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未來空間站

　　天宮一號：中國空間站的“先遣兵”

　　“天宮一號”9月底發射后，將在太空等待隨后發射的“神州八號”�！巴ㄋ渍f，就是‘天宮一號’以每秒8公里的速度飛行，‘神州八號’追上去，兩者連接在一起，不僅要嚴絲合縫，還要把液、電、氣通上。對接成功后，二者將以組合體的方式在太空飛行，由‘天宮一號’對組合體進行控制。實驗結束后，‘神州八號’將返回地面，‘天宮一號’繼續在太空服役，等待‘神九’和‘神十’飛船前來對接。只有三次都對接成功，中國的載人航天工程第二步戰略目標才全部達到�！�

　　記者◎曹玲

　　迷你空間實驗室

　　1966年3月16日，美國航天員阿姆斯特朗和斯科特乘坐“雙子星座八號”飛船，手動操作交會過程，與無人“阿金納”目標飛行器對接。對接后飛船猛烈滾動旋轉，阿姆斯特朗不得不將飛船與“阿金納”分開。分開后飛船仍在滾動，他改用手動控制才使飛船穩定下來，為確保安全，飛船緊急返回。后來查明原因，是因人為扳錯開關造成的姿態控制系統故障。

　　這是人類歷史上首次進行兩個航天器之間的交會對接。接下來的40多年里，太空中發生過300多次交會對接，下一次即將是中國的“天宮一號”目標飛行器和“神州八號”飛船。

　　對“神舟”系列飛船我們并不陌生，但“天宮一號”是個什么東西？據航天科技集團公司五院“天宮一號”總設計師張柏楠向本刊記者介紹，“天宮一號”是一個全新的飛行器，重8.6噸，分為兩個艙。以往的“神州”系列飛船是三艙式的，比“天宮一號”多了一個返回艙�！啊�天宮一號’的前艙是實驗艙，為全密封環境，對接完成后航天員可以進艙工作、訓練，一些必要的生活活動以及睡覺也在里面。航天員的活動空間有15立方米，和‘神州’飛船六七立方米的狹小空間相比寬敞了很多，更適合長時間居住。后艙叫做資源艙，內置動力系統、推進系統和能源。”因為要實現交會對接，所以“天宮一號”實驗艙前面還有一個交會對接機構。

　　“‘天宮一號’在整個載人航天工程中主要承擔著兩項重要使命：一是突破交會對接技術和組合體控制技術；二是作為空間實驗室的雛形，驗證空間站關鍵技術，為將來空間站的建設打基礎�！睆埌亻�說。

　　按計劃，“天宮一號”9月底發射后，將在太空等待隨后發射的“神州八號”。在“神州八號”發射前的21天，遨游太空的“天宮一號”進行降軌，在對接前3天左右做好相應準備工作，靜候對接的最佳時刻。

　　“一開始它們倆根本不在同一個軌道上�！�天宮一號’需要降低軌道，而‘神州八號’發射之后需要不斷提高軌道，提高到正好和‘天宮一號’軌道高度一致。這時候兩個飛行器距離幾百米到一兩公里，然后一點點仔細調整位置�！�神州八號’的對接系統是一個激光雷達，會向‘天宮一號’發射激光束，如果正好打到‘天宮一號’的激光反射器上，反射回來的信號就會很強，二者沿著激光束指示的方向一點點靠近。等到距離很近，比如幾米的時候，飛行器的相對速度會降到每秒幾厘米，然后兩個飛行器剛好卡在一起。”北京大學地球與空間科學學院教授焦維新告訴本刊記者。

　　“通俗一點說，就是‘天宮一號’以每秒8公里的速度飛行，‘神州八號’追上去，兩者連接在一起，不僅要嚴絲合縫，還要把液、電、氣通上。這就好比上面放了一根針，底下一根線，差了幾百公里，最后要拿那個線去穿過那個針眼兒，非常困難。對接成功后，二者將以組合體的方式在太空飛行，由‘天宮一號’對組合體進行控制。實驗結束后，‘神州八號’將返回地面，‘天宮一號’繼續在太空服役，等待‘神九’和‘神十’飛船前來對接。只有三次都對接成功，中國的載人航天工程第二步戰略目標才全部達到�！�

