投资近千亿的“国际空间站”真实价值是多少

伤我心太深

最近世界各国发射失误增多。出于谨慎，不仅“天宫一号”延期发射，而且俄罗斯本应发射去“国际空间站”的补充物资，也被迫推迟。一旦此行程取消，则“国际空间站”不得不考虑清空人员的选择。
“国际空间站”（ISS）于1980年代谋划，本世纪成型，是有史以来最受瞩目的空间站。包括美、俄、欧、日、加等各方都高度寄望其新技术探索和科学实验的功用。
我国的空间站发展之路是独立的，也会从“国际空间站”取得宝贵的借鉴。就这一人类最先进的空间站面临的难题，记者采访了航天专家庞之浩。
第一个永久空间站能支撑下去吗
“养”一个空间站每年约需10亿美元
“‘国际空间站’建成后，运行管理不容易。”庞之浩说，“因为每个航天员每年需由地面送去658千克食品、209千克服装(站上有冰箱，但没洗衣机)和其他个人用品，空间站所需备件和科学试验用品的量就更大了。”
而当今运送1千克物品到空间站的费用为2.2万美元。由此可见，“养”一个空间站耗资惊人，据估计每年需10亿美元，若在轨工作10年则为100亿美元。
投资惊人的“国际空间站”不可能被放弃
庞之浩认为，“国际空间站”现在还面临一个大问题，那就是日益老化。因为该空间站1998年就开始发射第1个舱，原定2003年建成，但由于多种原因，2011年才建成，所以在轨运行的很多部件已到了寿命，需要更换。
但庞之浩仍然相信，“国际空间站”是花了近1000亿美元和10多年时间刚刚建成的，不可能放弃。“美国已与俄罗斯签订了未来几年用‘联盟’系列飞船送美国航天员到‘国际空间站’的巨额合同，当务之急是尽快按计划发射‘联盟’载人飞船，提高‘国际空间站’的利用率和使用寿命。”
另外，国际空间站运行截至时间已由2015年延长到2020年，各成员国均同意将“国际空间站”在科学、工程、教育等方面潜力的全面开发提高到最高优先级，并同意加强微重力实验室的利用以驱动尖端科学和技术。
如何提高空间站的效率
约50%的“国际空间站”资源用于科学实验
目前，“国际空间站”的空间应用项目主要包括医学与生物学研究、生物工程、空间技术、材料科学、教育活动、地球物理学及对地观测等7个方面的科技研究性应用。
“其实，在该空间站建造过程中已开展过多项实验和研究。”庞之浩说，“比如，豌豆种植实验、养蚯蚓实验、人类对太空旅行的延时反应实验，飞碟的物理实验、呼吸实验、航天技术与材料学研究、地球物理学研究、生物医学研究、地球自然资源研究与生态监控、太空生物技术研究。”
至今，“国际空间站”的约50%资源用于科学实验，目前站上有30—40个实验，其中大多数为生物学实验，包括药品研究和疾病治疗。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，如正在研究的卫星和航天器制导、导航与控制系统，修复轨道航天器的先进机器人，以及更有效的水过滤系统。
成员国正努力拓展“国际空间站”的应用
庞之浩介绍说，由于“国际空间站”利用率还不高，所以其成员国现在共同努力拓展其应用，以便使科研人员拥有更多机会进行站上微重力实验。
今年7月，“国际空间站”多边协调委员会举行会议，就该空间站的新利用展开讨论。将在空间站上开发和验证支持未来小行星任务、火星任务或是月球基地开发任务的技术。
空间站还能做些什么
“国际空间站”的应用将越来越多
庞之浩认为，“国际空间站”作为一个国际实验室的应用将越来越多。他举例说，“国际空间站”上的“阿尔法”磁谱仪-2已观测到2亿多的银河宇宙射线，今后将发挥更大的作用。加拿大为空间站开发的机器人技术已经应用于外科医生的技术改进方面，以后将测试美国机器人航天员-2。空间站合作伙伴正在努力分享来自安装在轨道上的遥感仪器发来的数据，不断地将这些数据应用于故障预警。美国在空间站上正在研究日常饮食和骨质疏松的关系，俄罗斯正在研究太空环境对心血管系统、呼吸系统以及骨骼的影响，等等。
美国努力使其成为本国国家实验室
美国已增加对“国际空间站”的预算，以便将其变为美国的国家实验室，更充分地利用这一独特的科学、技术、教育平台，开展生物、医学、材料、燃烧特性等实验。美国还将借助私营企业的商用飞船将航天员送入“国际空间站”。因此，“国际空间站”不仅在今后将发挥更大的作用，还将采用新的运营模式。
“现在，关键是如何保障‘国际空间站’的天地往返运输。如果美国新一代载人飞船投入使用，有可能把‘国际空间站’长期考察组人数由6人增加到7人，以提高空间站利用率。”庞之浩说。
太空实验室价值几何
多项太空实验使成员国收获颇丰
“国际空间站”的最重要功能之一就是太空实验。庞之浩介绍说，事实上，美国和苏联/俄罗斯都曾在这一方面收获颇丰。
在美国“天空实验室（Skylab）”空间站载人飞行期间，航天员用58种仪器进行了天文、地理和医学等270多项科学研究，用太阳望远镜观测太阳，拍摄了18万张太阳活动的照片；用6种遥感仪器对地球进行观测，勘探地球资源，侦察军事目标，并拍摄了4万多张地面照片；用7种仪器研究了太阳系和银河系的情况，录制了30多千米长的录相磁带；用自行车功量计和下身负压装置等医疗器械研究了长期失重对人体生理的影响，做了16项生物医学试验；还进行了失重下的材料加工试验。
此外，在空间还进行了锑化铟圆柱体熔化凝固试验，它可生成非常均匀的晶体。在空间生长的硒化锗晶体，其尺寸超过地球上生成的晶体10倍。
证明了人在空间的重要作用
美国科学家认为，“天空实验室”最重要的贡献是：证明了人在空间的重要作用，特别是人具有完成本来没有安排的空间维修任务的能力。
而在苏联/俄罗斯的和平号上，共进行了1.65万次科学实验，其中完成了23项国际科学考察计划，从而获得了大量数据和知识及具有重大实用价值的成果，为人类进一步认识宇宙和远征火星提供了重要的信息和数据。
另外，仅在研制和平号的过程中，就发明了600多项有价值的新工艺，这些新工艺后来被广泛用于各个经济领域。
海湾战争期间，和平号空间站内的2名航天员利用350—400千米的高度拍摄了伊拉克侵占科威特地区的照片，同时拍摄了多国部队的照片，照片上能清楚地分辨出机场、跑道和建筑物并监视飞机起降情况。这些信息对苏联当时制定国际战略方针具有重要作用。
和平号航天员曾用仪器测到了日地现象及其相互作用、宇宙射线、地球电离层和磁层的变化等，从而预测了地震和火山爆发的时间和地点。利用和平号获取的遥感数据，苏联建立了1个包括国家矿藏资源、农田季节性变化、全球海洋生物变化等的数据库，仅在1986—1989年间就创收1000万卢布以上。
通过和平号拍摄的各种恒星和行星的图片，为天文学和高能天体物理的研究做出了重要贡献。它还获得了长期、连续的超新辐射的光谱数据，为探索天体的演化过程提供了重要信息。
航天员在和平号生产了直径5厘米的砷化镓晶体，培养的蛋白晶体纯度比地面制取的高10倍。站上的一种电泳仪器，生产出比地球上高100倍的干扰素及抗流感制剂，还生产出一些酶、激素、抗生素等医药制品等。

