俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

本文转载自:瞭望智库(ID:zhczyj)

本文来源自微信公众号“中国新闻网”(ID:cns2012),原文首发于2022年7月28日,原标题为《俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”》,原文有删减,

文 | 孟湘君

当地时间7月26日,俄国家航天集团公司宣布了一个大消息:俄方决定,2024年后退出与美欧等合作的国际空间站项目,并开始组建自己的空间站。

从美国的回应来看,这个原本被认为秘而不宣的消息,来得有些突然。

当然,从对俄航天工业发起制裁的那一刻起,美国早该料到会有这一天,从合作伙伴变竞争对手,接下来的太空竞赛,将更加激烈。

文 | 孟湘君

本文来源自微信公众号“中国新闻网”(ID:cns2012),原文首发于2022年7月28日,原标题为《俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”》,原文有删减,不代表智库观点。
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俄准备单飞,普京:很好

对俄总统普京汇报相关决定的,是新官上任的俄国家航天集团公司总裁鲍里索夫。

鲍里索夫指出,俄航天工业正处于“困难局面”下,他将寻求提高标准,为俄经济提供“必要的空间服务”,包括导航、通信和数据传输等。
他表示,俄罗斯会履行其承担的所有义务,但已决定在2024年之后退出空间站。到那时,俄太空计划的主要优先事项,是组建一个自己的轨道服务站(ROSS)。
俄航天集团公司披露了将完全由俄方运营的轨道站草图,由三到七个模块,以及一个航天器维护平台组成,将不早于2028年开建,或于2030年投入运营。
新轨道站可用作登月基地,可能将驻扎一艘月球飞船,并可监测包括北极在内的整个地球表面。此外,站内还可能安装一个可容纳四名游客的模块,实现商业太空游。
普京对此评价称,这些计划和决定“很好”。
鲍里索夫7月中旬才刚被任命,接替在这个位置上干了4年的罗戈津。外媒形容,对鲍里索夫的任命“令人意外”,因为从2011年到2018年,罗戈津一直是监督航天工业的副总理,4年前其“被贬”为航天集团公司总裁之际,正值鲍里索夫当上监督军工和航天的副总理。
两个职位,罗戈津都没干到底,而鲍里索夫正在重蹈前任走过的路。接连让两个前副总理来航天局坐镇,包括有军事背景的鲍里索夫,足以说明航天工业在普京心目中的地位。
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西方“眼中钉”下台了

要回溯俄美在航天探索上的恩怨史,不得不再提一下罗戈津,他是出了名的对美鹰派,西方眼中绝对的“麻烦制造者”。

在俄成功试射“萨尔马特”洲际导弹和北约成立73周年之际,罗戈津都曾在社交媒体上贴图,给北约送“大礼”。前一张图,是一名军人手持炸弹,炸弹上写有“给希特勒的礼物”字样;后一张图,是俄飞船在太空拍的北约总部俯瞰图,配文是“我们正在监视你们”。
罗戈津指责美国发动制裁,让俄无法进入国际微电子市场并失去商业订单,粗暴践踏了“太空无关政治”原则。他曾建议美国“使用蹦床”或者“派发扫帚”,将宇航员送往国际空间站。因为自2011年美国航天飞机历史性退役之后,所有美国宇航员必须搭乘俄飞船,才能往返国际空间站。
此外,美国对俄发起制裁后,美国国家航空航天局(NASA)曾迫于国会压力,在俄载人飞船上为美国宇航员买了一个天价座位,用卢布支付。这正是罗戈津想要的效果,他亲自宣布了这个“打脸”美国人的消息。
罗戈津强烈的个人风格让这些年来俄航天局与NASA的关系跌至冰点。NASA最难以忍受的是,罗戈津曾警告,西方制裁将影响俄对国际空间站轨道的控制和校正,最终或导致500吨重的空间站“不受控地脱轨坠落”。
美媒一度质疑,俄罗斯是否会因被制裁而拒将美国宇航员送回地球。但这是低估了罗戈津。3月30日,俄航天局安全地将一名美国宇航员和两名俄宇航员送了回来,帮助55岁的NASA宇航员马克·范德·海成功创下美国单次太空飞行最长时间纪录。马克·范德·海正是NASA给“买座位”的那位。
罗戈津被接替后,美媒叫好声一片,美国《国会山报》以“德米特里·罗戈津被解雇无法拯救俄太空计划”为题嘲讽道,事实证明,罗戈津关于不对美国提供飞船的威胁是“空洞的”,因为他们今后可搭乘美国私营公司的飞船,往返空间站。此外,黑客组织NB65据称一度成功入侵俄航天集团与卫星通信控制系统。
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还要撑8年,美国不想早分家

