社交账号登录

社交账号登录

0/34

上传头像

拖拽或者缩放虚线框,生成自己满意的头像

头像

预览

忘记密码

设置新密码

国际空间站升空 20 年,它曾是全球协作的象征 | 好奇心商业史

商业

国际空间站升空 20 年,它曾是全球协作的象征 | 好奇心商业史

谢金萍2018-11-20 07:05:23

“为共同科学目标而协作的一个机会,基本上超脱于政治而存在。”

北京时间 20 日 22 点 50 分,在距离地球 400 公里高的太空中,美国人 Serena Auñón-Chancellor、俄罗斯人 Sergey Prokopyev 以及德国人 Alexander Gerst 将开启直播,纪念国际空间站(International Space Station)升空 20 周年。

5 个月以前,他们乘坐了俄罗斯的联盟 MS-09 航天飞船抵达国际空间站(ISS),在太空执行半年任务后,将于 12 月 20 日返回地球。

今天他们将在 YouTube、Twitter 等社交平台上跟地球连线直播,回答网友们的问题。尽管网络存在延迟,人们依然可以收到来自国际空间站的讯息,也能在直播里,每隔 45 分钟从宇宙中看到一次日出或日落。

从国际空间站拍摄的日出(图片来源/NASA

20 年来,国际空间站以每小时约 2.8 万公里的速度绕着地球运转。截止北京时间 20 日 0 点,它已经运转了 7304 天 09 小时 40 分 01 秒。来自 15 个国家的宇航员、科学家按批次、每次上限 6 人在国际空间站中工作、检查试验、吃饭、睡觉、运动、偶尔在社交平台上做直播。

过去两天,空间站上的宇航员们分别接收到了地球送上太空的两次物资、设备以及食物补给—— 分别来自俄罗斯的“进步 71”无人货运飞船和美国天鹅座货运飞船。

前一天的美东时间凌晨 5:28 分,空间站外部由加拿大研发的机器手臂抓住了发射上来的货运航天飞船,拿到了国际空间站 20 年间的最新一批物资。

俄罗斯的“进步 71”无人货运飞船
美国天鹅座货运飞船

运送上来的物资中包含了国际空间站 20 周年纪念日的礼物——一台混合回收和 3D 打印机,它可以回收任何塑料、融化再重新打印新的工具。

很快,一个非人伙伴就会加入他们的工作。欧洲空中客车公司和 IBM 公司为德国太空中心研发的 CIMON 人工智能机器人上周被激活进行测试。这个会在屏幕上显示表情的球形机器人一直浮在空中,它可以接收命令、理解、说话、飞行——一切就像科幻电影那样

CIMON 和 宇航员 Alexander Gerst (图片来源/ theengineer

另一个庆祝国际空间站纪念日的方式在地球,11 月 18 -19 日,俄罗斯在莫斯科举行了为期 2 天的纪念活动。原本参与组建国际空间站的 15 国宇航局局长将出席并探讨接下来的太空探索合作,国际空间站运转多年后,将计划于 2025 年退役,返回地球。不过 NASA 的局长 Jim Bridenstine 并没有出席,而只是派了代表,目前未说明具体未出席的原因。但下一代空间站可能不会让俄罗斯参加,这是 NASA 明确说过的。

考虑到这几年的美俄关系,这不是特别让人意外的一个决定。但当初推动国际空间站成真的那批人,可能未曾想到这样的结局。

国际空间站最早起源于冷战冲突,但又因冷战结束后全球协作的愿景而诞生,随后其他 14 个国家也加入组建国际空间站,到太空去探索更广阔的资源。

但这个愿景已经被冲突所取代。英国脱欧、美俄乌克兰冲突、“通俄门”调查、贸易战……国际空间站运转了 20 年,但当初它离开的那个世界已经发生了翻天覆地的变化。

把 460 吨的东西运上太空,并不是一件容易的事

空间站是目前人们在离开地球后的唯一栖息地,它以每小时 2.8 万公里的速度,在位于赤道以北 51.6 度和赤道以南 51.6 度之间,周期性地绕地球转。运转的速度使它能在地球约 400 公里高的上空一直做自由落体运动,而不会“往下掉”。和月球围绕着地球运行一样,国际空间站被设置为自转和公转周期为一个月,这样做的目的是让它的观景舱可以一直指向地面,从而对地球进行研究。