　　1992年，中國就正式確立了了載人航天工程分三步走。第一步，發射兩艘無人飛船和一艘載人飛船，開展空間應用實驗。第二步，在第一艘載人飛船發射成功后，突破載人飛船和空間飛行器(如軌道艙)的交會對接技術，并利用載人飛船技術改裝、發射一個8噸級的空間實驗室，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題。第三步，建造載人空間站，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。

　　交會對接技術和載人天地往返、出艙活動并稱載人航天領域的三大基本技術。此前，只有美、俄兩國掌握了交會對接技術�！皻W洲自動轉移飛行器實際上是大型的貨運飛船，采用俄羅斯的交會對接機構；日本無人飛船H-2轉移飛行器的對接機構由美國提供，它不能稱為真正意義上的交會對接，是在接近國際空間站時，被加拿大提供的機械臂捕獲，慢慢對接上的�！薄秶�際太空》雜志副主編龐之浩告訴本刊記者。

　　據龐之浩介紹，之前發生的300多次對接中，失敗的一共有10多次。其中小故障比如“和平號”空間站的第一次對接�！昂推教枴笨臻g站有5個對接口，第一次對接是1987年4月，“量子一號”艙攜帶了一套天文物理儀器上天。當時的天文學家被一顆最近的400年的超新星爆發弄得眼花，“量子一號”攜帶的天文望遠鏡可以研究恒星爆炸產生的X射線，這些射線無法穿透大氣層。但是“量子一號”到達后不能緊密對接，“和平號”上的宇航員進行了太空行走，清除了一個卡住了的垃圾袋，使“量子一號”牢固對接，才得以研究罕見的天文事件。

　　最大的一次對接故障發生在1997年，俄羅斯“進步號”M37貨運飛船與“和平號”空間站相撞，相當于地面的汽車追尾，把“和平號”的“光譜艙”給撞壞了。因為“進步號”飛船是無人駕駛的，當時失控了，而且使用了一種新的交會測量系統，這個測量系統性能不是很穩定。飛船失控以后，該減速的時候沒有減速，結果撞在了一起。后來通過宇航員出艙活動，對“光譜艙”進行了修復。

　　張柏楠說，“天宮一號”謹小慎微，里面還有很多未來空間站會用到的技術和設備，比如大型控制力矩陀螺。飛船短期飛行依靠發動機控制，中型衛星依靠動量輪控制，而空間站這種大型設備需要力矩才能控制。據介紹，“天宮一號”的慣性制導系統及空中姿態控制系統均使用了長城航天潤滑油，以保證運動部件動作的精確無誤，實現航天器平穩對接。

　　據外媒報道，有美國學者認為，“天宮一號”相當于美國1973年發射、1979年墜落的首個空間站“天空實驗室”。這個載人空間站上擁有“阿波羅”望遠鏡和其他儀器，主要觀測太陽和地球，還從事人類在失重狀態下生理和心理反應等各種科學研究工作。龐之浩認為，與國外20噸級以上的同類試驗性航天器相比，“天宮一號”在功能和用途方面有相似之處，但質量較小，只有8噸，因此稱為“迷你空間實驗室”更合適。

　　建一座自己的空間站

　　對一個國家來說，建設空間站究竟有多重要？“從世界載人航天發展的歷史經驗來看，空間站階段無法回避。它是人類向深空進軍的重要試驗平臺，許多關鍵技術需要在空間站進行驗證。同時，空間站也是開展空間科學實驗、造福地球的重要平臺�！敝袊�載人航天工程總設計師王永志說。

　　但是上世紀90年代，美國建造空間站時抱著“冷戰”思維，不愿意和中國合作，一直拒絕邀請中國加入國際空間站項目�！爱敃r沒有開展載人航天活動，在載人航天方面也沒什么有特色的技術�！苯咕S新說。

　　1984年，美國總統里根在他的國情咨文中公布：我們為了和平、經濟和科學的利益，能跟隨我們的夢幻到遙遠的星球，在太空中生活、工作。今晚，我命令美國航空航天局建造一個永久的載人空間站，并將在10年內完成。

