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十字路口的國際空間站:該拋棄還是該留下?(組圖)

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發表於 2017-11-8 12:52:35 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
來源: 新浪科技

新浪科技訊 北京時間11月3日消息,據國外媒體報道,國際空間站每隔90分鍾就圍繞地球飛行一圈。遠遠看去,在漆黑的宇宙空間之中,地球就像一顆安靜漂浮的藍色球體,而運行在地球軌道上的空間站就像是天上的舞者。只要事先查詢空間站的過境時間,我們可以輕易觀察到空間站從我們頭頂上空通過的軌跡:一顆明亮的“星星“從夜空中快速劃過。然而,很多人所未曾想過的是,到2024年,這座巨大的“太空城市”將會被放棄,脫離軌道,在地球大氣中解體爆炸,殘骸最終將墜入太平洋的海底。


  國際空間站是工程學的奇跡,並且取得了很多的成果。但如果在今天問很多美國的空間政策專家:“美國宇航局是否應該建造這樣一個巨型空間站,並且將這個幾乎完全由美國納稅人的資金建設的龐然大物以‘國際’來命名?”很多人給出的答案都是否定的。他們會說:“我們應該將這上千億的資金用於進行更加大膽的探索行動!“


  然而,也有一部分專家認為我們應該繼續使用這一巨型太空設施,並主張將其壽命延長到2028年之後,這一時間已經接近了空間站建築結構的使用壽命極限了。取決於你所選擇的對話專家,他們的觀點存在巨大分歧:有些專家認為國際空間站是一座價值難以估量,完全被低估的關鍵性太空基礎設施,而另外一些人則直接將國際空間站稱作是“太空財政無底洞”,諷刺它對財政的拖累。這樣的分歧局面與一般情況下私營企業界與政府航天部門之間的航天政策分歧有所不同,在政府航天部分工作的科學家內部,對於這一問題也存在着嚴重的意見分歧。

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正在太空中運行的國際空間站

  更多出於經濟考慮,而非科學

  航天迷們對於一個事實感到驚訝和沮喪,那就是科學家們竟然對於國際空間站本身所能帶來的科學價值存在爭議。在很多太空研究專家和科學支持者們看來,國際空間站更多像是一座“太空度假屋”,時不時會有一些幸運的宇航員上去小住一段時間,玩玩球形水滴,再玩玩失重狀態下的小白鼠。他們指出,我們完全可以用建造國際空間站的錢投入到更加重要的太空探索行動中去,發展成本低得多的無人探測器,天體物理學空間設備,地球觀測衛星,等等,有很多很多的項目,其科學價值都要比國際空間站大得多。

  這些科學專家們的言論並非虛妄。在每年美國宇航局大約190億美元的預算資金中,很大一部分被國際空間站佔用。事實上,在2016年的美國宇航局報告中,我們發現國際空間站的維護成本達到了驚人的27億美元,這還沒有算上用於為空間站運送補給物資的商業貨運飛船(CRS),以及讓美國宇航員搭乘俄羅斯聯盟號飛船飛往國際空間站的“搭車費用”,另外,宇航局還在持續支持兩種“商業載人運輸飛船系統”(CCDEV)的開發,這也需要耗費資金。如果將這些都加在一起,每年宇航局花費在國際空間站上的費用將超過30億美元,這筆資金主要是由美國宇航局的“載人探索與運行任務辦公室”提供的。可以想象,利用這么一大筆資金,我們完全可以支持研製相當多的一批無人飛船,太空望遠鏡,大氣研究設備等等。


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美國比格羅公司的可充氣太空艙段正在國際空間站上接受測試,圖為其正在充氣膨脹中

  國際化的虛名

  隨着美蘇兩國冷戰的結束以及蘇聯的解體,美國當時設想中的,由美國研製的“自由號”(Freedom)空間站被更名為“國際空間站”,以便將俄羅斯吸納進來參與研製合作,從而體現某種政治上的“友好”。而為了達到這一目的,這一所謂的“國際空間站”的軌道就必須被設置成美國航天飛機以及俄羅斯聯盟號飛船都能夠比較方便進行對接和補給的形式。

  俄羅斯的飛船發射地位於緯度較高的地點(超過北緯46°)。由於地球自轉線速度的差異,在赤道(緯度0°)發射的宇宙飛船能夠獲得地球自轉方向上每小時1040英里(約合1670公里)的“免費加速福利”。而如果你越偏離赤道,緯度越高,你從地球自轉那裡得到的“免費加速福利”就會逐漸遞減,那你的發射成本也就隨之上升了。在美國佛羅里達州的肯尼迪航天中心,美國的航天飛機發射能夠獲得來自地球大約每小時919英里(約合1478公里)的免費加速,而在俄羅斯的拜科努爾發射場,俄羅斯聯盟號飛船獲得的這一數值則是每小時722英里(約合1162公里)。

  這還沒完,採用51.6度大傾角軌道發射,對於飛往月球或火星等目標將是極為不利的,因為這將迫使航天器攜帶多得多的沉重的推進劑,從而在太空里進行軌道修正。很多著名人士,比如第二位登月的宇航員巴茲·奧爾德林(Buzz Aldrin),都對國際空間站的這種莫名其妙的調整,導致美國宇航局每年產生的巨額損失持批評態度。

  更加糟糕的是,美國認為它的國際合作夥伴們常常並沒有完全履行並承擔它們各自在國際空間站上鎖擔負的財政義務。它們更多時候是向空間站提供一些部件或者類似的支持服務,而非空間站運行所急需的資金。歐洲人正忙着為獵戶座飛船研製一段艙段,而不是支持國際空間站的建設。其他國家的宇航員們不斷造訪國際空間站,這實際上是美國國家實力的隱晦展示,這對於美國國務院來說當然是求之不得的好事,但背後卻需要美國宇航局為此背負沉重負擔。

