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国际空间站老化加剧,美未来空间站走向何方?
来源 | 澎湃新闻 2021-05-04 19:30
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近期,两则关于空间站的新闻引发了大众的关注。

第一个大家肯定猜到了,那就是中国的“太空网红”——“天宫”空间站。4月29日,“天和”核心舱已经发射成功,核心舱是中国空间站的重要组成部分,按照现有规划,未来我国还将继续实施11次飞行任务,预计将在2022年完成空间站建造。同时中国空间站也向全球开放欢迎各国加入,目前已经有不少国家提交进驻申请。

另一个是关于国际空间站的,4月18日俄罗斯副总理鲍里索夫向外界表示,鉴于国际空间站(ISS)已经严重老化,空间站运营合约也将于2024年到期,俄罗斯计划自2025年起退出该项目,并着手建造自己的空间站。分析认为,俄罗斯今年将发射的“科学”号多功能实验舱将是其未来空间站建设的基础。

国际空间站退役后,美国未来空间站走向何方?

美国发射的第一个空间站“天空实验室”尺寸和重量都明显大于苏联“礼炮1号”空间站。

美国空间站的那些事儿

疯狂的冷战年代,美苏几乎在各个领域展开竞争和博弈,空间站也不例外。在载人登月竞赛中落败的苏联将航天重点转向了空间站,并率先发射了人类史上首个载人空间站——“礼炮1号”。

美国首个空间站“天空实验室”比苏联“礼炮1号”晚两年发射,其实美国空间站计划起步并不晚。1966年,美国启动了“阿波罗应用计划”,这是继“水星”、“双子星座”和“阿波罗”之后又一项大型载人航天计划,目的是发射大型载人空间站。当年,美国提出“土星”S-5B火箭箭体试验模块(SSESM,Saturn S-IVB spent-stage experiment support module)方案,用“土星”5号运载火箭的第三级箭体改造为空间站主体,SSESM在竞争中落败于载人轨道实验室(MOL)方案。1969年MOL被取消。

由于“阿波罗”18到20任务的取消,美国宇航局将剩余的3枚“土星”5号火箭用于空间站计划,SSESM改称为“天空实验室”。轨道舱由“土星”5号火箭的第三级液氢液氧贮箱改造而成,去掉了上面的火箭发动机和附属机构,用隔板分成上下两部分。1973年5月14日,美国在肯尼迪航天中心用“土星”INT-21火箭将“天空实验室”送入高度为435千米的近地圆轨道,之后发射了3艘“阿波罗”载人飞船,分别称为“天空实验室”2、3、4号任务。

“天空实验室”剖视图。

“天空实验室”是人类单次向太空发射最重且最复杂的人造天体,重量约77吨。然而,“天空实验室”任务并不顺利。火箭升空60多秒后,微流星防护罩提前打开,被气流撕掉,还有一块太阳能电池板也被气流破坏,第一批航天员不得不对这些问题进行维修(但问题没有完全解决,这也是“天空实验室”提前关闭的重要原因)。

三批航天员总共在“天空实验室”驻留了171天,进行了270多项研究和实验,取得了不少成果。“天空实验室”原计划运行10年,但自1974年2月第三批航天员返回地球之后就被关闭,因为舱内气温升高、太阳黑子活动加强等原因,“天空实验室”不适合航天员驻留,被迫关闭。1979年7月12日运行了2200多天的“天空实验室”坠入大气层烧毁。

与苏联空间站发展连续性相比,美国空间站发展缺乏连续性,“天空实验室”关闭后,美国的航天重心转向了航天飞机,等航天飞机成功后,上世纪80年代又启动了“自由”号空间站计划。这是一个国际合作项目,日本、加拿大和欧空局都有参与,是国际空间站的前身。

冷战结束后,“自由”号空间站也随之陷入停顿,1993年时任美国总统的克林顿正式结束了“自由”号空间站计划。之后,美俄开始接触商谈合作建立空间站,“自由”号空间站重获新生,国际空间站诞生。1998年11月国际空间站的第一个组件曙光号功能货舱进入预定轨道,2011年,美国“发现”号多用途增压舱送往国际空间站,空间站建设完成,国际空间站的各个组件大多由美国航天飞机进行运输。

值得一提的是,中国当时也希望加入国际空间站项目,但因美国的反对未能成行。

美国也参与了苏联/俄罗斯“和平”号空间站项目。

近地轨道空间站将商业化

作为一个国际合作项目,国际空间站虽然耗资巨大(已经超过1500亿美元,每年维护成本高达四五十亿美元),但仍然取得了丰富的科研成果,包括太空技术开发、物理学与生物学的微重力研究、人体生理学、地球科学和教育等。

从现在的眼光看国际空间站这个项目,国际空间站建设和运营也存在一些不足之处,值得后发国家好好研究,比如每千克有效载荷费用太高(几万美元),建设周期太长,维修任务因部件老化更加繁重。按照计划,该空间站最初的服役期限为2015年,之后被延长两次,分别至2020年和2024年,此前计划使用到2028年,但这几年频繁发生漏气等问题,显示空间站离退役已经不远了。

今年4月,俄副总理鲍里索夫表示,鉴于国际空间站已经严重老化,空间站运营合约也将于2024年到期,俄罗斯计划自2025年起退出该项目,并着手建造自己的空间站。俄罗斯已经宣称打算另起炉灶建设自己的空间站,分析认为,准备在今年7月发射的“科学”号实验舱将是俄未来空间站的核心舱,以此为基础进行建设。

美国也打着自己的小算盘,美国宇航局已经决定将国际空间站商业化,未来几年的主要目标是对客户群体在资金和合同上进行指导。美国可能会在2025年之前取消对国际空间站的相关拨款,节省下来的钱可以用于载人登月或登火等项目。

美国未来空间站发展将朝着深空化和商业化发展,目前正在研制的“门户”月球空间站尺寸和重量都比较小,主要作为载人登月的中转站,而近地轨道运行的空间站可能交给商业航天公司。而且此前美国宇航局已经将国际空间站物资补给和载人飞行交给了商业航天企业,经验和技术都满足要求。

美国毕格罗公司研制的充气空间站,该技术也将参与到美国未来空间站竞标。

据美媒3月报道,美国宇航局最近公布了所谓的“商业近地轨道目的地”(CLD)项目,计划在2021年第四季度向四家公司授予总计4亿美元的资金,帮助启动私人空间站的开发,以取代国际空间站。美国宇航局将成为空间站的使用者,但不是所有者和运营者,这可以节约大量的资金。

除了CLD项目外,美国宇航局还向航天公司Axiom Space授予了价值1.4亿美元的合同,为国际空间站建造舱段。当国际空间站退役后,Axiom计划将其模块分离,将其改造为能够独立飞行的空间站。

眼看着中国空间站建设进入快车道,美国也有了搭“顺风车”的想法。去年6月,中国载人航天工程办公室与联合国外空司就联合对外公布,来自17个国家、23个实体的9个项目成功入选中国空间站第一批科学实验项目,这是中国载人航天工程首次通过联合国进行的大规模国际合作。

当被问及“选项目时有没有排斥来自美国的项目”,中国载人航天工程总设计师周建平直言:“我们没有排斥任何国家,也没有限定任何范围,有美国团队参与申报的项目。从科学价值和技术考量来讲,美国的项目没达到要求的标准。”

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