　　9年后克林頓總統入主白宮，這個空間站依然停留在紙上。當年，空間站計劃得到了98億美元的撥款，但是由于不斷地重新設計，預算依然不夠。于是美國航空航天局轉變了策略，轉而向俄羅斯尋求支持�！鞍⒉�羅”登月后，美國把精力放在航天飛機和探測火星上，而蘇聯主要放在空間站、航天服和交會對接技術上，曾經成功建造過8個空間站。1993年蘇聯解體后，俄羅斯經濟一落千丈，原先計劃建造的第二個“和平號”空間站也因為預算壓力很大而暫停。當年3月，時任美國航空航天局局長的戈爾丁給他的俄羅斯對手寫了一封信，提議把“和平號”與美國航空航天局的設計合并建造成一個聯合的空間站。與此同時，美國航空航天局代表團訪問莫斯科，并邀請“禮炮號”和“和平號”空間站的建造者參加美國空間站的重新設計。

　　接下來事情發展得非常迅速。同年8月，美俄兩國簽訂了一個新協議，把空間站轉化成一個真正的聯合研究計劃。美國還同意支付4億美元，用來挽救俄羅斯的載人空間計劃。對華盛頓來說這筆錢還不夠航天飛機一次的飛行消耗，但是在莫斯科就可以辦很多事，能給“和平號”空間站提供重要的支持。兩個大國合作后，空間站的優勢被媒體廣泛宣傳，吸引了歐空局、日本和加拿大前來參加。

　　1998年11月20日，由俄羅斯制造的“曙光號”功能貨艙發射升空，“國際空間站”正式開始組裝。根據最初計劃，它的總質量將達470噸，加壓艙總容積相當于兩架波音747客機機艙，設計壽命為15年左右，可容納6名宇航員。美國則是“國際空間站”工程中的“老大”，其投資占整個工程費用的60%以上。

　　去年6月，俄羅斯航天署前署長阿納托利·佩爾米諾夫說，俄羅斯已經聯系了中國航天官員，看是否有可能使用“神舟”飛船來作為俄羅斯太空計劃的后援，充當“計程車”的角色，接送船員往返于空間站。之前，歐洲空間局局長讓·雅克·丹東在接受采訪時也曾說，如果其他空間站的合作伙伴也同意，他也將張開雙臂迎接與中國的合作。他說：“我真的很愿意支持國際空間站計劃的合作伙伴擴展到中國和韓國，但是顯然，這不是任何一方能夠單獨決定的，必須由全體合伙人決定。”

　　顯然，俄羅斯和歐空局并不能決定這一點。很快，針對邀請事宜，美國航空航天局發言人約翰·耶姆布里克(John Yembrick)就稱，盡管美國航空航天局總是在尋找新的合作伙伴關系，但是該機構和它的空間站合作伙伴還是沒有邀請中國參加1000億美元的國際空間站計劃。

　　“美國一直對中國抱有排斥的態度�！苯咕S新告訴本刊記者。去年10月，美國航空航天局局長查爾斯·博爾登訪問中國，啟動中美就載人航天技術進行國際合作的會談，但是“雷聲大雨點小，最后也成了禮節性訪問”。美國和亞洲其他幾個國家合作密切，包括日本和印度。2008年，印度發射了它的首顆探月衛星“月船一號”，上面搭載了11個探測儀器，其中有6個是美國和歐空局提供的。這顆衛星于2009年9月發現月球有水，“這是一個重大發現，但是由美國提供的月球礦物分析儀器發現的。目前美國不肯和中國合作，主要是從政治上考慮”。

　　而此時，中國自己的空間站計劃正逐步成型，已經掌握了載人飛行以及太空行走技術，很快將會突破交會對接技術�！拔覀兊倪\載火箭技術已經成熟，飛船技術也在走向成熟。美國航空航天局的官員會看到這樣一個事實，從他們的發言中還是能看到他們對中國的態度在逐漸發生變化�！泵绹�航空航天局專家詹姆斯·奧伯格(James Oberg)說，中國載人航天的飛速發展，不僅證明中國高科技水平日趨提高，也將使其獲得與國際空間站完全合作的機會。

