國際空間站的過去、今天和未來

尹懷勤

北京時間2月12日，經航天員太空行走，歐洲空間局研制的哥倫布太空試驗艙被成功地對接在國際空間站上。該艙是被2月8日發射升空的美國阿特蘭蒂斯號航天飛機送上太空的。2月10日先是航天飛機對接在國際空間站上，才為12日的成功奠定了基礎。此舉標志著國際空間站的建設又獲得了一次重大進展。

為何要建國際空間站

由于載人飛船和航天飛機工作空間和飛行時間有限，科學家們就追求一種能在近地軌道上長時間運行、可供多名航天員在其中生活并承擔多種復雜任務的航天器，結果促成了空間站的誕生和發展。空間站亦稱人造天宮，其特點是體積較大，在軌運行時間很長，功能齊全，可利用太空特殊環境開展一系列的科學研究，能完成對地監測、資源勘察、天氣預報、天文觀測以及釋放人造天體等任務。因為空間站不返回地面，站上航天員的接送和物資補給由宇宙飛船或航天飛機承擔。

鑒于建設大型空間站的重要性和技術復雜性，考慮到經費巨大等因素，1988年9月22日，美國、俄羅斯、歐洲空間局11個成員國、日本、加拿大和巴西16國達成共建國際空間站的協議，并從20世紀90年代中期開始這一項目的合作。從此國際空間站就成為引人注目的航天工程。

國際空間站將由基礎構架、12個艙段、多個太陽能電池板等組件構成，總質量約453，6噸，長108米，寬88米，運行軌道高度為397千米，可容納7名航天員長期居住和工作，最多時可接待15人同時進行科學考察，設計壽命為15年。載人艙內的氣壓與地球表面相同，其容積約1217立方米。它將分設六大試驗室，能夠提供以往任何航天器都無法比擬的研究空間，是在太空進行微重力試驗和科學研究的大型平臺。它乃是國際載人航天技術發展史上一個新的里程碑。

整個國際空間站的建設，最早計劃于2004年建成，后來多次更改計劃，致使完成時間一再后移。首次更改定為2005年，第二次更改定為2008年，第三次更改定為2010年。在此過程中，其建設經費也在原定的830億美元的基礎上不斷追加，最終確定為1140億美元。按照原來安排，為把各組件送入軌道進行對接，僅美國航天飛機和俄羅斯載人飛船就要分別升空34次和9次，航天員們要通過114次共計1800小時的太空行走才能將其組裝起來。

九年多來的建設情況

根據建設國際空間站的協定，從1995年～1998年，美國航天飛機和俄羅斯和平號空間站進行了9次太空對接和聯袂飛行，兩國航天員開展了一系列科學試驗和多次太空行走，為組裝國際空間站積累了經驗。

在完成上述準備工作之后，就開始了在軌道上對國際空間站進行組裝。1998年11月20日，俄制曙光號多功能貨艙由質子K運載火箭從哈薩克斯坦拜科努爾發射場發射升空，標志著國際空間站正式動工興建。該艙呈圓柱形，直徑4米，長度13米，質量24噸，裝有導航、通信、姿控、氣候環境調節等設備。它在國際空間站建造初期可以提供足夠的電源和動力，成為全站的主體艙。曙光號能在軌道上改變方向，以實現與其他艙段的對接，其艙內還能存放一些研制裝置。

同年12月6日，奮進號航天飛機將國際空間站第2個組件團結號節點艙攜帶升空，開始第一次裝配作業。美制團結號近似圓柱體，直徑4.6米，長度10米，質量13噸，設有6個對接艙門。奮進號追上曙光號多功能艙后，機上航天員利用機械臂抓住后者，繼而通過3次太空行走將團結號節點艙與曙光號對接在一起，并完成空氣輸送管道和通信系統的連接工作。美俄兩國的6名航天員成為最早在國際空間站上活動的人們。完成任務后，他們即乘航天飛機返回地面。

