太空史詩：國際空間站載人運行20年

20年前，冷戰(zhàn)結束尚未超過10年，NASA宇航員比爾·謝潑德（Bill Shepherd）與兩名俄羅斯宇航員謝爾蓋·克里卡列夫（Sergei Krikalev）、尤里·吉德津科（Yuri Gidzenko）一起擠進一艘聯(lián)盟號飛船，在萬圣夜那天進入近地軌道。

兩天后，他們乘坐的小飛船與國際空間站對接，那時候的空間站規(guī)模只是現(xiàn)今的一部分。他們的抵達拉開了20年來宇航員常駐國際空間站的序幕。而在NASA領導的國際合作下，國際空間站的建造工作又持續(xù)了10年。

國際空間站誕生之初，旨在安撫美蘇之間大沖突過后的地緣政治緊張局勢，它在國際合作上大致成功了——盡管2003年哥倫比亞號航天飛機失事之后的將近十年間，美國沒有了給空間站運輸物資的手段，國際空間站卻始終都有宇航員常駐。NASA、俄羅斯國家航天集團以及歐洲、日本和加拿大的合作伙伴一直能夠互相依靠。

合作之路并不容易。從宇航員最初踏上國際空間站的那一刻起，緊張局面一直存在。謝潑德?lián)瘟说谝蝗螄H空間站指令長，而他的兩位俄羅斯宇航員同行經(jīng)驗更為豐富。謝潑德想給空間站起昵稱為“阿爾法”。他的建議獲得克里卡列夫的支持，但一些俄羅斯航天官員相信，他們的和平號空間站存在得更早，理應獲得被稱為“阿爾法”的殊榮。他們認為，新的空間站應該被命名為“貝塔”。另一方面，NASA也沒有放棄取名。

然而，謝潑德先行下手。他喜歡阿爾法這個名字，因為它是希臘文字母表的第一個字母，既不屬于英語，也不屬于俄語。于是，機組登上空間站的第一天，在一次與NASA局長丹·戈爾丁（Dan Goldin）的空對地通話中，謝潑德說道：“空間站第一支考察組要求準許采用無線電呼號‘阿爾法’。”

戈爾丁沒有預料到這一幕，他短暫地離開麥克風，與地面上的其他人商議。他回到麥克風旁，說在謝潑德將近4個月的遠征期間，批準使用“阿爾法站”這個名字。

這個決定正合機組之意，謝潑德答道：“通話完畢，來自阿爾法空間站。”從那時起，另有60多支考察組輪流駐扎于國際空間站，最近的一支是于2020年10月中旬發(fā)射升空的63號考察組。在20年間，國際空間站上至少同時有兩名宇航員。

最近的一次發(fā)射中，火箭載著聯(lián)盟號飛船從哈薩克斯坦拜科努爾飛往國際空間站，發(fā)射的幾天前，參與任務的NASA宇航員凱特·魯賓斯（Kate Rubins）在啟程前的最后一次新聞發(fā)布會上，對于國際空間站載人運行20周年致辭道：“我認為，國際空間站是人類歷史上最不可思議的工程成就。見到這個完全由人類制造出的、飛翔于地表之外的龐大機器在20年后仍然堅守在太空中，真叫人驚嘆。”

國際空間站獨一無二，從來沒人建造過這樣龐大的宇宙飛船，也從來沒有飛行這么久過。在這個層面上，空間站每天都在測試“何為可能”的極限，值得去思考一下空間站的種種成就。這些成就遠遠超出地緣政治，范圍從太空探索的科學直至太空的商業(yè)化利用。然而，業(yè)界越來越擔心，可能替代者尚未出現(xiàn)，空間站卻早早退役，終結人類在環(huán)地軌道上的20余年探索。

“這至關重要，”NASA局長吉姆·布里登斯汀（Jim Bridenstine）談及近地軌道未來計劃時說道，“而且它永遠得不到充足資金。”

國際空間站的成就

國際空間站并不便宜。具體多少要看你是如何清點的——譬如說，鑒于航天飛機在21世紀頭十年幾乎只用來建造國際空間站，該把多少比例的航天飛機預算包括進去？從空間站將近30年前開始建造算起，NASA已經(jīng)花費了1 000億到1 500億美元來組裝和維修保養(yǎng)空間站。然而，作為這筆投資的回報，NASA、美國和全世界早已收獲良多。

首先，國際空間站名副其實。除了在局勢日趨緊張的時期提供俄羅斯和美國兩國之間寶貴的外交聯(lián)系，這座環(huán)繞地球運轉的實驗室向全球許多國家開放了太空。