　　而合作原因更可能是因為美國面臨的問題。今年7月，美國的航天飛機宣告退役，新的飛船尚未問世。在這個青黃不接的時候，美國只好依靠俄羅斯的“聯盟號”飛船運送宇航員往返國際空間站。這對俄羅斯來說是一個要價的好時機，最初每人每趟航程價格為2630萬美元，經過幾次漲價漲到6300萬美元。為此，美國曾威脅俄羅斯，如果漲價太狠就有可能和中國合作。

　　中國的地位于是變得越來越微妙。2010年9月，俄羅斯航天署前署長阿納托利·佩爾米諾夫在捷克布拉格舉行的國際宇航聯大會上被新聞媒體提問時表示：“我并不反對中國加入國際空間站計劃，并成為其中的一員。但是鑒于中國目前的經濟發展，以及他們在空間探索領域的遠大抱負，我認為中國可能不會加入國際空間站�！�

　　2020，唯一的“天宮”

　　到了2020年，地球上空很可能只有一座空間站在飛行，那就是尚未命名的中國空間站。

　　今年7月，俄羅斯太空官員宣布，打算在2020年國際空間站的使用期限結束后，把它沉入大海。隨后，美國航空航天局拿出很多支持的論調，意圖證明國際空間站的使用壽命很有可能將超過2020年，甚至延長到2028年以后。到那時，國際空間站就30歲了。

　　“我并不看好國際空間站的命運。”焦維新說，“空間站的壽命與建設材料、設備質量有關，但最重要的還是維護，維護涉及到投入。”

　　關于維護，最好的例子就是“哈勃”太空望遠鏡。自1990年4月24日“哈勃”望遠鏡上天后數周，研究人員就發現它傳回來的圖片有嚴重的質量問題，查了半天發現主鏡的形狀被磨錯了，導致不對焦，圖片模糊。為此美國于1993年通過航天飛機對“哈勃”望遠鏡進行了一次維修，給它戴上一副“眼鏡”，糾正了缺陷。2009年5月，美國“阿特蘭蒂斯號”航天飛機上的7名宇航員通過5次太空行走，對“哈勃”望遠鏡進行了最后一次維護，為其更換了大量設備和輔助儀器，將其壽命延長至2013年后。屆時，“詹姆斯·韋伯”空間望遠鏡將會接替“哈勃”的天文任務�！肮�勃”一共經歷了5次維修，才使得它成為人類歷史上最偉大的太空望遠鏡。

　　國際空間站從1998年開始建設，到去年建成已經過去了12年，在這個過程中有些儀器設備就已需要維護。焦維新印象比較深的是2004年2月27日，國際空間站的陀螺儀壞了，在站上工作的俄羅斯宇航員卡列里和美國宇航員福阿萊從“碼頭號”對接艙走出空間站進行維修，此時國際空間站唱起了“空城計”。按照規定，宇航員太空行走的時候，至少要有一名宇航員在站內留守。但是在迫不得已的情況下只好違規，因為陀螺儀失效，就很難保證空間站處于正確姿態。

　　“如果沒有投資，國際空間站墜毀的命運不可避免�！�2001年3月23日，“和平號”空間站墜毀在太平洋就是無米下鍋最后餓死的例子。“和平號”空間站生不逢時，剛滿5歲就遇上蘇聯解體，雜亂無章的經濟改革使俄羅斯陷入困境，不得不大大削減花費高昂又不賺錢的航天開支�！昂推教枴敝坏貌粩嗪屯鈬�宇航界合作，爭取外援維持生存，結果仍是焦頭爛額，15年間事故頻出，據說多達1500次，最終在一片嘆息聲中隕落。

　　“如果16個參與國齊心協力，國際空間站也能維持更長時間。但是目前美國已經有人認為，投資浩大建設空間站是一種戰略錯誤。若抱這種觀點，是不可能把很多時間和精力投入在空間站上的�！苯咕S新說。

