关于国际空间站的去留

文章作者:bianji3 | 2017-11-04
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        国际空间站最初提议的名字是“阿尔法空间站(Alpha)”,但是遭到俄罗斯的反对,俄方认为这样的命名暗示国际空间站是人类历史上第一个空间站,可是事实上苏联以及后来的俄罗斯先后成功地运行过8个空间站。

       据报道,国际空间站每隔90分钟就围绕地球飞行一圈。远远看去,在漆黑的宇宙空间之中,地球就像一颗安静漂浮的蓝色球体,而运行在地球轨道上的空间站就像是天上的舞者。只要事先查询空间站的过境时间,我们可以轻易观察到空间站从我们头顶上空通过的轨迹:一颗明亮的“星星“从夜空中快速划过。然而,很多人所未曾想过的是,到2024年,这座巨大的“太空城市”将会被放弃,脱离轨道,在地球大气中解体爆炸,残骸最终将坠入太平洋的海底。

  国际空间站是工程学的奇迹,并且取得了很多的成果。但如果在今天问很多美国的空间政策专家:“美国宇航局是否应该建造这样一个巨型空间站,并且将这个几乎完全由美国纳税人的资金建设的庞然大物以‘国际’来命名?”很多人给出的答案都是否定的。他们会说:“我们应该将这上千亿的资金用于进行更加大胆的探索行动!“

  然而,也有一部分专家认为我们应该继续使用这一巨型太空设施,并主张将其寿命延长到2028年之后,这一时间已经接近了空间站建筑结构的使用寿命极限了。取决于你所选择的对话专家,他们的观点存在巨大分歧:有些专家认为国际空间站是一座价值难以估量,完全被低估的关键性太空基础设施,而另外一些人则直接将国际空间站称作是“太空财政无底洞”,讽刺它对财政的拖累。这样的分歧局面与一般情况下私营企业界与政府航天部门之间的航天政策分歧有所不同,在政府航天部分工作的科学家内部,对于这一问题也存在着严重的意见分歧。

正在太空中运行的国际空间站正在太空中运行的国际空间站

  更多出于经济考虑,而非科学

  航天迷们对于一个事实感到惊讶和沮丧,那就是科学家们竟然对于国际空间站本身所能带来的科学价值存在争议。在很多太空研究专家和科学支持者们看来,国际空间站更多像是一座“太空度假屋”,时不时会有一些幸运的宇航员上去小住一段时间,玩玩球形水滴,再玩玩失重状态下的小白鼠。他们指出,我们完全可以用建造国际空间站的钱投入到更加重要的太空探索行动中去,发展成本低得多的无人探测器,天体物理学空间设备,地球观测卫星,等等,有很多很多的项目,其科学价值都要比国际空间站大得多。

  这些科学专家们的言论并非虚妄。在每年美国宇航局大约190亿美元的预算资金中,很大一部分被国际空间站占用。事实上,在2016年的美国宇航局报告中,我们发现国际空间站的维护成本达到了惊人的27亿美元,这还没有算上用于为空间站运送补给物资的商业货运飞船(CRS),以及让美国宇航员搭乘俄罗斯联盟号飞船飞往国际空间站的“搭车费用”,另外,宇航局还在持续支持两种“商业载人运输飞船系统”(CCDEV)的开发,这也需要耗费资金。如果将这些都加在一起,每年宇航局花费在国际空间站上的费用将超过30亿美元,这笔资金主要是由美国宇航局的“载人探索与运行任务办公室”提供的。可以想象,利用这么一大笔资金,我们完全可以支持研制相当多的一批无人飞船,太空望远镜,大气研究设备等等。

美国比格罗公司的可充气太空舱段正在国际空间站上接受测试,图为其正在充气膨胀中美国比格罗公司的可充气太空舱段正在国际空间站上接受测试,图为其正在充气膨胀中

  国际化的虚名

  随着美苏两国冷战的结束以及苏联的解体,美国当时设想中的,由美国研制的“自由号”(Freedom)空间站被更名为“国际空间站”,以便将俄罗斯吸纳进来参与研制合作,从而体现某种政治上的“友好”。而为了达到这一目的,这一所谓的“国际空间站”的轨道就必须被设置成美国航天飞机以及俄罗斯联盟号飞船都能够比较方便进行对接和补给的形式。

  俄罗斯的飞船发射地位于纬度较高的地点(超过北纬46°)。由于地球自转线速度的差异,在赤道(纬度0°)发射的宇宙飞船能够获得地球自转方向上每小时1040英里(约合1670公里)的“免费加速福利”。而如果你越偏离赤道,纬度越高,你从地球自转那里得到的“免费加速福利”就会逐渐递减,那你的发射成本也就随之上升了。在美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心,美国的航天飞机发射能够获得来自地球大约每小时919英里(约合1478公里)的免费加速,而在俄罗斯的拜科努尔发射场,俄罗斯联盟号飞船获得的这一数值则是每小时722英里(约合1162公里)。

  这还没完,采用51.6度大倾角轨道发射,对于飞往月球或火星等目标将是极为不利的,因为这将迫使航天器携带多得多的沉重的推进剂,从而在太空里进行轨道修正。很多著名人士,比如第二位登月的宇航员巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin),都对国际空间站的这种莫名其妙的调整,导致美国宇航局每年产生的巨额损失持批评态度。

  更加糟糕的是,美国认为它的国际合作伙伴们常常并没有完全履行并承担它们各自在国际空间站上锁担负的财政义务。它们更多时候是向空间站提供一些部件或者类似的支持服务,而非空间站运行所急需的资金。欧洲人正忙着为猎户座飞船研制一段舱段,而不是支持国际空间站的建设。其他国家的宇航员们不断造访国际空间站,这实际上是美国国家实力的隐晦展示,这对于美国国务院来说当然是求之不得的好事,但背后却需要美国宇航局为此背负沉重负担。