  商業化航天會有幫助,但是這還不夠

  更為高效的商業化航天發射正迅速降低發射成本,但還不足以完全消除國際空間站帶來的巨大成本負擔,而實際上在商業航天界內部,對於國際空間站的態度也存在着分化。作為國際空間站建設的主要工業承包商,美國波音公司目前的合同使其能夠持續支持空間站的建設直到2020年。因此,你會發現波音公司是讓國際空間站繼續維持飛行的重要支持者,這一點完全不會讓人感到意外。

  但是還有其他一些不一樣的公司。在航天界,太空探索技術公司(SpaceX)和它的創始人埃隆·馬斯克(Elon Musk)常常被看作是波音公司的噩夢。不過,這家公司也和波音公司一樣,支持空間站維持運行。當然這一點是我們意料之中的,因為這家公司也和波音公司一樣,是國際空間站的重要承包商之一,其主要承擔的工作是利用自家的飛船為空間站運送補給物資。並且在不久之後,波音和SpaceX公司都將開始具備為國際空間站提供宇航員往返運輸的能力。從這一角度出發,維持國際空間站的持續運行,美國宇航局充當總承包商並以這樣的角色向其他工業承包商發放訂單,這是維持美國政府向商業航天企業“輸血”和提供幫助的一種重要途徑。

  羅伯特·比格羅(Robert Bigelow)同樣從國際空間站建設中獲益。這名地產大亨創辦了一家“比格羅宇航公司”,專門研製名為“BEAM”的可充氣太空艙段,2016年4月至今,這家公司研製的原型充氣艙段已經被安裝在國際空間站上進行在軌測試。

  根據美國宇航局的報告,該公司研製的這種可充氣太空艙段已經成功經受住了太空微隕石,以及強烈太空輻射劑量的考驗,測試顯示其內部的輻射水平與那些艙壁堅硬的傳統鋁制艙段內部的輻射水平是接近的。考慮到兩者間的這種成功合作,你可能會對於以下的消息感到很驚訝。那就是,比格羅公司目前正急切地希望能夠盡快結束測試,讓他們的充氣艙段返回地球。為什麼會這樣?

  答案很簡單。盡管國際空間站是一個驗證可充氣太空艙段技術的理想地點,但比格羅這位高調的企業家曾經多次公開表示他認為政府運營的這種大型空間站會成為未來商業航天領域的不正當競爭者。投資人會擔心商業航天是否能夠與政府支持的航天相競爭。很重要的一點是,比格羅公司希望美國宇航局能夠采購他們公司的充氣艙段,而波音公司和SpaceX公司則都對搭載宇航員飛往比格羅公司的的太空艙表現出了興趣。


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Axiom公司的私營空間站設想圖

  另外還有一家“Axiom 航天公司”,則計劃基於國際空間站打造一座更加傳統的鋁制艙段空間站。這家公司打算將他們的首個艙段放置到空間站上將能夠減少商業運作的風險,因為這樣可以充分利用國際空間站上的生命維持系統作為備份保險,來測試該公司的“環境控制與生命支持系統”(ECLSS)。不過這項計劃面臨的挑戰之一就在於國際空間站上只有一個可用的接口可以連接他們的艙段。盡快將這一接口交付給商業公司使用不僅對於商業航天企業,對於美國宇航局也很重要。因為後者急需一座商業化運作的低地球軌道空間站,如此才能夠讓美國宇航局從中脫身,騰出手來致力於發展深空探測任務。盡快敲定這一接口能夠讓這家公司盡快獲得投資人的資金支持,並趕在國際空間站墜落之前測試各種技術並進一步向前發展。

  在特朗普政府重新組建的美國國家太空委員會第一次會議上,美國商務部部長威爾伯·羅斯(Wilbur Ross)明智地詢問了美國從國際空間站項目中究竟得到了什麼樣的利益。空間科學促進中心(CASIS)負責國際空間站國家實驗室的運作,其宗旨在於協助私營企業開展在軌研發工作並幫助實現相關技術的商業化運用。

  近期,這項工作似乎取得了不錯的進展。一家名為“Nanoracks”的公司與波音公司合作,開發出一套創新性的技術解決方案,其中包括小型衛星發射器以及全新的氣閘系統。每一項這樣的發明都會提升空間站所能為企業界提供服務的經濟價值。比如地球成像衛星公司“Planet”就藉助Nanorack公司開發的衛星發射器在軌道上布放了該公司研製的“鴿子”(Dove)衛星系統。當然,在那之前這家公司首先要藉助SpaceX或者軌道科學公司的火箭將這些小衛星送上國際空間站。

  在另外一個案例中,“太空製造”公司(Made in Space)發展了能在太空使用的零重力3D打印技術,結果意外發現這項技術在海上船舶航行中有着很重要的應用。這家公司甚至還設想有朝一日能夠在軌道上利用3D打印技術直接打印出一座類似國際空間站大小的超大型結構體。

  坦白說,對於這兩方對立意見的人士,都是值得同情的,因為這的確是一個極為艱難的決定。不過,從上面的分析中我們可以看出,對於空間站的反對意見主要集中在它每年對美國宇航局預算的大量消耗上。這一點或許是可以找到方法解決的。首先,美國政府可以對美國宇航局及其承包商們施加真正的壓力,要求後者大幅度削減成本。美國宇航局還必須大力支持商業性空間站技術的發展並採用政府采購服務的方式提升效率,減輕自身負擔。來自宇航局的支持和背書將讓這些高技術公司得以獲得安全可靠的訂單並吸引投資人,進而在未來提供宇航員往返太空的服務,以及發展付費太空旅行等相關產業。



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