中國空間站將改變世界載人航天格局

文/ 黃志澄

▲ 月球軌道空間站

2021 年4 月29 日，核心艙“天和號”發射升空，并順利入軌，中國空間站建設的大幕就此開啟。5 月29 日，天舟二號貨運飛船發射成功，30 日5 時,完成快速對接。6 月17日9 時22 分，長征二號F 遙十二運載火箭成功發射了神舟十二號載人飛船，順利將聶海勝、劉伯明、湯洪波3 名航天員送入天和核心艙。神舟十二號航天員乘組在軌進行了兩次出艙活動。9 月16 日，神舟十二號載人飛船撤離空間站組合體；9 月17 日13 時30 分，神十二返回艙在東風著陸場安全降落 。9 月20 日，長征七號遙四運載火箭成功發射了天舟三號貨運飛船，與天和核心艙及天舟二號組合體完成交會對接。10 月16 日00 時23 分，長征二號F 遙十三運載火箭成功發射了神舟十三號載人飛船，順利將翟志剛、王亞平和葉光富3 名航天員送入天和核心艙。

神舟十二號任務首戰告捷,神舟十三號任務承前啟后，為中國空間站的建設和運行打下扎實基礎。由此，中國空間站必將改變世界載人航天的格局。

▲ 航天愛好者白石拍攝的神舟十三號飛船發射過程中長征二號F 運載火箭末級飛臨石家莊上空時的過境軌跡（佳能450D 相機，焦距18mm，光圈5.6，ISO800，曝光10 秒）

從神舟十二號到神舟十三號

空間站工程是迄今為止我國最復雜的航天系統工程。我國空間站的發展分成技術驗證、組裝和運行等3個階段。根據任務安排，我國將實施一系列飛行任務，于2022 年前后建成在軌穩定運行的空間站。

神舟十二號載人任務是空間站關鍵技術驗證階段的第四次任務，也是空間站階段的第一次載人任務。神舟十二號載人任務的主要目的，是進行空間站建設和運行關鍵技術的在軌驗證，為后續任務積累經驗。通過3 個月的努力，神舟十二號載人任務已經全部完成。

為什么我們在“神舟十二號”返回地面以后不久就要發射“神舟十三號”呢？

首先，空間站的主要任務是研究人在太空長期生活和工作的適應能力，應該充分利用空間站提供的寶貴時間。

其次，蘇聯的和平號空間站是長期有人的，國際空間站也沒有出現過航天員不在的空檔期。空間站在離開地面400 多千米的地球軌道上運行，面臨著太空輻射、失重和溫度劇烈變化，并可能與太空碎片和隕石相撞的環境，空間站及其各個部件在太空的性能和在地面上有所不同，因此，空間站本身的維護檢修和科學實驗設備的操作，必須有人值守。

雖然近年來隨著人工智能技術和虛擬現實技術的發展，也有人提出過為了減少空間站的運行成本，可以采取短期有人、長期無人的運行模式，但是實踐征明，在當前的技術水平下，還不能保證空間站能夠較長期地無人穩定運行。

中國空間站的優勢與挑戰

與國外相比，中國空間站起步較晚，但具有后發技術優勢。為實現建造空間站的目標, 中國空間站在構型布局上進行了精心設計，以保證空間站具備更強大的科學和應用能力，比如在艙段外安置了外置平臺以確保空間站能夠進一步擴大。中國空間站還采用了許多創新技術，如30%以上光電轉化效率的太陽能技術、高比沖電推進技術、高閉合度環控生保技術等。可以說，中國空間站的能力處于國際前列。

2022 年，我國空間站將全面進入在軌建造階段，規劃了6 次飛行任務，包括2 個實驗艙的發射，2 艘神舟載人飛船的發射，還有2艘貨運飛船的發射。通過這6 次發射任務，完成中國空間站的在軌建造，轉入運行階段。