NASA的國際空間站項目經(jīng)理喬爾·蒙塔爾巴諾（Joel Montalbano）受訪時表示，空間站迄今已經(jīng)與108個國家建立聯(lián)系，要么是讓該國宇航員登上空間站，要么是在空間站上做源于該國的研究，要么是通過延展活動的形式。

在空間站出現(xiàn)之前，NASA的宇航員在航天飛機任務中，大多在太空中度過10天或兩個星期。現(xiàn)在，宇航員通常是6個月后輪換。斯科特·凱利（Scott Kelly）待過11個月，而佩吉·惠特森（Peggy Whitson）、克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）和德魯·摩根（Drew Morgan）都在太空中待過9個月或更久。這使得地球上的科學家和物理學家能夠研究，在微重力環(huán)境下待得更久的話，它會如何影響人體的生理機能。

好消息是，隨著人類在太空中待的時間超過6個月，科學家并沒有發(fā)現(xiàn)任何令人大吃一驚的情況，也沒有任何特別引人注意的狀況。蒙塔爾巴諾說，要幫助空間站任務的參與者，所需的措施相當直接——時不時給予長期駐守在空間站的宇航員額外的休息日，確保他們在地球上的家人與愛侶得到精心的照顧。在人類派出的宇航員擔負更久的任務、更深入地探索太陽系乃至前往火星之類的地點之前，國際空間站上的研究是極其重要的。

目前，空間站也在科學研究上發(fā)揮作用。這座繞著地球運轉的實驗室提供了一項在地球上難以獲取的資源：微重力。在頭十年里，空間站上幾乎沒有可供科研的時間，因為大部分工作都花在建造空間站和維修設施上。當空間站在2010年實質完工后，美國的航天飛機又全部停飛，運輸要靠俄羅斯的宇宙飛船，NASA的工作受到限制，大多時候在空間站上只有大約兩名美國宇航員。

商業(yè)載人計劃的出現(xiàn)改變了局勢。由SpaceX的載人龍飛船執(zhí)飛的每次任務中，NASA將能夠派出4名宇航員，而不是過去的3名。第4名宇航員的時間幾乎完全用于科研。這將使得用于科研的“宇航員時間”翻倍，從每周35小時增加到70小時。

最后，空間站已經(jīng)為美國公司提供了一個寶貴的平臺，讓它們能將業(yè)務延伸到近地軌道。SpaceX公司、諾斯羅普-格魯門公司和波音公司都能夠開發(fā)太空貨運和載人運輸系統(tǒng)，激勵太空飛行活動。太空制造公司、納諾拉克斯公司和其他類似的公司已經(jīng)從中獲益，他們能夠在微重力環(huán)境下測試制造和其他活動，又不必開發(fā)迷你空間站，經(jīng)歷難以克服的困難。

在美國，商業(yè)太空探索已經(jīng)成為一個正在崛起的產(chǎn)業(yè)，其中的許多活動都能從某個角度追溯至國際空間站。

空間站的未來

2018年1月，特朗普政府發(fā)起關于國際空間站未來的討論，提出對于這座軌道運行實驗室的“直接”支持會在2025年結束。那時候，白宮方面聲稱，NASA應當轉變成“具近地軌道能力的商業(yè)化供應方”。

這個想法立刻遭遇來自國會的阻力，尤其是來自德克薩斯和佛羅里達等州議員的反對，這些州從國際空間站相關的工作崗位中獲益匪淺。結果，盡管有人在討論由商業(yè)公司20世紀20年代接手近地軌道任務（可能是通過建造獨立空間站的形式），未來仍然混沌不清，不存在明確的方案。

在最近的數(shù)月里，布里登斯汀一直在對此事發(fā)出警示：“未來會有一個國際空間站停止的日子。我們真心喜愛國際空間站，但我們不得不考慮事實，20年是一段很長的時間。我們目前就得要做出投資，那樣我們在近地軌道上不會出現(xiàn)缺口。”

他提到的缺口是指NASA在歷史上遭遇過的難題。在1975年的最后一次阿波羅任務后，NASA喪失了將宇航員送入太空的能力，直至6年后的首個航天飛機任務。后來，在航天飛機退役后，NASA又有9年喪失能力的空窗期，直至2020年5月載人龍飛船大獲成功。

眺望未來，NASA似乎在太空運輸上一定能大放異彩，這多虧了載人龍飛船、波音的星際航線飛船、NASA旗下可能成真的獵戶座太空船和太空發(fā)射系統(tǒng)火箭。但假若在近地軌道上沒有目的地，除了月球，這些全新的太空載具就無處可去。布里登斯汀和航天產(chǎn)業(yè)的多數(shù)人士都相信，對于美國太空事業(yè)的未來而言，至關重要的一點是美國要擁有活力十足的近地軌道經(jīng)濟。近地軌道這片靠近地球的區(qū)域被視為更深入探索太空的踏腳石。