2000年7月12日，俄制星辰號服務艙發射升空，并于7月26日在軌道上與曙光號和團結號聯合體對接成功-這個服務艙包括四個密封艙室和一個非密封艙室，長度13米，寬為30米，質量20噸。它是國際空間站航天員的主要工作區和生活區，既裝有生命保障系統，又裝有軌道姿態控制系統及能量保證系統等。這樣一來。對接的3個艙段和輔助設備就組成了質量為73噸、運行在397千米、傾角為51.6度的軌道上的太空聯合體，每90分鐘環繞地球一周，使國際空間站具備了接待航天員居住和工作的基本條件。

2000年10月31日，俄聯盟TM31號載人飛船發射升空。于兩天后的11月2日在太空與國際空間站對接成功，一名美國航天員威廉·謝菲爾德和兩名俄羅斯航天員吉津科、克里卡廖夫進站工作，成為該站接待的第1個國際長期考察組成員。自那時以來，至2003年5月初已有6個國際考察組的18名航天員到站上工作過。前5個考察組都是分別乘坐聯盟TM號飛船和航天飛機往返的，第6個考察組則是搭載聯盟TMAI號飛船往返的。聯盟TM號或TMA號飛船除運送人員外，還是國際空間站上的救生航天器，平時總有一艘對接在站上，約每5～6個月輪換一次。

2003年4月28日，載有第7個國際考察組的兩名航天員馬連琴科和盧杰的聯盟TMA2號飛船，在太空與國際空間站對接成功。這兩人上站之后，與第6個考察組的3名成員順利地進行了工作交接。馬連琴科和盧杰原本是定于2003年3月1日乘坐阿特蘭蒂斯號航天飛機前往站上的，由于哥倫比亞號航天飛機于同年2月1日墜毀使所有航天飛機停飛，才不得已改乘聯盟TMA2號飛船上站的。

在航天飛機停飛階段，國際空間站上的人員接送全部改由聯盟TMA號飛船負責。俄羅斯出于經濟上的困難，為了減輕站上飲水和食品供應的壓力，將原來一組三名航天員改為兩名，間歇性地搭載一名太空游客，以賺取每次2000萬美元的收費。這就是第7個考察組比以前6個考察組都少一人的原因，也是后來的考察組都是由兩人組成的緣由。2005年7月26日航天飛機恢復飛行之后，由于再未承擔接送考察組人員的任務，故而此后的進站考察組均由兩人組成。

2007年10月10日，俄羅斯發射了聯盟TMAll號飛船，將第16個考察組兩名成員送上太空。兩天后飛船與國際空間站成功對接，俄航天員馬連琴科和美國女航天員惠特森得以進站工作。47歲的生物化學家惠特森成為國際空間站首位女指令長。統計起來，不計臨時上站工作的航天員和太空游客，國際空間站就接待了16個考察組38人次的航天員進站工作。

艱難前行的收尾工程

鑒于現有的發現號、阿特蘭蒂斯號和奮進號3架航天飛機都已使用多年，顯得老化，加之其外貯箱外包層的絕緣泡沫材料脫落問題尚未徹底解決，目前的

飛行仍然帶有隱患，故而美國宇航局決定2010年讓它們全部退役。在廢棄之前，航天飛機的主要任務就是向太空運送組件在軌道上完成國際空間站的組裝。俄航天局局長佩爾米諾夫透露，根據相關國際協議規定，從2009年起，國際空間站機組人員須由6人組成。在這種情況下，俄載人飛船將不再有可供太空游客乘坐的位置，太空旅游恐怕不得不中斷。換句話說，聯盟TMA號飛船從明年開始每次將運載3名航天員上站工作，平時會有兩艘載人飛船對接在國際空間站上，以適應歐空局和日本科研艙段組裝后的形勢需要。

在這最后的3年建站期間，約需航天飛機飛行11次。上述安排是在航天飛機能夠按照預定計劃正常起飛和返回的情況下做出的，不然的話，很難保證完成建站的最終時限。由于美國空間技術重點已轉移到載人重返月球和建立月球基地上面，所以不愿意再將建設國際空間站的最后時間予以推遲。