国际空间站运行轨迹(图片来源/quora

空间站相当于把人类在地球上的实验室搬到外太空,在那里进行科学、生物、技术等研究。国际空间站则是人类历史上发射、组建的第 10 个空间站。它很大——桁架长度 108 米、舱体长度 73 米,内部空间和一架波音 747 相仿,总重量达 460 吨

体积、重量巨大的国际空间站并非一次性发射上空即可。往简单地说,整个过程就像拼乐高一样,参与国家发射了不同功能的组块,最后组成了国际太空站。由于每个组块功能不同,飞行舱设计、大小、体重、所携带的设备、物资各不相同。通过美国奋进号、发现号等太空梭 29 次和苏联进步号、质子号的 4 次运载,把国际空间站 17 个舱、10 个桁架、3 个外部装在平台以及 3 个维修系统送上太空,发射运载最大的重量为 19.3 吨。期间,还有大约 30 次的物资货运补给由苏联的进步号装载发送完成。

国际空间站大于一栋 6 个房间的房子,内部空间和一架波音 747 飞机相仿,整体重于 320 辆汽车。每天运转的历程相当于往返月球的距离。(图片来源/ NASA

20 年前的今天,国际空间站第一个组块——俄罗斯制造的曙光号功能货舱(Zarya)从哈萨克斯坦的拜科努尔发射场搭载在质子号重型运载火箭上发射升空。三级质子火箭将该模块发射到 220.4×339.6 公里的轨道上,在启动期间,模块的系统处于空闲模式以节省电源。

到达初始椭圆轨道并与质子的第三级分离后,一组预编程的命令自动激活模块的系统,并部署太阳能电池阵列和通信天线。曙光号功能货舱在俄罗斯 Kurs 对接导航系统下,与轨道上的服务模块远程自动进行了对接。几天的运行测试后,曙光号被命令在大约法定里程 240 里高度的轨道上环绕。

曙光号作为基础模块,为空间站后续的组件提供姿控、通信和电源。发射上空的一个月后——1998 年 12 月 6 日美国制造的团结号节点舱升空并与其连接。

曙光号(左)和团结号(右)

再次发射模块是在 2000 年7 月 2 日,星辰号服务舱发射,这个俄罗斯科罗勒夫火箭和空间联合体制造的服务舱,为空间站提供了人类可生存的环境和生命保障系统,是目前唯一的一个由俄罗斯出资和建造的空间站组件。有了星辰号服务舱,就意味着人类可以在国际空间站上活动。同年 11 月 2 日,美国宇航员 William Shepherd、俄罗斯宇航员 Yuri Gidzenko 和 Sergei Krikalev 3 人组成了“远征队 1 号”,承载航天飞行器登陆了国际空间站。

远征队 1 号(图片来源/wikipedia

国际空间站原计划在 2003 年组建完成,并开始为期 10-15 年的载人的运行期。但它的整体预算远超过 NASA 预估,组建的难度也比预期得难。2002 年巴西因无法按计划为国际空间站提供安装外部有效载荷的“特快”货盘,宣布退出项目。次年,由于技术原因,美国哥伦比亚号航天飞机失事,随后 NASA 停飞了所有的航天飞机。

美国航天飞机停飞的两年半时间里,国际空间站的配置发生了变化。飞往空间站的航天飞机数量减少,远征宇航员和物资运输完全依赖俄罗斯的联盟号航天器,一些模块和其他结构被取消或无法更换,受此影响科学研究活动也被压缩了。国际空间站的完成组建的时间一直延后,直至 2011 年。

国际空间站由进步-M45、联盟-TM23、进步-M-C01飞船、星辰号服务舱、曙光号工作舱,团结号连接舱、女神号实验舱等俄罗斯、美国、加拿大、日本和欧盟发射的 17 个舱组成(图片来源/airandspace

460 吨的国际空间站听起来很大,它常被比作有 6 个卧室大小的房子,但它一般最多只容纳 6 人(2009 年 NASA 一次任务执行中容纳过 13 人),每个常驻人员起居是在电话亭般大小的吊舱,那里是他们的睡眠舱和私人空间。

从 2000 年输送人开始,科学家在国际空间站上进行与地球环境不同的太空试验,比如生命科学研究方面,可通过多种参数来判断重力对航天员身体的影响,提高对人的大脑、神经和骨骼及肌肉等方面的研究。它也为人类提供一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会,从一个绝对距离优势观察地球上发生地震、海啸或火山喷发以及天体位置、分布、运动结构、物理状态、化学组成及其演变规律。