1998年启动运行的国际空间站,是俄罗斯和美国及其盟友罕见、长期、深度合作的范例。其源于苏联解体和美苏冷战太空竞赛过后,为改善美俄关系提出的一项外交倡议。

组成国际空间站的美国和俄罗斯模块:跨越一个足球场大小;在地球上空约400公里轨道上运行;空间站各部分在技术上相互依存,缺一不可;美国陀螺仪提供对空间方向的控制、太阳能电池阵列为俄模块提供电源;俄装置提供使空间站保持在轨的推进力。

这个项目随着设备老化已撑不了太久了,但拜登政府还是决定,要让空间站运营到2030年再退役。

2022年元旦前夕,NASA承诺,在未来近10年里,继续与俄方在空间站开展研究。
但随着美国宣布制裁俄航空航天业,双方合作分崩离析,俄方的反弹超乎预料。美国并不愿意这么早就与俄“分家”,早在2月25日,俄军入乌第二天,NASA就赶紧表态称,制裁无关国际空间站,将继续与俄确保空间站安全运行。
一路到现在,莫斯科这次退出还是选了一个相对稳妥的时间点,不是立即撂挑子,而是两年后,因为目前美国会批准对国际空间站的拨款就到2024年。这一定程度上减轻了冲击力,但即便如此,华盛顿似乎还是措手不及。
NASA国际空间站主任罗宾·盖滕斯表示,俄方未按照两国政府间协议的要求传达信息,美方“尚未收到俄方任何官方说法”。而被问及是否希望结束美俄太空合作关系时,她回应:“不,绝对不希望”。
白宫对俄方公开消息表示“意外”,称将寻求其他选项减轻潜在影响。
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未来赛道“备选项”

当前阶段,离了俄罗斯的飞船,无论是美国还是其盟友国的宇航员,都“上不了天”了?并非如此。

NASA现在更倚赖私营公司,已给美国三家宇航业公司拨款超4亿美元,象征性资助私人开发和运营商用太空站,期望主导低地轨道上的商业经济。
获得拨款的公司有:
1.亿万富翁贝索斯的“蓝色起源”公司(Blue Origin)。
该公司获拨款1.3亿美元,将与内华达山脉集团的航天子公司“山脉空间”以及波音公司合作开发“轨道礁”空间站。其目标是打造一个可供制造、娱乐、体育、游戏和探险等工商用途的综合性太空中心,计划2025年至2030年开始运营。
2.太空硬件与服务公司(Nanoracks)。
该公司获1.6亿美元,将与洛克希德-马丁和Voyager Space这两家公司一起建造“星际实验室”空间站,计划2027年运行。空间站将有充气式栖息地、对接点、用于运货和起重的机械臂以及实验室。
3.诺斯罗普-格鲁曼公司(Northrop Grumman Corp)。
这是一家宇航与国防科技公司,获1.3亿美元拨款。该公司将开发空间站以实现可持续商业任务,届时NASA将成为众多客户之一。
至于最广为人知的全球首富马斯克的SpaceX公司,迄今已四次成功用自己研发的可重复利用载人“龙”飞船,运输多国宇航员往返空间站,降低了美对俄“联盟”号飞船的依赖度,把NASA变成了最忠实客户之一。
因此,当NASA得到SpaceX远低于其他公司的29亿美元报价后,就把“阿尔忒弥斯”登月计划的月球着陆器合同,独给了SpaceX一家。
这下,竞争对手比如“蓝色起源”就不满意了,一纸投诉闹到了美国政府问责局,逼得NASA不得不开放竞标,把羹分给其他人,否则2024年前进行载人环月飞行的宏大计划,一定会被拖累。
但未来,美国宇航员肯定还会乘SpaceX的飞船“上天”。
虽然美俄这对前冷战对手横眉相向,但就在7月,双方刚签署一项机组人员交换协议,允许两国宇航员未来共享彼此的航天器往返国际空间站。关系恶化了,但合作未断绝,底线也还在,这正是大国博弈的独特和精彩之处。
 
延伸阅读
在这里,人类成为跨星际物种

2022年7月24日下午,长征五号B遥三运载火箭托举着问天实验舱一飞冲天。问天实验舱入轨后,将与核心舱组合体实施交会对接——23吨的问天实验舱与40多吨的核心舱组合体,将是我国目前最大吨位的两个航天器之间的交会对接,也是中国空间站首次在有人的状态下迎接航天器的来访。

人类在太空中的足迹,正一步步从近地走向太空深处。

有人说,空间站是人类离开摇篮生活,挣脱地球脐带的起始点;也有人说,空间站是人类成为跨星际物种的第一站……

不管怎样,每当我们仰望太空,空间站都是巨大的存在符号,不容忽视。

文 | 田硕 瞭望智库观察员

本文为瞭望智库原创文章,原文首发于2021年4月14日,文章有删改,如需转载请在文前注明来源瞭望智库(zhczyj)及作者信息,否则将严格追究法律责任。

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苏联:“礼炮1号”——人类历史上第一个空间站

为什么要建空间站?

