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中國空間站未來是否真的能一家獨大?——后國際空間站時代世界航天大國的空間策略

2019-01-12 來源:北京太陽谷咨詢有限公司

  導言:國際空間站(ISS)是在國際合作的基礎上建造迄今為止最大的載人空間站。從1998年“國際空間站”項目啟動,經歷了20多年的時間才全部建成,而根據設計壽命,預計將會在2024年退役,即使進行延壽改造也最多服役到2028年。屆時中國建成的天宮空間站將成為世界上唯一的空間站。一旦未來中國空間站全面建造成功,美國和俄羅斯想要進行太空科研,必須向中國提出申請。可是一貫強大的美俄真的會接受這種仰人鼻息的局面,讓我國的空間站獨尊太空嗎?

  美國:對空間站定位的不斷變化

  國際空間站始建于1998年,是以美國和俄羅斯為主,日本、加拿大、歐洲航天局成員國和巴西等總共16個國家聯合參與的國際合作項目,總投資超過1000億美元?雖是16個國家共同合作,但財務方面,美國作為領頭者擁有決策權,但同時也要為此付出金錢代價,承擔80%的費用,也就是800億美元的巨額投資。

  

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   國際空間站國際合作圖譜,主要模塊幾乎全由美國提供

  通過分析,從上世紀八十年代里根政府到上屆奧巴馬政府的太空戰(zhàn)略,可以看出美國政府對國際空間站建設熱情是不斷減少的。

  冷戰(zhàn)末期的里根政府在看到蘇聯舉國體制下獲得的航天成就也萌發(fā)了不理智的太空之夢,希望能夠在10年內花費80億美元建造永久性的載人空間站。到老布什政府時期,空間站被設定為重返月球及登錄火星的“跳板”。不過面對重返月球所需的幾千億美元預算,隨后的美國政府很快就調整策略,踏踏實實的只把國際空間站作為空間研究基地,也就是在這一時期,國際空間站的多國合作模式正式建立,建設也開始實施。

  可是即便拉來了十幾個國家組團,美國在空間站建設上仍舊沒有節(jié)省多少開支。而多國建設帶來的是更多的方案和成本上的問題。例如因為俄羅斯的加入,國際空間站不得不選擇一個不那么“經濟”的軌道。俄羅斯的火箭是從哈薩克斯坦發(fā)射升空的,比發(fā)射航天飛機的佛羅里達的位置高,克林頓政府為迎合俄羅斯發(fā)射的火箭使得美國航天飛機到達空間站要更加耗能,其裝載貨物也減少很多。如果除去政治上的意義,這項投資最后細算下來簡直虧大發(fā)了。美國政府也將國際空間站的功能地位邊緣化,將其定義為有“義務”完成的航天項目。

  因此到了奧巴馬執(zhí)政時期,吸引私營資本加入以降低近地軌道投資成本成為美國政府解決航天預算緊張的新的發(fā)展途徑,隨之而來的就是SpaceX等私營航天公司的崛起。另外,奧巴馬時期另外的重要航天政策變化是取消重返月球的星座計劃,將目標放得更長遠,直接“劍指火星”。這樣,國際空間站原有的登月跳板功能徹底消失了。

  俄羅斯:繼續(xù)利用退役空間站打造太空旅游項目

  面對國際空間站的退役在即,俄羅斯也有新的計劃,就是打算在國際空間站退役后以其部分艙段為基礎建造新的軌道空間站。

  為此計劃,俄將在2019年年底前向國際空間站再發(fā)射3個新艙,完成現行國際空間站俄羅斯艙段的建設?在國際空間站停止運行后,俄航天部門將以這幾個艙段為基礎建造新的軌道空間站?擬建的新軌道空間站將由5個艙段組成,總重約60噸,是目前國際空間站總重的七分之一?建好后的新空間站將可容納3名宇航員長期駐站?

  

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未來的國際空間站俄羅斯段構型,中間左右兩段應為計劃建設的NEM-2模塊 

  除了繼續(xù)在空間站上進行科學實驗,開發(fā)價值不菲的太空旅游也是俄羅斯繼續(xù)空間站項目的一大動力。據悉,俄羅斯擬推出的太空酒店模塊,長達15.5米,重20噸,光建設就要花費300~500億美元。按照一人入駐1~2周的費用4000萬美元計算,加上發(fā)射成本,至少也要接待十幾位乘客才能收回投資。為此,俄羅斯航天局拉來了本國的空間站承包商RKK Energia與其共同出資,項目成功運行后將酒店收入作為航天開發(fā)的一部分資金。