国际空间站中正在做科研的宇航员

作为科学研究和开发太空资源的平台,它集成了人类科学技术的成就,也是人类所创造的最昂贵的装置。自 1993 年计划建立国际空间站到 2011 年完成组建,已花费超过 1000 亿美元(未计算通货膨胀),美国作为主要出资方,每年为此投入 30 到 40 亿美元。

上太空至今仍然是技术进步的最前沿象征,因为实在太难了。 根据 NASA 统计,截至 2018 年 10 月,仅有来自 18 个国家的 222 人访问了国际空间站,其中美国的访客占了六成。

空间站为打赢冷战而生,但因冷战的结束而成真

仰望星空,探索漫漫宇宙,是人类迄今最为浪漫的目标之一。但最初走出地球、建立空间站、甚至抵达月球等一系列探索太空计划,诞生于两个超级大国之间的竞争。

1957 年苏联发射第一颗卫星,人类开始走向外太空,同时也拉开了冷战时期与美国之间的太空竞赛帷幕。在随后的送人上太空竞争中,美国在1969 年抢先登月,而苏联则转向建立空间站。1971 年 4 月 19 日,在发射超过六次联盟号飞船后——这个系列原本为登月而准备,苏联发射了人类史上第一个空间站,由克里姆·克里莫夫设计的礼炮 1 号实验室。

礼炮 1 号实验室 3D 示意图。当时由于技术局限,该空间站在地球轨道上运行 175 天后重返地球时。(图片来源/wiredcosmos

苏联发射空间站的 2 年后,美国不甘落后也发射了空间站 skylab——一个车间、一个太阳能观测站以及宇航员生存和科学实验所需的系统。

skylab 图。1973 年发射,但因为技术局限,skylab 丢失了其中一个太阳能板和流星体隔热板,减少了大部分电力,最后不得不让宇航员外出修复。(图片来源/soha

接下来几年里,苏联按编号先后发射了 6 个空间站,每一代空间站在技术上提升安全性和可靠性。从苏联的礼炮 6 号开始,空间站改进了对接口以及推进的轨道,直到 1986 年苏联的“和平号”空间站,已经形成了积木式搭建的多舱太空站——也即是今天国际空间站的组装模式。而 1975 年 7 月时,美苏两国在太空飞行中有过合作,但规模很小。

1976 年发射的礼炮 6 号,从一个对接口单舱升级为两个对接口,且发射的轨道从过去的 250 公里提至 350 公里的地球轨道,消耗的推进剂从 4 吨降到了 600 千克。(图片来源/spacefacts

Skylab 在太空中运行 6 年后,1979 年退役返回地球。而当时,苏联仍有数个空间站在太空中运转。那时候太空竞赛仍在继续,把空间站运送到太空上,实现的技术难度仅次于登月。里根 1980 年代担任美国总统后强调了太空探索的重要性,并于 1983 年提出“星球大战”(SDI)计划——在太空中建反弹道导弹系统。在这样的背景下,里根还提出了建造一个永久载人的地球轨道空间站,自由号空间站。

据 BBC 报道,自由号不只是一个轨道实验室,而是一个太空中转站。它不仅会配备实验室,提供设施齐全的医务室和娱乐设施,而且也计划增加一个机库,可以在里面修理卫星和宇宙飞船。

在这样的背景下,苏联加紧部署了新的空间站,1986 年发射了技术与性能更强的和平号。反而自由号迟迟未有进展。中间美国还经历了 1986 年航天飞机挑战者号发射爆炸,逐渐搁浅了整个航天、太空计划。1991 年时任总统老布什在面对花 1180 亿美元(当时币值)建可运行 30 年空间站时,更倾向把这笔钱用于重返月球计划。

和平号(图片来源/互动百科

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、自由号更没必要。

而刚成立的俄罗斯,一切都需要钱,航天局太空项目预算缩减。1989 年苏联时期太空预算为 69 亿卢布,是当时 GDP 的 1.5%,到 1993 年时伴随俄罗斯最负盛名的航天公司 Buran 结束营业,航天行业从业人员减少 10%,整体的太空计划的预算也降到整体 GDP 的 0.23%。到 1998 年俄罗斯经济危机时整体预算减少了 80%,航天行业从业人员仅约为 10 万人。