此外，中國空間站方案還有很好的可擴展性。未來的空間站將同一個光學艙段共軌飛行，該光學艙是一個十幾噸的大型巡天望遠鏡，在很多指標上都接近甚至超過哈勃太空望遠鏡。如果望遠鏡出現類似“哈勃”曾經的質量問題，也可由航天員去維護升級。同時，核心艙還設有備用對接口等，如有需要，可以將天宮空間站進一步升級成更高版本。

中國空間站的建設也面臨許多挑戰。首先，中國空間站工程在今明兩年將接續實施11 次飛行任務，這種有進度要求的高密度發射，必須要求細致的組織協調工作和高可靠、高安全的各個分系統。第二，空間站是一個復雜的大型系統工程，許多運行技術和管理技術，必須要通過長期實踐來積累。第三，許多空間站的關鍵技術還要進一步驗證。第四，必須加快發展重復使用的航天運輸系統，進一步提高空間站的效費比。最后，在空間站太空科學實驗取得成果的基礎上，分步推進空間站的商業化。

當前，世界載人航天一方面正在向月球、火星等深空目的地挺進，另一方面仍在推進地球軌道空間站的科學實驗，并向著商業化的方向前進，為太空經濟的主戰場注入新的動力，并為人類的載人深空探測打下基礎。

從歷史上來看，蘇聯和美國曾經是載人航天的兩個主力，蘇聯在空間站技術方面一度領先。在冷戰結束以后，美國和俄羅斯聯合其他十多個國家建設了國際空間站。由于美國的反對，國際空間站在建設和運行時，始終將中國排斥在外，這也是我國要獨立自主建設空間站的一個重要原因。

當前，具有后發優勢和技術創新的中國空間站，正在自主快速建設，而其國際合作也已取得了重大進展。中國載人航天工程辦公室已與俄羅斯、德國、法國、意大利、巴基斯坦等國家的航天機構，以及聯合國外空司、歐空局等航天組織簽署了合作框架協議，開展了多種形式的合作與交流。

早在2019 年6 月我國就宣布，來自17 個國家的9 個項目成為中國空間站科學實驗首批入選項目。中國空間站的建成，將為開展包括航天員聯合飛行在內的更廣泛的國際合作，提供更好的平臺。由此可見，中國空間站必將改變世界載人航天的格局。

世界載人航天的格局正在改變

空間站的發展有其深刻的國際政治背景。美國戰略與國際研究中心（CSIS）航空航天安全項目主管哈里森稱，中國是美國在航天領域的最大競爭對手。他說，“這場競賽的真正目標是看誰能建立起最廣泛和最強大的聯盟”；“哪些國家未來十年在航天領域成為主導聯盟，哪些國家就將為接下來的太空商業和探測活動制定事實上的規范”。

無疑，國際空間站在2024 年以前是會正常運轉的。但由于國際空間站的壽命已經超過了設計壽命，所以它會出現很多的部件老化問題，比如最近俄羅斯艙段就出現了裂紋問題。但是這樣一個大型空間基礎設施，必定要盡量延長它的壽命，以提高它的使用價值。據報道，美國宇航局會讓國際空間站盡可能運行到2028 年或2030 年。從國際空間站的構型來看，確實存在這種可能性。

從現有計劃來看，美國宇航局在大幅度降低航天運輸系統費用的基礎上，正準備大力推進國際空間站的商業化。商業化的途徑主要是兩種，一種是太空旅游，允許私人游客支付較高的費用進入空間站；一種是對在空間站上進行的科學實驗項目收費，這樣做可以增加空間站收入，而且可以激發創新活力，因為只有那些具有商業前景的創新項目，才愿意支付高昂的費用到空間站上進行科學實驗。除此以外，美國還在鼓勵發展商業的空間站和建設太空酒店，但這些可能要在2030 年后才能夠實現。

今年6 月我國開始建設空間站后，其明顯的優勢和創新，引起美國各界的廣泛關注。工業界和美國宇航局一個咨詢委員會的成員，都敦促該局要確保商業性空間站能在國際空間站于本年代末退役之前啟用。美國宇航局正在對其載人航天部門進行機構調整，稱此舉將有助于其推進送人重返月球和登臨火星，同時支持太空的持續商業化和國際空間站上的研究。9 月21 日美國宇航局宣布要將眼下的載人探測與運行任務署（HEOMD）拆分成兩個新機構，即探測系統研制任務署（ESDMD）和空間運行任務署（SOMD），這是美國不會在2030 年前放棄國際空間站的重要信號。

