文/ 黃志澄

▲ 月球軌道空間站

2021 年4 月29 日，核心艙“天和號”發(fā)射升空，并順利入軌，中國空間站建設(shè)的大幕就此開啟。5 月29 日，天舟二號貨運(yùn)飛船發(fā)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(yùn)載火箭成功發(fā)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(jìn)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(fēng)著陸場安全降落 。9 月20 日，長征七號遙四運(yùn)載火箭成功發(fā)射了天舟三號貨運(yùn)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(yùn)載火箭成功發(fā)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(wù)首戰(zhàn)告捷,神舟十三號任務(wù)承前啟后，為中國空間站的建設(shè)和運(yùn)行打下扎實(shí)基礎(chǔ)。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(fā)射過程中長征二號F 運(yùn)載火箭末級飛臨石家莊上空時的過境軌跡（佳能450D 相機(jī)，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(fù)雜的航天系統(tǒng)工程。我國空間站的發(fā)展分成技術(shù)驗(yàn)證、組裝和運(yùn)行等3個階段。根據(jù)任務(wù)安排，我國將實(shí)施一系列飛行任務(wù)，于2022 年前后建成在軌穩(wěn)定運(yùn)行的空間站。

神舟十二號載人任務(wù)是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段的第四次任務(wù)，也是空間站階段的第一次載人任務(wù)。神舟十二號載人任務(wù)的主要目的，是進(jìn)行空間站建設(shè)和運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)的在軌驗(yàn)證，為后續(xù)任務(wù)積累經(jīng)驗(yàn)。通過3 個月的努力，神舟十二號載人任務(wù)已經(jīng)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(fā)射“神舟十三號”呢？

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

其次，蘇聯(lián)的和平號空間站是長期有人的，國際空間站也沒有出現(xiàn)過航天員不在的空檔期?？臻g站在離開地面400 多千米的地球軌道上運(yùn)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(huán)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(hù)檢修和科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作，必須有人值守。

雖然近年來隨著人工智能技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，也有人提出過為了減少空間站的運(yùn)行成本，可以采取短期有人、長期無人的運(yùn)行模式，但是實(shí)踐征明，在當(dāng)前的技術(shù)水平下，還不能保證空間站能夠較長期地?zé)o人穩(wěn)定運(yùn)行。

中國空間站的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

與國外相比，中國空間站起步較晚，但具有后發(fā)技術(shù)優(yōu)勢。為實(shí)現(xiàn)建造空間站的目標(biāo), 中國空間站在構(gòu)型布局上進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，以保證空間站具備更強(qiáng)大的科學(xué)和應(yīng)用能力，比如在艙段外安置了外置平臺以確?？臻g站能夠進(jìn)一步擴(kuò)大。中國空間站還采用了許多創(chuàng)新技術(shù)，如30%以上光電轉(zhuǎn)化效率的太陽能技術(shù)、高比沖電推進(jìn)技術(shù)、高閉合度環(huán)控生保技術(shù)等?？梢哉f，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(jìn)入在軌建造階段，規(guī)劃了6 次飛行任務(wù)，包括2 個實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射，2 艘神舟載人飛船的發(fā)射，還有2艘貨運(yùn)飛船的發(fā)射。通過這6 次發(fā)射任務(wù)，完成中國空間站的在軌建造，轉(zhuǎn)入運(yùn)行階段。

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

中國空間站的建設(shè)也面臨許多挑戰(zhàn)。首先，中國空間站工程在今明兩年將接續(xù)實(shí)施11 次飛行任務(wù)，這種有進(jìn)度要求的高密度發(fā)射，必須要求細(xì)致的組織協(xié)調(diào)工作和高可靠、高安全的各個分系統(tǒng)。第二，空間站是一個復(fù)雜的大型系統(tǒng)工程，許多運(yùn)行技術(shù)和管理技術(shù)，必須要通過長期實(shí)踐來積累。第三，許多空間站的關(guān)鍵技術(shù)還要進(jìn)一步驗(yàn)證。第四，必須加快發(fā)展重復(fù)使用的航天運(yùn)輸系統(tǒng)，進(jìn)一步提高空間站的效費(fèi)比。最后，在空間站太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)取得成果的基礎(chǔ)上，分步推進(jìn)空間站的商業(yè)化。

當(dāng)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(jìn)，另一方面仍在推進(jìn)地球軌道空間站的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，并向著商業(yè)化的方向前進(jìn)，為太空經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場注入新的動力，并為人類的載人深空探測打下基礎(chǔ)。

從歷史上來看，蘇聯(lián)和美國曾經(jīng)是載人航天的兩個主力，蘇聯(lián)在空間站技術(shù)方面一度領(lǐng)先。在冷戰(zhàn)結(jié)束以后，美國和俄羅斯聯(lián)合其他十多個國家建設(shè)了國際空間站。由于美國的反對，國際空間站在建設(shè)和運(yùn)行時，始終將中國排斥在外，這也是我國要獨(dú)立自主建設(shè)空間站的一個重要原因。