1991 年冷战虽然结束,但之后的发展并不确定,核战争风险从未真正消失。同年美国国会通过了 Nunn-Lugar 法案——由美国政治家、参议院军事委员会主席 Sam Nunn 和另一名参议会议员 Richard Lugar 提出的“合作降低威胁”为基础的法案,即在冷战期间苏美双方应该通过谈判达成裁军协定以降低核威胁。

Sam Nunn 和 Richard Lugar (图片来源/ wikipedia

那一年,美国开始对俄罗斯实施经济援助,并宣布与俄罗斯开始探索国防上的合作可能性。到了 1993 年,克林顿上任美国总统,他所领导的政府是“合作降低威胁”项目的直接支持者。

同时克林顿还认为空间站是美国在航天领域中保持领先的一种象征,不应该被放弃。在多重原因下,1993 年美国和俄罗斯太空官员接触讨论了空间站合作的可能性。后来包括其他 14 国共同合作声明中,都提到了出于和平的目的一起组建空间站。中国也曾想参与国际空间站,但由于美国方担忧而没有成功

昔日竞争对手突然携手合作,在当时也引起很大争议。担忧技术安全也担忧当时俄罗斯还能不能继续支持这样一个庞大太空项目。

1993 年 7、8 月,来自俄罗斯航天局三名谈判专家前往美国,探讨和平号空间站和自由空间站是否可能合并。双方谈判了将近两个月,并达成合作协议,而在这场谈判中,主要出钱的美国自然获得主导。根据协议,美国将在未来四年内向俄罗斯支付 4-6 亿美元,双方共同在自由号基础上重新设计,即变为国际空间站。在共同合作的空间站组建之前,美国宇航员也可以登陆、使用和平号空间站。同时,合作的协议也限制了俄罗斯效仿前苏联七年内发射八次空间站的计划,以免引起不必要的“竞争”。

国际空间站(图片来源/wikimidia

《纽约时报》表示,双方之所以能够达成协议,很多程度上也在于当时两个国家所面临的问题。当时俄罗斯一切都缺钱,美国政府想推进空间站计划又因预算问题被国会否决。克林顿政府后来也在报告中称,与俄罗斯合作建设空间站,成本将降低 2/3,且提出随着冷战结束,这种合作不可避免。

时至今日,对于建造空间站的观点存在分歧。一些人认为国际空间站的财政是无底洞——仅美国 NASA 每年约 190 亿美元的预算中,国际空间站的投入就占了很大一部分,2016 年 NASA 的一份报告称只在维护上就花了 27 亿美元——还未包括给空间站运送补给物资的商业货运飞船、美国宇航员搭乘俄罗斯联盟号飞船的“搭车费用”。

而支持者认为,国际空间站的组建会为研究生命科学、生物技术、航天医学、材料科学、流体物理、燃烧科学等提供优越的研究环境,在上面人类可以向着建造太空工厂、太空发电站、太空旅游、永久性居住区(太空城堡)、其他星球移民等目标前进。

自人类第一次登陆国际空间数十年来,15 国国家的科学家们在生物、空间、基础物理等方面都取得一定成就,包括人体在太空的脆弱性、国际空间站上生长的蛋白质晶体被用于开发用于诸如肌营养不良和癌症的疾病的新药物、用微生物发电、同时还能净化水宇宙射线和暗物质等。

科研人员还利用空间站试验太空探索系统和其他尚未完全掌握的技术,如卫星和航天器制导、导航与控制系统等。一些实验应用也用于实际,如加拿大为空间站开发的机器人技术改进了外科医生的技术,而美国研究了日常饮食和骨质疏松的关系、俄罗斯研究太空环境对心血管系统、呼吸系统以及骨骼的影响。这些都让国际空间站的价值难以估量。

那样的跨国合作现在变得都有点难以想象

20 年后,情况完全不同。

原本苏联解体后,俄罗斯形成与美欧相同政治体制、价值观的设想没能成真。普京已经四度连任,反对派能做的越来越少。

对世界大同的怀疑不仅存于曾经的共产主义世界。英国脱欧、特朗普当选让民主国家内部也开始自我怀疑,二元对立更是每天占据着美国媒体的封面和每个人的日常话题。

欧洲内部,各主要国家大选,保守派都得到了比以往更多的话语权。而面对美国的政策往复。法国和德国最近也提出建立一支欧洲军队,摆脱对北约依赖的计划。当然,北约本身也是特朗普诸多靶子之一。