1969年,阿波罗11号飞船抢先登陆月球后,苏联在与美国登月的竞赛中落败。从1969年到1972年,苏联研制的N-1运载火箭(苏联专为其登月计划开发的火箭)四次发射试验全部失败,加上资金严重不足,登月计划最终搁浅。

为了扳回一城,不甘心的苏联人将其重心转移到轨道空间站。该空间站可以与当时苏联最新的联盟系列飞船实现对接,航天员可以进入空间站长时间驻留。另一个动机则是想超过当时正在开发中的美国天空实验室计划。

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

1971年4月19日,苏联发射了世界上第一座空间站“礼炮1号”,开辟了载人航天的新领域。图为空间站“礼炮1号”模拟图。

恰好当时苏联正在开展军事用途的“金刚石计划”(Almaz),并且进展缓慢。于是,两者结合,苏共中央政治局很快批准了这项空间站计划,并将其命名为“礼炮”计划。“礼炮1号”(Salyut-1)应运而生。

【注:“金刚石计划”又叫“钻石计划”,是军事侦察太空站计划,该计划于1971年至1974年发射了一系列太空站。为掩盖其军事目的,利用礼炮计划来掩饰。总共有三艘金刚石空间站发射升空:礼炮2号、礼炮3号和礼炮5号。空间站除了搭载宇航员,还装备多款军用侦察照相机,甚至配有一门NR-23机载火炮,时刻准备着。】

开创近地太空竞赛新纪元

1971年4月19日凌晨3点40分,“礼炮1号”空间站在拜科努尔发射场成功发射,开启了近地轨道空间站新纪元。这是苏联的第一个空间站,也是人类历史上的第一个空间站!

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

苏联厅展出的“礼炮1号”“联盟号”空间站和“进步号”货运飞船对接的模型。

刚刚经历了阿波罗登月的西方世界再次震惊了。这预示着苏联将再次在太空竞赛中扳回一局。

“礼炮1号”由传送舱、主舱和辅助舱三个舱室组成,是个不规则的圆柱体。长约20米,最大直径为4米,总重约18.5吨,内部空间99立方米。搭载了世界上第一个太空望远镜(猎户座一号太空天文台)及各种实验设备,在200多千米的低轨道运行。

此时苏联还不敢放松,因为“礼炮1号”还是无人状态。只有宇航员进驻,“礼炮1号”才能算是名副其实的空间站。4天后,苏联发射了“联盟”10号(Soyuz-10)宇宙飞船,搭载3名宇航员前往“礼炮1号”。然而天不遂人愿,飞船的对接舱口发生机械故障,对接后忙活了五个半小时还是无法进入,人类历史上第一次从飞船进入空间站的尝试付诸东流。

苏联人不甘心失败,6月6日,派出第二艘飞船“联盟”11号(Soyuz-11),并于7日成功对接,3名宇航员在空间站内总共逗留了23天,创下太空飞行时间的新纪录。

期间进行了实时电视转播,太空中星体的观测和拍照,测试植物在微重力环境下的生长以及一些医学实验等。这些任务看似平常,但在人类航天史上却都具有开创意义。

然而,6月29日,准备返回地球时,返回舱压力阀门被震开导致舱内急速失压,最终3名宇航员因急性缺氧、体液沸腾而牺牲。

多灾多难的“礼炮1号”在飞行175天后,于1971年10月11日坠入地球大气层烧毁。尽管整个任务历经坎坷,最后还付出了牺牲三名优秀宇航员的惨痛代价。但是无论如何,“礼炮1号”的成功升空标志着人类进军太空的步伐又进了一步,也证明了人是可以在太空中长期生存的。这就为以后人类建设更大规模的空间站,进行宇宙探索和开发活动,乃至人类向太空移民奠定了技术基础。

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1981年,苏联“礼炮6号”空间站和“联盟T-4”号飞船对接。图片由“联盟40”号飞船拍摄。

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1978年8月26日,苏联宇航员瓦列里·贝科夫斯基(左)和来自东德的宇航员西格蒙德·耶恩(Sigmund Jaehn)在拜科努尔(Baikonur)航天发射场合影,随后他们乘坐苏联飞船“联盟”11号(Soyuz-11)前往“礼炮6号”空间站。