  通往火星的“門票”——航天大國的遠景目標

  前面提到了隨著美國取消重返月球計劃,國際空間站原有的登月跳板功能隨之消失。但是人類要前往更為遙遠火星,仍舊需要在太空中建設中轉和補給站。因此美國將新的空間站目標選在了月球軌道上。

  根據規(guī)劃,首個月球軌道空間站被定名為“深空之門”(Deep Space Gateway),從這個名字就可以看出,該項目的目的是作為深度探索太陽系并將人類送上火星的中轉站,也被國外媒體戲稱為通往火星的“門票”。

  2017年9月,美國航空航天局(NASA)和俄羅斯聯邦航天機構簽署了一份聯合聲明:將合作建造“深空之門”。前期項目主要分為空間站建設和深空飛行探索兩部分。美俄將從2018年到2026年左右研發(fā)并建造功能先進的“深空之門”空間站;NASA的SLS重型火箭發(fā)射系統(tǒng)和“獵戶座”太空艙是深空飛行的主要設備(關于美國重型火箭發(fā)展可參考文章:國外運載火箭型號發(fā)展總覽之一——美國),最晚在2030年完成月球軌道的火星模擬飛行。如一切順利,可能會在2033年開始進行前往火星系統(tǒng)和火星表面的載人長途飛行,向地球人的火星殖民夢想又邁進一步。

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   NASA公布的月球空間站項目方案

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  具體項目安排(資料來源:russianspaceweb)

  根據以往三十年重大航天工程建設經驗,“深空之門”這么一個如此宏大的工程最大的隱憂就是預算和工期。在目前項目預算未確定的情況下,美國也在不斷摸索合適的合作方式。而以下三個問題將成為決定項目成敗的重要因素:

  首先,就是美俄合作模式是否能夠長遠

  前面提到過在國際空間站的合作上,美俄“攜手”以來二十余年間,雖然在眾多問題上存在分歧,但雙方的合作仍算順利(美國還一直在用俄羅斯的大推力火箭發(fā)動機,詳見文章連美國都在用的俄羅斯火箭發(fā)動機究竟牛在哪兒?)。在SpaceX和波音的載人飛行項目成功前,美國仍舊只能依靠向俄羅斯“買票”進入太空(詳情見本號原創(chuàng)SpaceX與Boeing載人航天首發(fā)PK結果或年底揭曉)。航天探索風險和投資實在太大,美國確實需要與其實力相當的盟友共同承擔風險。

  但是俄羅斯雖然航天實力強勁,但在本國經濟條件不濟的情況下究竟能給予美國多少資金和技術上的幫助,這仍舊是個未知數。不過可以預計的是,俄羅斯在月球空間站項目上的占比不會比國際空間站大。

  其次,月球空間站仍舊可能會是多國參與的合作項目

  深空探測作為人類探索的共同愿景,是對人類具有重大意義的太空項目。除了俄羅斯,歐盟、日本和加拿大太空機構也對“深空之門”表現出興趣,并且開始與美國就相關合作進行磋商。而美國為了技術、經濟和政治平衡上的考慮也會像國際空間站一樣吸收更多的合作伙伴。

  隨著時間的推進,一旦該空間站的相關協(xié)議達成并付諸實施,將又是一項多國參與的超大規(guī)模太空合作項目。

  最后,就是美國的私營公司將作出貢獻

  Elon Musk一直將火星殖民定義為SpaceX公司的終極愿景,這與NASA “Journey to Mars”的目標不謀而合。因此,美國也將盡最大努力支持國內私營航天公司對深空探索的技術研發(fā)(關于Elon Musk的火星情結可見文章你不知道的SpaceX崛起史)。

  據悉,美國已資助包括波音在內的6家美國公司來研究“深空門戶”太空港和深空運輸所需要的居住艙,其中5家公司預計于2018年完成相關系統(tǒng)原型的研制。

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   總結

  通過對美俄等航天大國未來的太空探索戰(zhàn)略可以看出,即便在國際空間站退役之后,中國的空間站其實也并非一家獨大。美俄歐日等航天大國未來對近地軌道的空間站需求不斷減少,甚至有利用近地軌道資源的商業(yè)化開發(fā),用“以近養(yǎng)遠”的方式為深空探索提供更多資金,以推進其項目進程的趨勢。這一轉變也是需要我國航天戰(zhàn)略制定者所深思的方面。

  當然我國在自主研發(fā),不借助外力的情況下能夠實現空間站建設,這一成就也是值得肯定的。根據規(guī)劃,我國將在2022年前后完成空間站建造,這也正好填補了該時期因為國際空間站退役造成的空缺;同期我國的登月計劃也在進行中,也將與歐美的“深空之門”和“火星之旅”項目形成互補,這些對全球航天事業(yè)的發(fā)展都具有重大意義。