好事多磨的国际空间站

□ 庞之浩

2010年2月9日由航天飞机拍摄的国际空间站

2010年2月8日，美国“奋进”号航天飞机上天，为国际空间站送去了第三个、也是最后的节点舱——“宁静”号节点3号舱，以及欧洲“望塔”号观测舱。这标志着国际空间站非俄罗斯舱段的建造已完成，国际空间站的建造工程已完成了90%。此后，航天飞机还将执行4次国际空间站任务。届时，耗时25年、花费数百亿美元的国际空间站将基本建成，航天飞机也将光荣退役。

几度兴衰巨无霸

冷战时期，美苏曾在太空领域开展过激烈的竞赛，其中美国在载人登月的角逐中独占鳌头，所以苏联于20世纪60年代末开始把人力、物力和财力都转移到发展空间站上来，并取得领先优势，先后发射了七座“礼炮”单舱段空间站，而美国只把“天空实验室”一座单舱段空间站送上了太空,就认为没什么了不起而去发展航天飞机去了。

到了20世纪80年代初，美国逐渐发现它在空间站领域已大大落后于苏联,而且意识到通过建立空间站能控制太空，从而控制地球，尤其是得知了苏联准备发射采用积木式构型的第一代多舱段空间站“和平”号后，美国便下决心在空间站领域赶超苏联。

1984年1月25日，里根总统批准建造一个以美国为主、多国合作的长久性空间站计划——“自由”号。这个方案比“和平”号先进，属第二代多舱段空间站，采用桁架挂舱式构型，总质量达几百吨。如果研制成功，则一下可跨越几个台阶，再次像当年载人登月一样超过苏联。

但是这次美国没能如愿以偿。这是因为纯桁架挂舱式构型技术太复杂、费用极高、风险也很大，而且在研制中一直遭到许多人的反对，以致于从1984～1994年，“自由”号空间站方案一变再变，不断简化，几乎中途夭折。在克林顿当选美国总统后该空间站方案被责令压缩规模，降低研制费用和风险，才使这一未来的天之娇子得以幸存下来。

就在“自由”号空间站的命运岌岌可危的情况下，世界空间站大国苏联于1990年解体，这给了美国发展国际型空间站一个千载难逢的绝佳机会。因为随着苏联的解体，俄罗斯已不是美国争夺太空优势的竞争对手了，更重要的是俄罗斯在空间站建造方面有丰富的经验和先进的技术。于是在1993年，美国航宇局对原“自由”号空间站方案进行了“大手术”，其中最主要的措施是吸收俄罗斯为正式合作伙伴，采用了很多俄罗斯空间站的成熟技术，目的是节省费用、少走弯路、降低风险和缩短时间。因此，当今在轨运行的国际空间站实质上是一个既采用了类似“和平”号的积木式构型，又采用了桁架挂舱式构型的“混血儿”，为的是减少难度和费用。

联合打造宇宙城

经过反复磋商，国际空间站最终由美国、俄罗斯、11个欧空局合作国（法国、德国、意大利、英国、比利时、丹麦、荷兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士）、日本、加拿大和巴西共16个国家联合建造。不过，2009年10月，韩国和印度航天部门负责人在国际宇航大会上表示，希望加入国际空间站。印度空间研究组织主席奈尔说，印度将帮助国际空间站进行乘员运输。印度载人飞船计划在2015年左右首次试飞。韩国航空航天研究所主席李柱镇称，就国际空间站合作国问题的对话将在2010年初进行。这两个国家准备成为国际空间站的合作国，一个重要原因就是国际空间站运行截止时间将由2015年延长至2020年。由于美国已同意延长国际空间站使用寿命，所以国际空间站合作国将能够开始讨论机构间框架的改变。各国航天局在货运补给和空间站舱段上可采用物物交换原则，例如用乘员运输与航天员任务时间做交换。

2010年3月11日召开的国际空间站会议

2010年2月2日，欧空局局长多尔丹称，他将建议美国、俄罗斯、日本、加拿大等国际空间站合作国，邀请中国、印度和韩国参与国际空间站项目，成为国际空间站的合作伙伴。多尔丹指出：“中国、印度和韩国都积极地参与了未来空间探索的多边讨论，因此，在商讨扩大国际空间站合作国时，这三个国家应该占有一席之地。但是这需要现有合作国共同决定。”

国际空间站合作国航天局的首脑们已在2010年3月11日会聚东京，就国际空间站的合作进行审议。这些首脑们重申了全面开拓空间站科学、工程、应用和教育潜能的重要性。他们指出，国际空间站最少运行至2020年，还可确保在轨元件可以工作到2028年。之所以要确保运行至2028年是因为2028年是国际空间站第一个舱升空30周年。他们对延长空间站寿命表现出极大兴趣。国际空间站合作国还同意寻找新方法来降低国际空间站运行的年度成本，其中包括使用新一代水再生系统来减少新鲜水的供给；提高货运飞船的运载能力。

该空间站在筹建的过程中，美国刚开始叫它“阿尔发”,即希腊第一个字母α，意为世界第一座大型空间站，但俄罗斯不同意，认为其“和平”号才是世界第一座大型空间站，所以国际空间站至今也没有正式名称。