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1978年,“联盟”27号飞船、“礼炮6号”空间站、“联盟”26号飞船实现三艘航天器对接。图为宇航员格列奇科、得扎尼别科夫、马卡洛夫在轨道站内。

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1978年,苏联“礼炮6号”空间站与“联盟”26、“联盟”27号飞船对接。图为机组成员格列奇科和罗曼年科(左)在太空舱中。

到1982年,苏联又相继发射了“礼炮2号”到“礼炮7号”空间站。除“礼炮2号”因故障失败外,其他全部成功。“礼炮”系列空间站,前后共分两代。礼炮1号到5号这些早期的属于第一代空间站,其特点是:重量20吨左右,只有一个对接口,因此每次只能与载人飞船对接,无法进行货物补给,人员在太空驻留时间有限。

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1984年7月25日,苏联女宇航员斯维特兰娜·萨维茨卡娅走出“礼炮7号”空间站。

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1986年,苏联的“礼炮7号”空间站在轨道上运行。

第二代空间站礼炮6号和7号做出了改进,有两个对接口,可以同时接受载人飞船和货运飞船的对接,居住舒适性和在天上自我维持的能力大为提高。其中“礼炮7号”在轨飞行近10年,载人飞行时间长达800多天。

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美国:不甘落后,发射“天空实验室”

*背景

就在美国赢得登月竞赛之际,苏联切换赛道直取近地轨道,密集部署礼炮系列。在其压力下,美国也将重点转向空间站建设。

早在1960年代初期,NASA就已开始论证以阿波罗计划为基础的天空实验室计划。因为已经有了土星5号(美国登月火箭),他们只需将其中的第三级箭体(Saturn IV-B)改装成空间站主体,即可一次性发射超大空间站进入太空,比起苏联的单模块空间站拥有巨大的优势。

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

“天空实验室”是一个多舱室组合体。

1972年,“阿波罗”计划结束后不久,时任美国总统尼克松向全国宣布批准“天空实验室”计划,谈到了该计划的目标:“天空实验室”(Skylab)不是促进外太空探测的深入,而是为了获得关于太空的新知识以改善地球上的生活。”

*结构

“天空实验室”是一个多舱室组合体,主要结构由工作舱、过渡舱、对接舱、太阳望远镜和“阿波罗”飞船5部分组成,全长36米,最大直径6.7米,总重82吨,拥有工作容积316立方米,在离地面430千米的轨道上运行。“空间实验室”只有一个对接装置,属于第一代空间站。

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

“天空实验室”空间站。

*运行

“天空实验室”的发射分两步进行。先是用“土星5号”运载火箭把在地面装配好工作舱、过渡舱、对接舱和太阳能望远镜的部分送入轨道,再把乘有3名宇航员的“阿波罗”飞船送入轨道,两者对接,组成完整的“天空实验室”。

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1973年5月14日,美国佛罗里达州肯尼迪航天中心,“天空实验室”发射升空。

1974年5月14日,“天空实验室”成功发射。然而,起飞63秒后,它的微流星/阳光防护罩以及一个太阳能电池翼被高速气流冲掉,致使空间站处于暴晒中,舱内温度急剧上升出现故障。

10天后,第一艘阿波罗飞船载着3名宇航员与“天空实验室”对接,航天员用一顶遮阳帆挡住阳光,使实验室内温度下降,并展开了另一个被卡住的太阳翼,实验室得以正常工作。他们一共在太空生活了28天,进行了天体观测,拍摄了大量照片,记录了大量资料。

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1973年7月28日,美国宇航员艾伦·比恩(Alan L Bean)是第二批进驻“天空实验室”的3名宇航员之一。

7月28日,第二批3名宇航员进驻“天空实验室”,他们更换了遮阳伞,在太空生活了59天。

11月16日,第三批3名宇航员进入空间站。他们的重点任务是对地面进行战略侦察,在太空生活了84天。

3次任务,9名宇航员,总计在空间站生活了171天。1974年2月8日第三次天空实验室飞行任务的宇航员着陆,此后“天空实验室”关闭。

*成果

在“天空实验室”载人飞行期间,宇航员进行了天文、地理、医学和生物学等270多项科学研究;拍摄了18万幅太阳活动的照片和4万多张地球照片;研究了太阳系和银河系的情况;研究了人对较长期失重的适应能力,做了16项生物医学实验,如研究了植物、细菌在太空的生长情况;还进行了失重下的材料制备实验。

在天文学领域,一项成果是第一次观测到一个新彗星──科豪特克彗星,并拍摄了33张清晰的彗星照片,对于研究彗星组成有重要价值。另一项重要成果是拍摄到一次太阳耀斑爆发的全过程。此外,拍摄的有关太阳X射线、紫外线、可见光谱段的照片多达75000张。