　　空間站的命運，更多的和參與國的太空政策聯系在一起。

　　2010年4月15日，美國總統奧巴馬正式公布了美國的新太空探索計劃，表示美國將放棄小布什之前制定的旨在重返月球的“星座計劃”，將火星作為美國載人航天計劃的目的地。他表示，美國將投資30億美元研發新型大運載火箭，以便美國宇航員能向近地軌道之外的空間進發；到2025年，美國能對太陽系進行深入探索；到本世紀30年代中期，美國具有運送宇航員平安往返火星軌道的能力。這個計劃一開始受到外界廣泛批評，太空專家擔心，此舉將使美國喪失太空探索領先地位并嚴重影響相關就業。但是隨著事態進一步發展，奧巴馬的太空計劃逐漸明朗起來。今年4月，美國航空航天局公布了一款最新研制的多用途載人飛船，飛船設計以“獵戶座”航天器的原型為基礎，將作為未來美國宇航員進入外太空的全新運輸系統，可同時攜載4名宇航員前往火星。9月14日，美國航空航天局又宣布了名為“太空發射系統”的新式重型運載火箭的設計方案，將用于發射新的太空艙，到更遠的未知領域去探索太空。

　　“‘太空發射系統’低地球軌道的運載能力至少在130噸以上，是世界上最大的火箭。飛船的功能更強，可以把宇航員帶到小行星和火星附近。如果這兩方面技術都很成熟，實際上美國想什么時候登月就什么時候登月，沒必要現在把目標定在重返月球上。美國還要搞太空加油站，在太空搭建一個平臺，給衛星或者其他航天器對接提供燃料。如果新計劃都實現了，美國又會把其他國家甩開一段距離，所以美國現在的興趣不在空間站。”焦維新說，“但是建造空間站已經花了很多錢，美國肯定要維護它。不過，10年后美國究竟對此抱何種態度，現在還不得而知�！�

　　“至于俄羅斯，鑒于它經濟不景氣，不可能對空間站有太大投入�！苯咕S新用“計劃趕不上變化”來形容俄羅斯的現狀。近年來俄羅斯一直沒有很明晰的太空計劃。2000年它要建造名為“快船”的新一代宇宙飛船，從“聯盟號”載人飛船的基礎上研制，能重復使用25次，但是在2006年進入最后的生產階段時被叫停，轉而研發一種多級入軌的新型飛船。2005年，“神州六號”飛船發射時，焦維新說他曾和俄羅斯航天員連線交流，他問俄羅斯發展快船的主要目的是什么。俄羅斯航天員說，主要是為了發展太空旅游，因為它可以重復使用，可以乘坐6個人，將來也可能能夠探測月球。但是計劃后來被取消了，將以前的“聯盟TMA”飛船在電子設備上進行了升級，更換了老舊的計算機，整體質量降低了70公斤，建造成“聯盟TMA-M”飛船，第一艘于2010年10月8日發射。

　　其間，俄羅斯還提出過載人登月計劃、火星探測計劃，但很快就銷聲匿跡了，沒有一個能持續很長時間。“俄羅斯的興奮點很多，但都不扎實，主要原因就是差錢，所以它只能保證維持現狀，定期接送航天員，供應給養，做好實驗�！�

　　歐空局也沒有辦法挑大梁。國際空間站上有歐空局的“哥倫布”艙，歐空局也有自己的貨運飛船ATV，比“進步號”飛船的運輸量還大，可以給空間站提供設備和給養。但是歐空局也沒有明確的、能夠穩步推進的計劃。2004年歐空局宣布了雄心勃勃的“曙光計劃”，其中包括“火星探險計劃”和“登月計劃”。計劃原定于2011年向火星發射探測器，采掘半公斤火星巖石樣本送回地球，以進行分析。之后這個計劃被推遲到2013年，隨后又推遲到2018年。焦維新頗為失望地說：“‘曙光計劃’過去這么多年了，沒看到一點曙光�！�

　　“到2020年，很可能我們國家的空間站是世界上唯一的空間站。到時候我們可以開展國際合作，更好地和平開發、利用太空資源。”對此，龐之浩非常樂觀。■

　　(感謝航天科技集團公司提供資料)