至于贸易冲突,这个 2017 年根本不是主角的东西,今年一下变成了现实,而且似乎已经变得理所当然。

即便是曾经超脱于政治的国际空间站,也不可避免受到影响,直接由于美俄冲突。

2014 年乌克兰克里米亚危机,美国和欧盟发起对俄罗斯的经济制裁。那一年俄罗斯爆发金融危机,俄罗斯总统普京控诉西方国家一手策划了该国经济危机的爆发。当时美军一度以演习名义派兵进驻东欧波兰、立陶宛、拉脱维亚、爱沙尼亚四国。 

即便一般认为对俄友好的特朗普上台之后,美俄在东欧的对峙也没有缓和,甚至还更进一步。特朗普任命的国防部长吉姆·马蒂斯去年到访基辅时表示五角大楼考虑向乌克兰提供防御性武器。 

美国司法部对于 2016 年大选的“通俄门”调查还在进行中,目前的报告已经直接指向俄罗斯军事情报局(GRU)的参与。前不久结束的美国国会中期选举,外力干预同样是一个热门话题。

两国的关系变化都影响了国际空间站之间的合作和运转。2014 年的乌克兰冲突没能影响到国际空间站的合作,但敏感的关系在潜移默化中改变。今年 8 月底,俄罗斯分段的联盟 MS-09 航天器轨道舱内出现了一个 2 毫米的漏洞。9 月初俄罗斯最大的媒体之一 Kommersant 发文怀疑,该漏洞是美国的宇航员故意刺破。

一些支持发展空间站的美国人看来,国际空间站项目中美国十分被动。比如德克萨斯参议员、参议院有关空间站科学与竞争委员会主席 Ted Cruz,他认为美国应该从这个项目中退出,重新恢复美国在太空领域的领导能力,则要自己组建空间站。根据他提供的数据,NASA 在俄罗斯运送每位美国宇航员的价格上,2006-2018 年间从 2100 万美元涨至 8000 多万美元。

而特朗普政府也想要加快结束国际空间站项目,希望在 2025 年前结束联邦政府对太空站的直接财政资助。当下国际空间站中,每次宇航员乘坐太空发射系统预计花费大约 10 亿美元,随着美国宇航局研制火箭发射系统和太空舱,特朗普政府认为这笔钱不如花在把宇航员再次送往月球。

美国政府每年给 NASA 的预算没有减少,随着更多私营公司参与,其实可以做更多。但在它的一系列计划里,不管建空间站、去火星探索、重返月球,都不再是国际合作项目。2015 年,俄罗斯宇航局表示了国际空间站退役后,将与 NASA 再次合作组建空间站。NASA 随后发表了一份保密声明称,表示感谢意愿,但否认有合作计划。等到莫斯科举办国际空间站 20 周年纪念活动,NASA 局长已经不出席了。

不再提国际合作后,私营公司被提的更多。美国自 2012 年开始将货运补给承包给私人公司。马斯克的 Space X 是其中的主要承包公司,2012 年第一艘商业航天器 Space X 的“龙”飞船访问了国际空间站。至今,NASA 和 Space X、轨道科技公司 ATK 达成协议,承包了 NASA 运送货物补给的航班业务,直至 2025 年国际空间站退役。Space X 也将于明年 4 月开始运载美国宇航员到国际空间站,如果成功,美国将会把这一业务从俄罗斯处转到私营公司上。

Space X 的“龙”飞船与国际空间站(图片来源/NASA

不过不管谁参与进来,如果 NASA 不继续推进,国际空间站的命运可能将定格在 7 年后。和高轨道卫星不同,它失去动力就会坠毁。

1968 年的电影《2001 太空漫游》首次让一个美苏合作的国际空间站(Space Station V)出现在人们面前。这个形象在 30 年后颇让人意外的成为现实,出现在 69 部电影当中。

电影中美苏合作的国际空间站(图片水印为来源)

用退役美国宇航员 Mark Kelly 的话说,“它并不完美,也没有被设计成永不陨落,但国际空间站为人类和国家带来的东西是非凡的:为共同科学目标协作的一个机会,基本超脱于政治而存在,几乎完全脱离地球的影响。”


题图为国际空间站/来源:NASA 

长题图为运送第一个模块曙光号的质子火箭 /来源:wikipedia

喜欢这篇文章?去 App 商店搜 好奇心日报 ,每天看点不一样的。