国际空间站由众多国家合作打造，其中美俄是“主力军”，具体分工是：美国研制实验舱、节点舱、气闸舱各一个，以及所有桁架结构、太阳能电池阵；俄罗斯研制功能货舱、服务舱、对接舱各一个和迷你研究舱两个；欧洲研制实验舱、望舱各一个，节点舱两个，H-2转移飞行器多艘；意大利研制多用途后勤舱三个；日本负责研制由增压舱、遥控机械臂、暴露设施和实验后勤舱四部分组成的最大实验舱一个和自动转移飞行器多艘；加拿大负责研制移动服务系统一个，该系统包括遥控机械臂——加拿大机械臂2号、移动基座系统、“德克斯特”专用灵巧机械手；巴西提供一些实验用快速托架。

早期的“自由”号空间站方案采用双龙骨架

困难重重遇挑战

国际空间站是当代规模最大的工程，也是涉及国家最多的大型国际航天合作项目，因此，在组装、管理、技术和经费上都遇到了一系列严峻的挑战。

例如，由于其规模空前，故整个空间站很难在地面进行联测，而且在空间站在轨组装工作开始时，有些部件还在制造，所以只能在轨边装配边试验。尤其是这些软硬件来自16个国家的数百家厂商，很容易相互影响。为此，制定了一套专用验证计划，以保证质量和匹配。

航天员舱外活动量大也是一个难点。为了安装空间站的大量部件，接通管道和电缆等，美国航天员需出舱900多个小时，为完成维修任务还需出舱200多小时，这比过去35年内美国航天员出舱活动时间总和还多400多小时；俄罗斯航天员也需出舱活动400多小时。因而，有较大的危险性，搞不好会有去无回。另外，出舱接通来自不同国际合作伙伴的管道和电缆也非易事，如不顺利就会延误整个计划的按期完成。上天前航天员要在水槽中多次进行舱外活动的地面模拟练习，尤其是练习如何安装、展开和移动大型太阳能电池板，因为它展开长有73.2米，总面积达2419平方米，为一个足球场面积的54%，所以在轨装配很复杂。

欧洲航天员在舱外安装“哥伦布”号实验舱

国际空间站上的生命保障系统也比“和平”号空间站上的先进得多，也复杂得多。比如，经过长期研制，它才于2009年首次在太空进行水的循环使用……这些都加剧了建造国际空间站的难度。

相互牵扯是国际空间站建造过程中最令人头疼的事，因为只要一个主要部件不能按时发射，就会影响整个计划进度。例如，由于俄罗斯“星辰”号服务舱未能按期交付，国际空间站计划已因此推迟了一年多；2003年美国“哥伦比亚”号航天飞机失事后，国际空间站工程又停工两年多。今后还不知会出什么事。

其实，即使国际空间站建成，其运行管理也不容易，因为每个航天员每年需由地面送去658千克食品、209千克服装（站上有冰箱，但没洗衣机）和其他个人用品，空间站所需备件和科学试验用品的量就更大了，而当今运送1千克物品到空间站的费用为2.2万美元。由此可见，“养”一个空间站耗资惊人，据估计每年需13亿美元，若在轨工作10年则为130亿美元。再加上先期的研制费和发射费等，国际空间站总费用将达1000亿美元。

耗资巨大是国际空间站屡遭反对的最主要原因。发现地球辐射带的著名科学家范艾伦说：“空间站的费用远远大于它的无可非议的科学目的和实际用途。”也有人认为空间站是美国航宇局的“越南战争”。1993年在决定是否继续建造国际空间站时，美国众议员仅以一票的优势通过了该计划。美国航宇局局长格里芬在2005年公开表示，建造国际空间站是战略性决策失误，其用途不如建造月球基地广。

国际空间站现在还面临一个大问题，那就是日益老化。因为该空间站原定2003年建成，但由于多种原因，2010年才能建成，所以在轨运行的很多部件已到了寿命，故障也频频发生，这很像当年苏联/俄罗斯的“和平”号空间站。由于建造周期过长（10年），超期服役多年，“和平”号上的许多设备在后来几年的运行中都不行了，故障此起彼伏，与地面通信联络也不畅，结果花去了航天员大量时间来修理，限制了空间站效能的发挥。到1993年，航天员用于设备维护和排除各种故障的时间就占整个工作时间的45%以上，后来更多，有时甚至达80%，所以利用率很低，最终俄罗斯不得不把它坠落在南太平洋预定海域。

今后，随着国际空间站的建成和美国航天飞机的退役等新情况的出现，国际空间站还将解决如何更好地应用和提供天地往返运输能力等一系列新问题。

推迟1年多才交付的俄罗斯“星辰”号服务舱内部

遭受冷遇曾失宠

在小布什任总统期间，国际空间站曾遭受美国的冷遇，原因是这一国际空间站的“大股东”对它失去了兴趣。小布什总统于2004年提出了宏伟的“太空探索新构想”，把兴趣转向了建造月球基地。但又苦于国际空间站是国际合作项目，美国无法单方面决定立刻下马该工程，于是多次与空间站其他合作国商讨有关削减事宜，以便省下资金重返月球。