如上所述，布里登斯汀和白宮一直在要求每年撥款1.5億美元來激勵國際空間站的商業(yè)繼任者的發(fā)展。這筆資金會資助研究，幫助有興趣的公司著手自行開發(fā)硬件。然而，在2020財年內，NASA僅僅從國會收到1 500萬美元撥款。2021財年的一項類似要求也許重蹈覆轍，再一次僅僅收到這么點撥款。

這種不太熱情的回應表明，國會更希望讓國際空間站在太空中飛行得盡可能地久一些。這還是有可能的。蒙塔爾巴諾說，國際空間站至少能運轉到2030年。

“目前各方同意國際空間站運轉到2024年，而從工程學立場來說，空間站能撐得更加久。”蒙塔爾巴諾說，“我們期望它能運轉到2028年，而且沒有什么問題。”

問題在于運行這座日漸陳舊的空間站，做好維修保養(yǎng)，保證物資供給，而且送宇航員到近地軌道、再將他們接回來的花費昂貴。空間站項目每年要耗費NASA大約40億美元的資金。假如NASA希望將人類活動范圍進一步延伸，超過近地軌道，到達月球的話，就用得上這筆資金。所以，假如商業(yè)公司準備接手近地軌道任務，NASA就能騰出手來開展進一步的探索。

但是，商業(yè)公司是否準備好了？沒人給得出答案。

商業(yè)化的替代選項

2016年4月，獵鷹9號火箭發(fā)射升空，擔負給國際空間站運送補給物資的任務。在龍飛船攜帶的貨物中，包括一個1.4噸重的模組，它會在那年夏天安裝到國際空間站上。它充氣膨脹之后，會達到4米直徑，這個畢格羅可充氣活動艙（BEAM）從那時起就被用來測試在太空私人開發(fā)可充氣居所的潛力。

畢格羅宇航公司的創(chuàng)立者鮑勃·畢格羅于2018年2月宣布，他個人資助一項研究，評估在近地軌道空間站開展商業(yè)活動的潛力。在與記者的電話溝通中，畢格羅表示他不確定有多少人會對環(huán)地球軌道旅行感興趣，又有多少公司會愿意支付數(shù)百萬美元進行研究，而那些不具備太空項目能力的國家是否會利用私營空間站。但他想要找出答案。

畢格羅從未公開發(fā)表研究的結果，這個細節(jié)大概能讓我們察覺一些真相。而在2020年春季，畢格羅大刀闊斧地關閉了他的宇航公司。

這是近地軌道商業(yè)化和私營空間站的真正難題之一。如果太空活動少了政府機構的出資或大幅補貼，沒人吃得準這些太空活動有多少潛力。此外，私營公司表示政治上的不確定性也是個問題，他們不知道國際空間站到底會繼續(xù)運行多久。

“NASA的計劃是確保美國不會遭遇空間站的缺口，我對此越來越憂慮。”太空服務公司納諾拉克斯的共同創(chuàng)辦人杰夫·曼博（Jeff Manber）說，“我知道有一股強大的推動力量在促使空間站的預算持續(xù)到2030年，這很好。然而，空間站是一項復雜的技術奇跡，已經(jīng)用了20個年頭，上面有些硬件甚至更加老舊。我們需要現(xiàn)在就開始規(guī)劃，利用美國商業(yè)能力的優(yōu)勢。”

NASA一直計劃同時推進兩條不同的路線，借此刺激商業(yè)空間站的研發(fā)。一條路線是允許一家商業(yè)公司著手建造一個對接國際空間站的太空艙，讓它使用空間站的電力、通信和其他資源，同時自行研發(fā)技術。另一條路線要求開發(fā)“飛行器”（Free-flyer）概念，但NASA已經(jīng)決定擱置這條路線。曼博表示，NASA的這個決定阻礙了民營部門在近地軌道領域的創(chuàng)新潛能。

至少就目前而言，NASA僅僅推進了讓商業(yè)開發(fā)太空艙對接空間站的計劃。2020年1月，NASA授予一份價值1.4億美元的合同給Axiom太空公司——該公司的共同創(chuàng)辦人之一是擔任過國際空間站項目經(jīng)理的邁克爾·蘇弗雷迪尼（Michael Suffredini）——合同內容是將一個商業(yè)空間站對接到國際空間站的正面。Axiom公司的首席技術官馬特·翁德勒（Matt Ondler）說，這個太空艙主要由私有資金贊助開發(fā)，計劃于2024年發(fā)射升空。未來，這個艙會給到達空間站的私人訪客居住。Axiom公司迄今已經(jīng)募集大約2 000萬美元，即將獲得一筆“非常高”的B輪融資。