  商业化航天会有帮助,但是这还不够

  更为高效的商业化航天发射正迅速降低发射成本,但还不足以完全消除国际空间站带来的巨大成本负担,而实际上在商业航天界内部,对于国际空间站的态度也存在着分化。作为国际空间站建设的主要工业承包商,美国波音公司目前的合同使其能够持续支持空间站的建设直到2020年。因此,你会发现波音公司是让国际空间站继续维持飞行的重要支持者,这一点完全不会让人感到意外。

  但是还有其他一些不一样的公司。在航天界,太空探索技术公司(SpaceX)和它的创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)常常被看作是波音公司的噩梦。不过,这家公司也和波音公司一样,支持空间站维持运行。当然这一点是我们意料之中的,因为这家公司也和波音公司一样,是国际空间站的重要承包商之一,其主要承担的工作是利用自家的飞船为空间站运送补给物资。并且在不久之后,波音和SpaceX公司都将开始具备为国际空间站提供宇航员往返运输的能力。从这一角度出发,维持国际空间站的持续运行,美国宇航局充当总承包商并以这样的角色向其他工业承包商发放订单,这是维持美国政府向商业航天企业“输血”和提供帮助的一种重要途径。

  罗伯特·比格罗(Robert Bigelow)同样从国际空间站建设中获益。这名地产大亨创办了一家“比格罗宇航公司”,专门研制名为“BEAM”的可充气太空舱段,2016年4月至今,这家公司研制的原型充气舱段已经被安装在国际空间站上进行在轨测试。

  根据美国宇航局的报告,该公司研制的这种可充气太空舱段已经成功经受住了太空微陨石,以及强烈太空辐射剂量的考验,测试显示其内部的辐射水平与那些舱壁坚硬的传统铝制舱段内部的辐射水平是接近的。考虑到两者间的这种成功合作,你可能会对于以下的消息感到很惊讶。那就是,比格罗公司目前正急切地希望能够尽快结束测试,让他们的充气舱段返回地球。为什么会这样?

  答案很简单。尽管国际空间站是一个验证可充气太空舱段技术的理想地点,但比格罗这位高调的企业家曾经多次公开表示他认为政府运营的这种大型空间站会成为未来商业航天领域的不正当竞争者。投资人会担心商业航天是否能够与政府支持的航天相竞争。很重要的一点是,比格罗公司希望美国宇航局能够采购他们公司的充气舱段,而波音公司和SpaceX公司则都对搭载宇航员飞往比格罗公司的的太空舱表现出了兴趣。

Axiom公司的私营空间站设想图Axiom公司的私营空间站设想图

  另外还有一家“Axiom 航天公司”,则计划基于国际空间站打造一座更加传统的铝制舱段空间站。这家公司打算将他们的首个舱段放置到空间站上将能够减少商业运作的风险,因为这样可以充分利用国际空间站上的生命维持系统作为备份保险,来测试该公司的“环境控制与生命支持系统”(ECLSS)。不过这项计划面临的挑战之一就在于国际空间站上只有一个可用的接口可以连接他们的舱段。尽快将这一接口交付给商业公司使用不仅对于商业航天企业,对于美国宇航局也很重要。因为后者急需一座商业化运作的低地球轨道空间站,如此才能够让美国宇航局从中脱身,腾出手来致力于发展深空探测任务。尽快敲定这一接口能够让这家公司尽快获得投资人的资金支持,并赶在国际空间站坠落之前测试各种技术并进一步向前发展。

  在特朗普政府重新组建的美国国家太空委员会第一次会议上,美国商务部部长威尔伯·罗斯(Wilbur Ross)明智地询问了美国从国际空间站项目中究竟得到了什么样的利益。空间科学促进中心(CASIS)负责国际空间站国家实验室的运作,其宗旨在于协助私营企业开展在轨研发工作并帮助实现相关技术的商业化运用。

  近期,这项工作似乎取得了不错的进展。一家名为“Nanoracks”的公司与波音公司合作,开发出一套创新性的技术解决方案,其中包括小型卫星发射器以及全新的气闸系统。每一项这样的发明都会提升空间站所能为企业界提供服务的经济价值。比如地球成像卫星公司“Planet”就借助Nanorack公司开发的卫星发射器在轨道上布放了该公司研制的“鸽子”(Dove)卫星系统。当然,在那之前这家公司首先要借助SpaceX或者轨道科学公司的火箭将这些小卫星送上国际空间站。

在另外一个案例中,“太空制造”公司(Made in Space)发展了能在太空使用的零重力3D打印技术,结果意外发现这项技术在海上船舶航行中有着很重要的应用。这家公司甚至还设想有朝一日能够在轨道上利用3D打印技术直接打印出一座类似国际空间站大小的超大型结构体。

  坦白说,对于这两方对立意见的人士,都是值得同情的,因为这的确是一个极为艰难的决定。不过,从上面的分析中我们可以看出,对于空间站的反对意见主要集中在它每年对美国宇航局预算的大量消耗上。这一点或许是可以找到方法解决的。首先,美国政府可以对美国宇航局及其承包商们施加真正的压力,要求后者大幅度削减成本。美国宇航局还必须大力支持商业性空间站技术的发展并采用政府采购服务的方式提升效率,减轻自身负担。来自宇航局的支持和背书将让这些高技术公司得以获得安全可靠的订单并吸引投资人,进而在未来提供宇航员往返太空的服务,以及发展付费太空旅行等相关产业。

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