2006年，国际空间站合作国开会协调，最终同意按比例缩减国际空间站上的舱段和开展科学实验的数量，以支持美国提出的让航天飞机在2010年退役、让国际空间站更好地为探月及火星探索服务等建议，以帮助美国实现在2010年前完成其在国际空间站所承担的任务目标。作为交换，美国将继续帮助各国发射其自行研制的各舱段。

此后，美国不仅大大减少了为国际空间站建造而发射航天飞机的次数，并搁置或取消那些不能对美国“太空探索新构想”起到支持作用的国际空间站研究装备或实验，包括低温微重力物理设备、流体和燃烧装置等，以及多项生理学和重力生物学领域的基础研究实验项目，只用于为探测工作试验技术和开发医学应对措施。小布什任总统领导下的美国航宇局把航天员重返月球，并以此为跳板进行载人登火星作为未来载人航天的核心，所以美国所有太空研究项目都是围绕这一核心展开。由于当时的美国航宇局认为，在空间站进行微重力实验、太空材料研究等实验，都属于和重返月球没有直接关系的项目，所以可以暂停或暂缓进行，只有太空辐射研究等一小部分项目被保留下来。

为此，俄罗斯也缩减了国际空间站俄罗斯舱段的建设，今后将只发射功能货舱2号和两个迷你研究舱。因为美国航天飞机飞行次数锐减，所以俄罗斯无法将本国科学能源平台运往空间站。作为计划变更的赔偿，美国同意用国际空间站上的美国太阳能电池阵向俄罗斯舱段提供能量。

美俄欧对关闭空间站时间也曾有很大分歧。小布什任总统时美国坚持在2015年底撤出国际空间站，俄罗斯则希望将空间站保留更长时间。而欧空局表示，如果美国撤出，欧洲不会承担部分美国现在所支付的费用。但俄罗斯和欧洲都认为有必要将它的使用时间延长，以开展更多科学实验。2015年就让国际空间站退役将无法提供足够的时间来规划和开展人体生命科学实验，从而以足够数量的研究对象来生成对探测有用的数据。

其实，对于国际空间站的应用前景各国看法一直不一致。俄罗斯等国认为，国际空间站上的多个实验舱可进行最先进的生物学、化学、物理学及其他学科的研究。因为这些舱是首次按微重力试验要求设计的，都十分靠近质心，能保证重力接近于零，从而可成为一个提供空前能力来揭开重力对人类世界影响之谜的实验场所，在基础科学和生物医学等方面扩展全人类的知识，为以后可能出现的突破性进展奠定理论和技术基础。同时，它也提供了人能长期在轨直接参与对地观测和天文观测的机会，为研究地球环境、探索宇宙世界做出贡献。此外，作为人类首次在太空进行的大规模装配活动，建造国际空间站也将为今后建造太阳能电站、载人火星探测等航天活动积累经验和试验技术。俄罗斯一直把建造和应用空间站作为一项国策，认为它是开发太空的最佳利器，所以对空间站的应用前景充满希望，并早就宣称，如果国际空间站不延长使用寿命，俄罗斯将单独建造新的空间站。新空间站将担负“太空组装车间”的功能，为星际旅行及探月做准备。

在站上聚精会神工作的美籍华裔空间站站长焦立中

柳岸花明又一村

奥巴马当选总统以后重新评估了美国载人航天计划，结果使国际空间站形势风云突变。2010年2月1日，奥巴马公布了2011财年预算方案，对美国载人航天项目做出重大调整，建议取消美国的重返月球计划；把国际空间站的退役时间从2016年推迟到2020年以后，并将其变为美国的国家实验室，充分利用其设备开展生物、医学、材料、燃烧特性等实验；借助私营企业的商用飞船将航天员送入国际空间站。因此，国际空间站不仅在今后将发挥更大的作用，还将采用新的运营模式。

美国航宇局公布的资料显示，截至目前，美国已经累计为国际空间站投入了440亿美元。美国航宇局前总工程师罗伯特·布劳恩说：“我们用了11年多的时间，才最终把国际空间站建设完成，再过区区几年就很有可能将其废弃掉。这真是太荒谬了！”由奥巴马亲自任命的独立审查委员会也于2009年建议说，美国政府应该投入更多的资金，以使国际空间站的使用寿命延长至2020年。审查委员会成员、美籍华裔航天员焦立中曾经担任过国际空间站站长，他说：“我们已经成功联合了那么多的国家从事这项共同的太空开发项目，如果我们现在退却不干了，将彻底瓦解这种合作机制。其他参与合作的国家也将对美国在空间探索领域的领导能力失去信心。”

美国航宇局2010年3月3日宣布，美国航空航天学会已决定将2009年度“罗伯特·科利尔奖”授予国际空间站项目，以表彰其为人类太空探索与合作作出的杰出贡献。该学会认为，作为人类在太空建立的体积最大、结构最复杂的航天器，国际空间站代表着人类在太空探索方面所取得的最先进的科技成就。