*坠毁

尽管NASA暂停了“天空实验室”的使用(因为缺钱),但仍将其保留在轨道上。1974年,最后一批宇航员离开前,对天空实验室进行了轨道维持,足以让其运行到1983-1984年。

按照NASA的计划,那时航天飞机的研发已经完成,天空实验室将迎来乘坐航天飞机的宇航员,开始新的运行。然而,NASA忽略了一点。由于太阳黑子活动的加剧,导致整个地球大气层上涨,这样,“天空实验室”的轨道就陷入较稠密的大气之中。

1979年7月11日,“天空实验室”最终坠落在澳大利亚西部地区和南印度洋。至此,它在地球上空运行了2246天,绕地球3.4981万圈,航程达14亿多公里。它终究还是没有等到航天飞机面世。4年后,第一架航天飞机才实现首航。

*意义

尽管天空实验室计划进行的周期相当短(只有1年),也远没有苏联人做得那么完备,但这个脱胎于“阿波罗”的空间站计划起到了很好的承上启下的作用。它极大地利用和发展了阿波罗计划的许多成果,NASA也从天空实验室计划中论证了大量的天地往返方案,后来的航天飞机计划就脱胎于此。

1972年,尼克松总统宣布美国将优先发展可重复使用的航天飞机,使宇航局能将大部分人力和财力投入到航天飞机的情况下,同时发展花钱不多的天空实验室。

这些任务主要从科学和技术利益着眼,不像“阿波罗”计划那样带有很大的政治意味。“天空实验室”在设计思想上强调能利用已有的硬件和技术,一反“阿波罗”项目高资金投入的论调。这说明美国在20世纪70年代初已将航天政策调整到比较现实、不纯粹为政治服务的位置上。

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新一代空间站——和平号

*第一座大型空间站

“天空实验室”任务周期内,苏联恰好处在“礼炮2号”无法使用,“礼炮3号”尚未发射的阶段。在政治和军事压力下,苏联官方提出了更新一代大型空间站的任务。

尽管从一代发展到了二代,从一个对接口发展到了两个对接口,礼炮系列空间站的缺点还是非常明显:不易扩展,从而大大限制了规模;所有仪器设备只能在一个舱内,很难合理地布置,不同性质的载荷不能做到相互独立,不可避免地造成影响;而且各种设备的安装十分紧凑,出现重大故障时系统很难修理或更换。基于上述原因,苏联又发展了第三代空间站。

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

苏联“和平号”空间站主舱的设计图。

1976年,第三代空间站开始论证,这正是“和平号”空间站(Mir)的前身。

1978年,苏联正式明确了,建设一座大型模块式,且拥有多个对接口可以与联盟号(Soyuz)载人飞船以及进步号(Progress)货运飞船对接的空间站。中间一度被暴风雪号航天飞机的研制耽误了进展,直到1986年,该计划才重回正轨。

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1986年,在拜科努尔航天发射场的检测车间里,苏联技术人员检测装配线上的“和平号”空间站。

1986年2月20日,“和平号”空间站的“核心舱”在拜科努尔发射场由“质子”号火箭发射升空。这是“和平号”空间站发射的首个舱段,是宇航员主要生活区以及与其他核心模块对接的核心站。

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1987年,苏联宇航员罗曼年科在“和平号”空间站上调整宇航服。

“和平号”是人类第一座现代意义上的,以舱段模块为基础的大型空间站。之后又先后发射了“量子1号”“量子2号”“晶体号”“光谱号”“对接舱”和“自然号”等6个舱室,共计7个舱室。1996年才全部完成,前后历时10年。

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1988年,联盟TM-5号飞船与“和平号”空间站对接。

组装完成后,“和平号”总重约137吨,体积约400立方米。它是第一个长期有人值守的大型空间站,在其15年的运行时间里保持着连续有人值守时间最长的纪录(3644天),直到2010年10月23日才被国际空间站所超越。

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1988年11月26日,载有苏法两国宇航员的苏联“联盟MT—7号”宇宙飞船发射升空,同苏联“和平号”轨道站实行对接。

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1989年4月27日,在苏联“和平号”太空实验站上完成任务后的3位苏联宇航员,在苏联杰兹卡兹东北140公里处安全返回地面。图为3位宇航员之一的沃尔科夫(右二)着陆后的情景,沃尔科夫在太空实验站共逗留151天。

“和平号”空间站曾创下了多个世界纪录:它曾是在太空工作时间最长、超期服役时间最长、工作效率最高、接待各国宇航员最多的太空站。俄罗斯宇航员波利亚科夫创造了单人连续太空停留438天的最高纪录。