Axiom公司計劃陸續(xù)再發(fā)射兩個太空艙，到2028年發(fā)射第4個太空艙，它會攜帶一個大型太陽能電池陣列，能夠獨立于國際空間站，在近地軌道中飛行。到了那時，其他的太空艙有可能脫離國際空間站，組成一個全新的太空載具。

被問及是否擔心商業(yè)化市場的潛在規(guī)模時——NASA有興趣租借私營空間站，但并不打算支付大筆資金、負擔大部分成本——翁德勒說，在他看來，最早期的市場來自私人宇航員。具體地說，除了太空游客，還有那些自身沒有發(fā)射能力的國家派出的專業(yè)宇航員。最終，他期望制藥行業(yè)、光纖纜線制造、微重力環(huán)境下的其他技術帶來的獲益會抵消大部分支出。

“商業(yè)宇航員在前期很重要，但在未來，制造業(yè)會大幅超越這部分收入。”翁德勒說。

他鼓勵NASA和政策制定者繼續(xù)尋找途徑，支持商業(yè)空間站，提高NASA設施的可用性（譬如中性浮力實驗室，私人宇航員能在那兒接受微重力環(huán)境下活動的訓練）。他在最后表示， Axiom公司全力支持讓國際空間站運行到2028年。

國際空間站的遺產(chǎn)

NASA和俄羅斯最終仍然要敲定方案，商討如何讓龐大的國際空間站安全地重新回到地球大氣層。但目前清楚的一點是，無論空間站何時壽終正寢，它會留下一份關于全球太空飛行嘗試的永遠的遺產(chǎn)。憑借這個項目，全世界的幾個最發(fā)達國家首次合力打造出一項意義深遠、影響長久的太空飛行事業(yè)。

然而，應該將它視為進步嗎？畢竟，在20世紀的60和70年代，NASA已經(jīng)將人類送上月球。而以國際空間站來看，在最近20年里，宇航員始終被局限于地球表面之上幾百公里遠的地方。

羅伯特·珀爾曼（Robert Pearlman）是一位太空史學家，與他人合著了《空間站：在太空工作的藝術、科學和現(xiàn)實》。他表示，國際空間站應當被視為阿波羅號之后的重要一步。阿波羅號就像是速成課程，追求的是到達目的地。相比而言，空間站更需要一些技巧，使其成為一項長久的任務。

“在某些方面，與阿波羅登月或之前的任何一件太空成就相比，國際空間站代表了更偉大的工程壯舉。”他說，“在過去20年里建造和運行空間站要求有史無前例的國際合作水平，甚至在某些時候，合作國彼此之間因為毫不相關的地球事務發(fā)生齟齬，卻依然保持合作。此外，要設計出不僅經(jīng)久耐用，而且能可靠地運行20年的關鍵系統(tǒng)，這或許是個獨一無二的挑戰(zhàn)，只有國際空間站項目才經(jīng)歷過。”

NASA成功地到達了月球，但對于探索深太空的長期項目來說，還有需要完成的事，國際空間站為此提供了平臺。除了研究宇航員的身體狀況，在國際空間站上的工作促使太空漫步的技術更加成熟，為機組和地面支持團隊提供如何在遠離地球的環(huán)境下維修復雜裝備的寶貴經(jīng)驗，并開發(fā)出閉環(huán)維生系統(tǒng)。

珀爾曼說，空間站也為下一代的探索者留下另一份重要遺產(chǎn)。這一代探索者正在長大成人，在他們的期望中，人類生活在太空是完全合乎自然的事。“由于社交媒體和其他技術的出現(xiàn)，國際空間站已經(jīng)給公眾提供一個無與倫比的、參與當前太空任務的機遇，對于極少數(shù)人而言，他們還能成為太空飛行的實際參與者。”珀爾曼說道，“在人類歷史上，公眾首次沒有被局限于僅僅旁觀這一壯舉，而是能與宇航員們互動，空間站上進行的科學研究成了例行常規(guī)。這也許是空間站對太空探索的未來做出的最大貢獻。”

空間站應該成為人類朝著周圍的宇宙邁出的第一步。但為了實現(xiàn)這個目標，空間站必須繼續(xù)發(fā)光發(fā)熱。

資料來源 arstechnica.com