“自由”號空間站方案采用雙龍骨架

困難重重遇挑戰(zhàn)

國際空間站是當(dāng)代規(guī)模最大的工程，也是涉及國家最多的大型國際航天合作項目，因此，在組裝、管理、技術(shù)和經(jīng)費上都遇到了一系列嚴峻的挑戰(zhàn)。

例如，由于其規(guī)?？涨?，故整個空間站很難在地面進行聯(lián)測，而且在空間站在軌組裝工作開始時，有些部件還在制造，所以只能在軌邊裝配邊試驗。尤其是這些軟硬件來自16個國家的數(shù)百家廠商，很容易相互影響。為此，制定了一套專用驗證計劃，以保證質(zhì)量和匹配。

航天員艙外活動量大也是一個難點。為了安裝空間站的大量部件，接通管道和電纜等，美國航天員需出艙900多個小時，為完成維修任務(wù)還需出艙200多小時，這比過去35年內(nèi)美國航天員出艙活動時間總和還多400多小時；俄羅斯航天員也需出艙活動400多小時。因而，有較大的危險性，搞不好會有去無回。另外，出艙接通來自不同國際合作伙伴的管道和電纜也非易事，如不順利就會延誤整個計劃的按期完成。上天前航天員要在水槽中多次進行艙外活動的地面模擬練習(xí)，尤其是練習(xí)如何安裝、展開和移動大型太陽能電池板，因為它展開長有73.2米，總面積達2419平方米，為一個足球場面積的54%，所以在軌裝配很復(fù)雜。

歐洲航天員在艙外安裝“哥倫布”號實驗艙

國際空間站上的生命保障系統(tǒng)也比“和平”號空間站上的先進得多，也復(fù)雜得多。比如，經(jīng)過長期研制，它才于2009年首次在太空進行水的循環(huán)使用……這些都加劇了建造國際空間站的難度。

相互牽扯是國際空間站建造過程中最令人頭疼的事，因為只要一個主要部件不能按時發(fā)射，就會影響整個計劃進度。例如，由于俄羅斯“星辰”號服務(wù)艙未能按期交付，國際空間站計劃已因此推遲了一年多；2003年美國“哥倫比亞”號航天飛機失事后，國際空間站工程又停工兩年多。今后還不知會出什么事。

其實，即使國際空間站建成，其運行管理也不容易，因為每個航天員每年需由地面送去658千克食品、209千克服裝（站上有冰箱，但沒洗衣機）和其他個人用品，空間站所需備件和科學(xué)試驗用品的量就更大了，而當(dāng)今運送1千克物品到空間站的費用為2.2萬美元。由此可見，“養(yǎng)”一個空間站耗資驚人，據(jù)估計每年需13億美元，若在軌工作10年則為130億美元。再加上先期的研制費和發(fā)射費等，國際空間站總費用將達1000億美元。

耗資巨大是國際空間站屢遭反對的最主要原因。發(fā)現(xiàn)地球輻射帶的著名科學(xué)家范艾倫說：“空間站的費用遠遠大于它的無可非議的科學(xué)目的和實際用途?！币灿腥苏J為空間站是美國航宇局的“越南戰(zhàn)爭”。1993年在決定是否繼續(xù)建造國際空間站時，美國眾議員僅以一票的優(yōu)勢通過了該計劃。美國航宇局局長格里芬在2005年公開表示，建造國際空間站是戰(zhàn)略性決策失誤，其用途不如建造月球基地廣。

國際空間站現(xiàn)在還面臨一個大問題，那就是日益老化。因為該空間站原定2003年建成，但由于多種原因，2010年才能建成，所以在軌運行的很多部件已到了壽命，故障也頻頻發(fā)生，這很像當(dāng)年蘇聯(lián)/俄羅斯的“和平”號空間站。由于建造周期過長（10年），超期服役多年，“和平”號上的許多設(shè)備在后來幾年的運行中都不行了，故障此起彼伏，與地面通信聯(lián)絡(luò)也不暢，結(jié)果花去了航天員大量時間來修理，限制了空間站效能的發(fā)揮。到1993年，航天員用于設(shè)備維護和排除各種故障的時間就占整個工作時間的45%以上，后來更多，有時甚至達80%，所以利用率很低，最終俄羅斯不得不把它墜落在南太平洋預(yù)定海域。

今后，隨著國際空間站的建成和美國航天飛機的退役等新情況的出現(xiàn)，國際空間站還將解決如何更好地應(yīng)用和提供天地往返運輸能力等一系列新問題。

推遲1年多才交付的俄羅斯“星辰”號服務(wù)艙內(nèi)部

遭受冷遇曾失寵

在小布什任總統(tǒng)期間，國際空間站曾遭受美國的冷遇，原因是這一國際空間站的“大股東”對它失去了興趣。小布什總統(tǒng)于2004年提出了宏偉的“太空探索新構(gòu)想”，把興趣轉(zhuǎn)向了建造月球基地。但又苦于國際空間站是國際合作項目，美國無法單方面決定立刻下馬該工程，于是多次與空間站其他合作國商討有關(guān)削減事宜，以便省下資金重返月球。

2006年，國際空間站合作國開會協(xié)調(diào)，最終同意按比例縮減國際空間站上的艙段和開展科學(xué)實驗的數(shù)量，以支持美國提出的讓航天飛機在2010年退役、讓國際空間站更好地為探月及火星探索服務(wù)等建議，以幫助美國實現(xiàn)在2010年前完成其在國際空間站所承擔(dān)的任務(wù)目標。作為交換，美國將繼續(xù)幫助各國發(fā)射其自行研制的各艙段。