 

*合作的开始

在“和平号”空间站建设期间(1986~1996),1991年苏联解体。解体后,杂乱无章的经济改革使俄罗斯陷入困境,不得不大大削减花费高昂又不赚钱的航天开支。

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1991年6月8日,英国第一位进入太空的女宇航员海伦·莎尔曼(左一)在伦敦英国皇家航空学会接受采访。时年27岁的莎尔曼于1991年5月18日和两名前苏联宇航员乘“联盟TM—12号”飞船升空,在“和平号”轨道站上工作了8天后安全返回地面。莎尔曼身旁的是同她一起在前苏联接受训练并作为她的候补者的蒂莫西·马塞。

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1997年1月10日,俄罗斯拜科努尔航天发射中心,用联盟-u运载火箭成功发射了载有3名宇航员的“联盟TM-25号”宇宙飞船,此次任务是修理出现故障的“和平号”空间站。图为俄罗斯宇航员齐布里耶夫(左)、拉祖特金(中)和德国宇航员艾瓦尔德(右)。

俄罗斯为了维持“和平号”运行在苦苦支撑,与美国的合作为他们带去了急需的资金。

美国当时还没有自己的空间站,与俄罗斯合作在很大程度上能弥补自己在大型空间站建设和太空长期驻留方面的经验不足,在美国看来这是双赢。因此,美国在推进国际空间站建设的同时也与俄罗斯展开了积极合作。

从此“和平号”进入了“美国掏钱,美俄共用”的模式,也成为两国尝试国际空间合作的平台。美国宇航员登上“和平号”与俄罗斯宇航员一同工作,为此后国际空间站上两国宇航员之间的共同工作积累了经验。

作为美俄太空合作计划的第一阶段,美国航天飞机与“和平号”空间站实施了交会和对接,在轨对接期间,进行了设备和宇航员的交换。

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

1995年,美国宇航员Norman Thaggard在“和平号”空间站。

1995年2月6日,“发现号”航天飞机与“和平号”在太空交会。

6月29日,“亚特兰蒂斯号”航天飞机与“和平号”首次对接成功。

1996年3月22日,“和平号”第3次与“亚特兰蒂斯号”航天飞机实现对接飞行。美国女宇航员露西德进入空间站,直到9月26日才返回地面,在太空度过了188天,创造了女性太空飞行时长新纪录。

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1996年3月22日,“和平号”第3次与“亚特兰蒂斯号”航天飞机实现对接,宇航员进入“和平号”空间站。

1997年9月和1998年1月,“和平号”又先后与“哥伦比亚号”和“奋进号”航天飞机成功对接飞行。

在这项合作中,“和平号”与航天飞机共进行了9次对接,为建造和运营国际空间站积累了经验。

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“和平号”空间站。

除美国之外,先后有28个长期考察组和16个短期考察组在空间站从事考察活动,共有俄罗斯、美国、英国、法国、德国、日本等12个国家的135名宇航员在“和平号”上工作。其中,外国宇航员就有62名。这倒符合了俄文“和平”的另一个含义“世界”。

这些宇航员共进行了1.65万次科学实验,完成了23项国际科学考察计划。宇航员在空间站上进行了大量生命科学实验、空间材料学和医学实验,取得极为宝贵的成果和数据。拍摄了许多恒星、行星的照片,进行了基本粒子和宇宙射线的探测,大大扩展了人类对宇宙的认识,还探索了从太空预报地震、火山爆发、水灾及其他自然灾害的可能性。

*寿终正寝

随着国际空间站项目逐渐成为美俄之间的合作新方向,加上“和平号”长期服役后各种故障频繁发生,维护费用已经让俄罗斯不堪重负,难以腾出精力参与国际空间站建设。

“和平号”原设计寿命5年。由于设备老化、资金匮乏,从1999年8月28日起,“和平号”进入无人自动飞行状态。

在它长达15年的在轨期间,共发生了2000多处故障,其中近1000处故障一直未能解决。中央计算机也已经老化到了必须完全更换的地步。空间站的温度调节系统也故障不断,舱内局部温度有时高达53摄氏度。空间站上的蓄电池也曾有过两次异常放电,导致“和平号”与地面短暂失去联系以及空间站局部停电。“和平号”空间站日渐显露出工作寿命即将终结的迹象。

最终俄罗斯下定决心,2001年3月23日,指令“和平号”受控坠落。其残骸坠落南太平洋中。开创了一个时代的“和平号”空间站,带着它创下的无数成就,寿终正寝。

“和平号”自诞生之日起,共在轨道上运行了15年,共飞行35亿公里,绕地飞行8万多圈,共有31艘联盟号载人飞船、62艘进步号货运飞船、三架美国航天飞机与之实现对接,宇航员在“和平号”舱外进行78次太空行走,舱外逗留时间长达359小时12分钟。