當(dāng)前，具有后發(fā)優(yōu)勢和技術(shù)創(chuàng)新的中國空間站，正在自主快速建設(shè)，而其國際合作也已取得了重大進(jìn)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(jī)構(gòu)，以及聯(lián)合國外空司、歐空局等航天組織簽署了合作框架協(xié)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(xiàng)目成為中國空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)首批入選項(xiàng)目。中國空間站的建成，將為開展包括航天員聯(lián)合飛行在內(nèi)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(fā)展有其深刻的國際政治背景。美國戰(zhàn)略與國際研究中心（CSIS）航空航天安全項(xiàng)目主管哈里森稱，中國是美國在航天領(lǐng)域的最大競爭對手。他說，“這場競賽的真正目標(biāo)是看誰能建立起最廣泛和最強(qiáng)大的聯(lián)盟”；“哪些國家未來十年在航天領(lǐng)域成為主導(dǎo)聯(lián)盟，哪些國家就將為接下來的太空商業(yè)和探測活動制定事實(shí)上的規(guī)范”。

無疑，國際空間站在2024 年以前是會正常運(yùn)轉(zhuǎn)的。但由于國際空間站的壽命已經(jīng)超過了設(shè)計(jì)壽命，所以它會出現(xiàn)很多的部件老化問題，比如最近俄羅斯艙段就出現(xiàn)了裂紋問題。但是這樣一個大型空間基礎(chǔ)設(shè)施，必定要盡量延長它的壽命，以提高它的使用價值。據(jù)報(bào)道，美國宇航局會讓國際空間站盡可能運(yùn)行到2028 年或2030 年。從國際空間站的構(gòu)型來看，確實(shí)存在這種可能性。

從現(xiàn)有計(jì)劃來看，美國宇航局在大幅度降低航天運(yùn)輸系統(tǒng)費(fèi)用的基礎(chǔ)上，正準(zhǔn)備大力推進(jìn)國際空間站的商業(yè)化。商業(yè)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(fèi)用進(jìn)入空間站；一種是對在空間站上進(jìn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目收費(fèi)，這樣做可以增加空間站收入，而且可以激發(fā)創(chuàng)新活力，因?yàn)橹挥心切┚哂猩虡I(yè)前景的創(chuàng)新項(xiàng)目，才愿意支付高昂的費(fèi)用到空間站上進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。除此以外，美國還在鼓勵發(fā)展商業(yè)的空間站和建設(shè)太空酒店，但這些可能要在2030 年后才能夠?qū)崿F(xiàn)。

今年6 月我國開始建設(shè)空間站后，其明顯的優(yōu)勢和創(chuàng)新，引起美國各界的廣泛關(guān)注。工業(yè)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(yè)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(jìn)行機(jī)構(gòu)調(diào)整，稱此舉將有助于其推進(jìn)送人重返月球和登臨火星，同時支持太空的持續(xù)商業(yè)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(yùn)行任務(wù)署（HEOMD）拆分成兩個新機(jī)構(gòu)，即探測系統(tǒng)研制任務(wù)署（ESDMD）和空間運(yùn)行任務(wù)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(shè)想

2018 年2 月13 日，美國宇航局公布的2019 年預(yù)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(fā)射動力和推進(jìn)裝置，這將成為月球空間站的基礎(chǔ)。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(xiàng)計(jì)劃。美國宇航局認(rèn)為該空間站不僅便于對月球進(jìn)行長期的研究，也可視作載人火星任務(wù)的“試驗(yàn)場”。

根據(jù)美國宇航局的安排，建設(shè)月球軌道空間站的主力仍然是航天運(yùn)載系統(tǒng)（SLS）火箭和獵戶座飛船。美國宇航局也希望商業(yè)公司參加月球軌道空間站的建設(shè)。2020 年3 月，太空探索技術(shù)公司被確定為月球軌道空間站的貨運(yùn)服務(wù)提供商。太空探索技術(shù)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(shè)自己的更智能更高效的空間站。在已經(jīng)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(jié)點(diǎn)艙和1個擴(kuò)展氣閘艙組成。在第二階段，會增加2 個實(shí)驗(yàn)艙、1 個擴(kuò)展艙和1 個外部試驗(yàn)平臺，預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)為71.6 度，也有傳聞?wù)f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(yè)發(fā)展問題聽取了俄羅斯高層領(lǐng)導(dǎo)的報(bào)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(jìn)行大規(guī)模的研究工作。根據(jù)現(xiàn)有協(xié)議，國際空間站應(yīng)于2024 年結(jié)束，盡管可能延長空間站的壽命，未來我們應(yīng)超越前十年的視野，考慮到深空探測領(lǐng)域新的挑戰(zhàn)，以及國家基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展和開發(fā)我們廣袤土地（包括北極地區(qū)）的計(jì)劃。我們的專家已經(jīng)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(xiàng)目進(jìn)展如何?！睍螅站Q定將未來3 年俄羅斯航天預(yù)算每年削減16%。2022年預(yù)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(dá)到既定目標(biāo)，如2020 年沒完成83 個航天項(xiàng)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(fù)使用火箭，以應(yīng)對國際市場特別是來自太空探索技術(shù)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(jīng)決定建設(shè)自己的空間站，但何時退出國際空間站，何時開始建設(shè)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(dǎo)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(zhuǎn)而與中國合作，共同建設(shè)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(xiàn)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(jī)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(xué)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會。

由此可見，由于空間站在載人航天發(fā)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(jìn)入“三國時代”。