原定于2007年12月初發射升空的阿特蘭蒂斯號航天飛機，因為發現推進劑貯箱傳感器出現故障，一時難以解決，故而推遲到今年2月發射。它把歐空局期盼已久的哥倫布太空試驗艙送上了國際空間站。該艙是繼星辰號服務艙之后站上的第二個科學試驗艙。歐空局空間站項目經理艾倫瑟克特爾說，該局迄今在建站項目上投入了70多億美元，其中花在哥倫布太空試驗艙上的費用就達20多億美元。到2015年年底，投資總數將達130億美元。哥倫布試驗艙的研制和升空之所以一拖再拖，主要是美國宇航局的錯誤。空間設計改了又改，接下來哥倫比亞號航天飛機失事，使所有的相關工作都停了下來。他還說，進入國際空間站的第一年，哥倫布太空試驗艙的大部分試驗將主要由地面遙控操作，這是因為站上的航天員幾乎時刻都忙于空間站的建設和維護工作。到2009年國際空間站常駐航天員增加到6名后，哥倫布試驗艙就能夠全力進行科學研究和試驗。

歐空局希望哥倫布太空試驗艙至少能夠使用10年時間，但能否實現還無法確定。因為美國航宇局將在2015年停止使用國際空間站，把精力轉向月球探索，所以屆時歐洲人不得不依靠自己的或其他國家的宇宙飛船。其實，俄羅斯早在此之前就已表示，國際空間站建成后應該使用更長時間。近年來，媒體時有報道稱，歐空局將研制和發射宇宙飛船，俄羅斯將研制和發射名為快船的新型宇宙飛船，俄將研制可重復使用的載人航天器，俄羅斯將與歐空局合作研制宇宙飛船，看來部分原因就是都想多使用國際空間站一些時間。

除哥倫布太空試驗艙外，建站的后續工程還包括將日本研制的艙段送上軌道完成與現有聯合體的對接等任務。其中一些必不可少的有一定體積和質量的構件必須由航天飛機運送到站上再由航天員完成組裝。要在今后3年之內全部完成建站任務，其工作量仍然是較大的，足夠美國3架航天飛機和俄羅斯的兩種飛船忙乎一陣子的。三者之中的俄進步M號貨運飛船除運送物資和接回垃圾外，在與國際空間站對接期間，有時還要啟動本身裝置的火箭發動機點火工作，以提升整站的運行軌道高度。這在建站過程中是常有的事情，今后仍會繼續。由于無論是從運送人員還是運送物資來說，航天飛機的功能都比聯盟TMA號和進步M號飛船強大得多，加之俄羅斯的兩種飛船飛行安全性一直良好，所以今后能否按期建成國際空間站，主要就看美國航天飛機的表現了。

作為一項載人航天系統工程，國際空間站在其建成之后可以具備的主要功能有：一是開發和利用太空資源。如用站上微重力條件進行空間材料加工和生物制藥以及太空育種，用站上的高遠位置對地面、海洋和大氣進行觀測，用空間的特殊環境搞軍事應用試驗等；二是開展空間科學研究。如觀測和探索空間環境，發射人造衛星和深空探測器，進行空間物理學和天文學研究等；三是試驗和發展空間新技術。如試驗開發新能源、新材料、新結構和新設備等；四是開展太空旅游與觀光。這一用途原來設計中是沒有的，俄羅斯出于資金緊缺的考慮，已開了頭，后期雖然中斷，但估計待全站建成后還會繼續下去。因為航天飛機退役后，站上人員接送工作在2015年之前全由聯盟TMA號飛船承擔，俄在這方面更有發言權，故有此論。總之，國際空間站將為航天員在太空進行復雜新穎的試驗、研究、觀測、生產和軍事活動創造必要的環境和條件，開辟人類活動的新天地。如此看來，全站建成后僅使用5年殊為可惜。到時候美國會不會改變主意暫且不論，可以預見的是，俄羅斯、歐空局和其他參與國家不會輕易放棄使用權，會想方設法地繼續發揮其效能。

責任編輯龐云