此后，美國不僅大大減少了為國際空間站建造而發(fā)射航天飛機的次數(shù)，并擱置或取消那些不能對美國“太空探索新構(gòu)想”起到支持作用的國際空間站研究裝備或?qū)嶒灒ǖ蜏匚⒅亓ξ锢碓O(shè)備、流體和燃燒裝置等，以及多項生理學(xué)和重力生物學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究實驗項目，只用于為探測工作試驗技術(shù)和開發(fā)醫(yī)學(xué)應(yīng)對措施。小布什任總統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)下的美國航宇局把航天員重返月球，并以此為跳板進行載人登火星作為未來載人航天的核心，所以美國所有太空研究項目都是圍繞這一核心展開。由于當(dāng)時的美國航宇局認為，在空間站進行微重力實驗、太空材料研究等實驗，都屬于和重返月球沒有直接關(guān)系的項目，所以可以暫?；驎壕忂M行，只有太空輻射研究等一小部分項目被保留下來。

為此，俄羅斯也縮減了國際空間站俄羅斯艙段的建設(shè)，今后將只發(fā)射功能貨艙2號和兩個迷你研究艙。因為美國航天飛機飛行次數(shù)銳減，所以俄羅斯無法將本國科學(xué)能源平臺運往空間站。作為計劃變更的賠償，美國同意用國際空間站上的美國太陽能電池陣向俄羅斯艙段提供能量。

美俄歐對關(guān)閉空間站時間也曾有很大分歧。小布什任總統(tǒng)時美國堅持在2015年底撤出國際空間站，俄羅斯則希望將空間站保留更長時間。而歐空局表示，如果美國撤出，歐洲不會承擔(dān)部分美國現(xiàn)在所支付的費用。但俄羅斯和歐洲都認為有必要將它的使用時間延長，以開展更多科學(xué)實驗。2015年就讓國際空間站退役將無法提供足夠的時間來規(guī)劃和開展人體生命科學(xué)實驗，從而以足夠數(shù)量的研究對象來生成對探測有用的數(shù)據(jù)。

其實，對于國際空間站的應(yīng)用前景各國看法一直不一致。俄羅斯等國認為，國際空間站上的多個實驗艙可進行最先進的生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)及其他學(xué)科的研究。因為這些艙是首次按微重力試驗要求設(shè)計的，都十分靠近質(zhì)心，能保證重力接近于零，從而可成為一個提供空前能力來揭開重力對人類世界影響之謎的實驗場所，在基礎(chǔ)科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等方面擴展全人類的知識，為以后可能出現(xiàn)的突破性進展奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。同時，它也提供了人能長期在軌直接參與對地觀測和天文觀測的機會，為研究地球環(huán)境、探索宇宙世界做出貢獻。此外，作為人類首次在太空進行的大規(guī)模裝配活動，建造國際空間站也將為今后建造太陽能電站、載人火星探測等航天活動積累經(jīng)驗和試驗技術(shù)。俄羅斯一直把建造和應(yīng)用空間站作為一項國策，認為它是開發(fā)太空的最佳利器，所以對空間站的應(yīng)用前景充滿希望，并早就宣稱，如果國際空間站不延長使用壽命，俄羅斯將單獨建造新的空間站。新空間站將擔(dān)負“太空組裝車間”的功能，為星際旅行及探月做準備。

在站上聚精會神工作的美籍華裔空間站站長焦立中

柳岸花明又一村

奧巴馬當(dāng)選總統(tǒng)以后重新評估了美國載人航天計劃，結(jié)果使國際空間站形勢風(fēng)云突變。2010年2月1日，奧巴馬公布了2011財年預(yù)算方案，對美國載人航天項目做出重大調(diào)整，建議取消美國的重返月球計劃；把國際空間站的退役時間從2016年推遲到2020年以后，并將其變?yōu)槊绹膰覍嶒炇?，充分利用其設(shè)備開展生物、醫(yī)學(xué)、材料、燃燒特性等實驗；借助私營企業(yè)的商用飛船將航天員送入國際空間站。因此，國際空間站不僅在今后將發(fā)揮更大的作用，還將采用新的運營模式。

美國航宇局公布的資料顯示，截至目前，美國已經(jīng)累計為國際空間站投入了440億美元。美國航宇局前總工程師羅伯特·布勞恩說：“我們用了11年多的時間，才最終把國際空間站建設(shè)完成，再過區(qū)區(qū)幾年就很有可能將其廢棄掉。這真是太荒謬了！”由奧巴馬親自任命的獨立審查委員會也于2009年建議說，美國政府應(yīng)該投入更多的資金，以使國際空間站的使用壽命延長至2020年。審查委員會成員、美籍華裔航天員焦立中曾經(jīng)擔(dān)任過國際空間站站長，他說：“我們已經(jīng)成功聯(lián)合了那么多的國家從事這項共同的太空開發(fā)項目，如果我們現(xiàn)在退卻不干了，將徹底瓦解這種合作機制。其他參與合作的國家也將對美國在空間探索領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)能力失去信心?！?/p>

美國航宇局2010年3月3日宣布，美國航空航天學(xué)會已決定將2009年度“羅伯特·科利爾獎”授予國際空間站項目，以表彰其為人類太空探索與合作作出的杰出貢獻。該學(xué)會認為，作為人類在太空建立的體積最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的航天器，國際空間站代表著人類在太空探索方面所取得的最先進的科技成就。