无论规模,还是任务量,“和平号”全都远超以往任何空间站。“和平号”是礼炮系列空间站的技术结晶,是唯一的第三代空间站,也是国际空间站发射前全球最重要的空间站。

它奠定了多舱模块化组装、积木式结构方式搭建、长期可驻留空间站技术的发展,将主体结构、能源控制系统、轨道和姿态控制系统、计算机系统、环境与生命维持系统、宇航员生活与工作区域、载人和货运接驳、出舱行走和气闸舱、科学研究等模块优化布局糅合或分列在不同舱段内,效率大大提升。

更重要的是,它是人类长期太空驻留以及大型空间结构建设的一次重要经验积累,为今天的“国际空间站”(ISS)打下了重要基础。

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现今世界上最大的空间站——国际空间站

国际空间站(International Space Station,简称ISS),是迄今为止人类设计建造的最大、最复杂、最贵且在轨时间最长的航天器,相较于第三代空间站,桁架结构的使用使得整个空间站结构更大、功能更复杂。随着“和平号”的陨落,国际空间站成为整个人类载人航天的宠儿。

共有16个国家或地区组织参与该计划。巨大的项目也标志着,人类的航天工程,正在一步步从竞争走向合作,从单打独斗走向联合作战。

*前身——“自由号”空间站(Freedom)

“天空实验室”于1979年坠落地球后,苏联仍有几个礼炮系列的空间站在轨运行,太空竞赛仍在继续。

1981年,里根就任美国总统后强调了“高边疆”的重要性,并于1983年提出“战略防御倡议”(星球大战计划)。在此背景下,建造一个永久载人的近地轨道空间站便成了星球大战计划的一部分。

1982年6月,里根批准了《国家空间政策》。这份文件明确了国家和NASA在空间活动方面的指导方针,强调要加强国际合作、科学技术研究和外层空间的商业应用,同时也强调空间计划必须用来保证美国持续的国际领先地位。

1983年1月25日,里根正式宣布建造空间站,明确美国将在10年内建造一个永久性的载人空间站。不仅如此,里根还补充将欢迎国际合作共同建造。

1988年美国与欧洲航天局,日本以及加拿大政府签署了关于空间站项目的双边和多边协议。

国际空间站项目的提出本身就具有非常复杂的政治背景。白宫科学技术政策办公室国家安全和空间站计划助理维克托·赖斯曾写道:“这将在国内和国际上产生巨大的社会和政治利益,还可以团结盟友,这是总统决定搞空间站的主要原因。”

*预算太高,计划逐渐搁浅

在此背景下,苏联加紧制定新的空间站计划,并于1986年发射了“和平号”。反而“自由号”迟迟未有进展,中间美国还经历了挑战者号爆炸事故,计划逐渐搁浅。

因管理体系复杂、研制费用高、效率低,空间站计划陷入危机。最初的预算为80亿美元,1990年,在讨论下一个财年预算时,国会要求重新设计以降低疯涨的费用。

1991年,NASA和参与该计划其他国家的航天局完成了空间站设计的修改。然而,即使大大压缩了规模,预算还是高达300亿美元。并且,在35年内,空间站至少需要耗资1180亿美元。时任美国总统老布什在面对这个数字时,更倾向把这笔钱用于重返月球计划。

与此同时,1991年苏联解体,冷战结束,太空竞赛也停了下来。美国很多航天项目都搁置了:航天飞机没有推进、“自由号”也随之陷入停顿。主要原因就在于,国际空间站政治联盟打击的对象已经瓦解,耗费巨大的项目是否还有继续存在的必要?这成为美国国会考虑终止该项目的最大动因。

1993年3月9日,新上任的美国总统克林顿下令NASA对“自由号”空间站计划进行重新设计和评审,目的在于减少费用和建造时间。

最终,当年的6月7日,NASA设计小组提交了ABC三个方案。其中方案A可以最大限度地保留原有结构,只是缩小了规模,而且也尊重与合作伙伴已达成的协议,因此得到了欧空局、日本和加拿大的赞同。尽管因预算还是太高遭到国会否决,但是项目一直保留着,没有被取消。

*美俄为什么可以合作?