▲ 中國空間站模擬圖

▲ 國際空間站

▲ 俄羅斯“ROSS”空間站的設想

2018 年2 月13 日，美國宇航局公布的2019 年預算草案表示，美國將于2022 年開始建造月球軌道空間站（月球軌道平臺門戶Lunar Orbital Platform-Gateway）。2022 年后，美國宇航局將向月球軌道上發射動力和推進裝置，這將成為月球空間站的基礎。目前，原來參加國際空間站的國家和組織，除俄羅斯外，都將參加這項計劃。美國宇航局認為該空間站不僅便于對月球進行長期的研究，也可視作載人火星任務的“試驗場”。

根據美國宇航局的安排，建設月球軌道空間站的主力仍然是航天運載系統（SLS）火箭和獵戶座飛船。美國宇航局也希望商業公司參加月球軌道空間站的建設。2020 年3 月，太空探索技術公司被確定為月球軌道空間站的貨運服務提供商。太空探索技術公司表示，這種名為 Dragon XL 的新飛船將能攜帶超過5.5 噸的貨物前往月球軌道空間站。

俄羅斯今年也宣布要在2026 年開始建設自己的更智能更高效的空間站。在已經公布的方案中我們看到，俄羅斯的“ROSS”空間站分為兩個階段，第一階段由2 個動力艙、1 個節點艙和1個擴展氣閘艙組成。在第二階段，會增加2 個實驗艙、1 個擴展艙和1 個外部試驗平臺，預計完成時間是2030 年。目前國際空間站的軌道傾角為51.6度，中國的天宮空間站軌道傾角為42 度，而俄羅斯的新一代空間站的軌道傾角預計為71.6 度，也有傳聞說可能會干脆打造一個傾角為97 度的極地軌道空間站。極地軌道空間站雖然可以提高太陽能電池板的效能，但同時也降低了空間站的國際合作價值。

2021 年9 月29 日，普京召開視頻會議，就俄羅斯航天工業發展問題聽取了俄羅斯高層領導的報告。普京說：“眾所周知，我國積極參與國際空間站的活動。俄羅斯艙段正在進行大規模的研究工作。根據現有協議，國際空間站應于2024 年結束，盡管可能延長空間站的壽命，未來我們應超越前十年的視野，考慮到深空探測領域新的挑戰，以及國家基礎設施發展和開發我們廣袤土地（包括北極地區）的計劃。我們的專家已經在研究建造一個俄羅斯空間站的想法。我今天請你們告訴我這個項目進展如何。”會后，普京決定將未來3 年俄羅斯航天預算每年削減16%。2022年預算僅29 億美元，比今年減少5.57億美元。普京批評俄航天局未能達到既定目標，如2020 年沒完成83 個航天項目中的30 個。他要求必須提高俄羅斯火箭的可靠性，研制俄羅斯版的重復使用火箭，以應對國際市場特別是來自太空探索技術公司的競爭。

雖然我們還不知道普京對“ROSS”空間站最后的決定，不過可以看出，俄羅斯已經決定建設自己的空間站，但何時退出國際空間站，何時開始建設自己的空間站，目前還有一定的不確定性，其中涉及到俄羅斯的國力和俄羅斯與美國的博弈。

俄羅斯開始也同意參加美國主導的月球軌道空間站，后以俄羅斯在這個空間站中的地位太低為由，決定不再參加，轉而與中國合作，共同建設月球科研基地。由于前一階段俄羅斯全力參加國際空間站，而現在中國空間站卻即將建成，因此，中俄錯過了在空間站方面全面合作的機會。今后俄羅斯和中國在空間站的合作上，將會互派航天員上對方的空間站和交換科學實驗的機會。

由此可見，由于空間站在載人航天發展中的重要地位，中國空間站將改變世界載人航天的格局，由此，世界載人航天將進入“三國時代”。