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桁架式和积木式架构各有利弊
由16个联合研制的“国际空间站”是第4代空间站，它最终集积木式和桁架挂舱式构型于一体，是个“混血儿”。桁架挂舱式空间站的优点是：灵活性更强，可根据实际需要组成各种不同的形状；安装在桁架上的各个舱段、设备、太阳电池翼的拆卸、修理和更换都很方便；采用集中式供电和使用统一的控制系统，可大大提高空间站的工作效率；其结构不像舱段式那样紧凑，有效载荷安装和使用都很方便，桁架间的宽阔空间使多种观测仪器的安装和太阳电池板的增设变得容易得多。其主要不足是规模大费用高、技术复杂，尤其是需要航天员多次出舱完成组装工作，因此有一定风险。
苏联/俄罗斯的和平号是第3代空间站，采用积木式构型。其优点是：扩展灵活，它像一个多居室住宅，有单独的卧室和实验室等，因而既舒适，工作效率又高。俄罗斯航天员在和平号上创造的438天连续载人航天世界纪录一直保持至今。和平号的主要不足，是各舱段都需装有姿控、电源系统，而且各舱段之间结构过于紧凑，因而相互间有一定影响，特别是太阳能电池板很难安排，易被遮掩。
国际合作带来哪些难题
相对中国独立的空间站发展计划，“国际空间站”是各国协同的产物，由之也带来了相应的配合难题。
庞之浩介绍说，由于“国际空间站”规模空前，故整个空间站很难在地面进行联测，而且在空间站在轨组装工作开始时，有些部件还在制造，所以只能在轨边装配边试验。“尤其是这些软硬件来自16个国家的数百家厂商，很容易相互影响。为此制定了一套专用验证计划，以保证质量和匹配。”
航天员舱外活动量大也是一个难点。为了安装空间站的大量部件，接通管道和电缆等，航天员出舱近千个小时。另外，出舱接通来自不同国际合作伙伴的管道和电缆也非易事。上天前航天员要在水槽中多次进行舱外活动的地面模拟练习。
相互牵扯是“国际空间站”建造过程中最令人头疼的事，因为只要一个主要部件不能按时发射，就会影响整个计划进度。例如，由于俄罗斯星辰号服务舱未能按期交付，“国际空间站”计划已因此推迟了1年多；2003年美国哥伦比亚号航天飞机失事后，“国际空间站”工程又停工2年多。
(科技日报)