此时的俄罗斯,国内经济凋敝,航天项目预算骤减。1994年底,俄罗斯航天产业雇员人数减少到1989年的64%-66%,太空预算占GDP的比例由1989年的1.5%降到1993年的0.23%,急需外来资金输血。独立建设“和平2”号空间站的可行性更是微乎其微。

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

宇航员雷克斯·瓦尔海姆在国际空间站执行太空行走舱外活动。

在这种情况下,美俄合作顺理成章。

一方面,通过国际空间站项目的国际合作,美国可以进一步彰显其在太空的领导力;

另一方面,苏联解体后在意识形态上较之前与美国更加接近。通过合作,美国希望大量利用俄罗斯丰富的技术储备和硬件,以节省空间站预算,还能借鉴俄罗斯宇航员长期驻留太空的经验;

此外,还可以此为杠杆和外交手段来控制俄罗斯。

这些都成为美国继续执行国际空间站项目,并邀请俄罗斯加入国际合作的重要原因。

俄罗斯则通过抛出已掌握的技术和硬件,以获得美国资助。经济近乎崩溃的现实让俄罗斯不得不接受美国伸过来的橄榄枝,对于濒临停转的俄罗斯航天部门来说,这无异于救命稻草。

除此之外,1975年,美苏也有过一次太空合作,进行了阿波罗—联盟号对接,已经具备了合作基础。

经过权衡,美国计算通过合作节约70亿美元,研制周期缩短两年,居住容积能增加25%,而仅需付给俄罗斯11亿美元,这实在是有利可图。

1993年9月,美俄正式签署了航天合作协议,双方同意将原来各自的空间站计划(“自由号”和“和平2号”)合并,联合建造新的国际空间站。这个协议具有重大的历史意义,标志着在空间领域,竞争对抗的时代结束,合作的时代开始,也是美俄政治和经济双赢的果实。

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

2019年6月25日,来自不同的国家的3名宇航员搭乘“联盟MS—11号”飞船返回舱着陆在哈萨克斯坦杰兹卡兹甘,他们结束了在国际空间站为期半年多的任务。

然而,欧洲,日本和加拿大既不欢迎重新设计空间站,也不欢迎俄罗斯的加入。因为这将不可避免地使他们处于第三重要的地位。

然而,美俄才是主角,首先是政治上的因素,其次是俄罗斯有着美国所没有的空间站技术及经验。为寻找解决办法,美国和其他参与方召开了三次会议讨论俄罗斯加入一事。

当时欧洲有很大困难,但假如欧洲还想在太空赢得国际地位,就不能考虑退出。而日本和加拿大更是没得选择。最终,15个国家的代表共同签订了《政府间空间站合作协定》。1997年10月,巴西成为参加的第16个国家。

计划的第一阶段是“航天飞机—和平号”计划,包含美国航天飞机与“和平号”的对接,特别是训练了美国宇航员在空间站上生活和工作的能力,为即将展开的国际空间站的组装工作积累了经验;第二阶段正式启动国际空间站项目;第三阶段则全面完成建造并投入运行。

1998年11月20日,国际空间站的第一个组件——“曙光号”顺利升空。2000年11月2日,空间站迎接首批宇航员进驻。2011年,“发现号”航天飞机安装好最后一个模块,国际空间站的建设历时13年之久。

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

国际空间站是现阶段人类科技所能实现的最理想的空间站结构。

国际空间站长109米,宽73米,高20米,总质量420吨,内部加压空间有916立方米,距地表400公里左右。得益于桁架结构的使用,ISS可以同时停靠多艘航天飞机和飞船。可以说,这是现阶段人类科技所能实现的最理想的空间站结构。

俄罗斯要单飞,NASA“苦苦追”

搭载4名宇航员的美国太空探索技术公司“龙”飞船在经过约27.5小时飞行后,2020年11月16日飞抵国际空间站并与之顺利对接,宇航员迈克尔·霍普金斯进入国际空间站。

目前,国际空间站正处于老化状态,原定于2020年退役也只延长到2024年。这意味着,我们很快就要告别这个有史以来最贵(耗资超过1000亿美元)的人造物体。

辉煌的落寞也是一个崭新的开始。缺席了前半段的中国正在迎头赶上。随着天和核心舱成功发射,中国首个空间站——“天宫”正式开始在轨建设。问天实验舱本月24日发射入轨后,空间站建设开始加速。根据发射计划,梦天实验舱将于10月实施发射,届时“天宫”将全面建成。

参考资料

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环球网,《中俄合建月球站如何强强联合》

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三体引力波,《抢占先机的礼炮太空站,如何纵横太空15年?》

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三体引力波,《建造、运营国际空间站需要多少钱?》

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李会超,《美国天空实验室陨落内幕:经费弹尽粮绝》,科学人

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范剑峰,《自由号空间站转变为全球空间站》,中国航天

李大耀,《美国载人航天器的发展史实》,航天返回与遥感

林西强,《天空实验室”后美国空间站计划的立项决策过程及启示》,载人航天

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