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中国空间站未来是否真的能一家独大?——后国际空间站时代世界航天大国的空间策略

2019-01-12 来源:北京太阳谷咨询有限公司 发布:高端装备产业研究中心

  导言:国际空间站(ISS)是在国际合作的基础上建造迄今为止最大的载人空间站。从1998年“国际空间站”项目启动,经历了20多年的时间才全部建成,而根据设计寿命,预计将会在2024年退役,即使进行延寿改造也最多服役到2028年。届时中国建成的天宫空间站将成为世界上唯一的空间站。一旦未来中国空间站全面建造成功,美国和俄罗斯想要进行太空科研,必须向中国提出申请。可是一贯强大的美俄真的会接受这种仰人鼻息的局面,让我国的空间站独尊太空吗?

  美国:对空间站定位的不断变化

  国际空间站始建于1998年,是以美国和俄罗斯为主,日本、加拿大、欧洲航天局成员国和巴西等总共16个国家联合参与的国际合作项目,总投资超过1000亿美元。虽是16个国家共同合作,但财务方面,美国作为领头者拥有决策权,但同时也要为此付出金钱代价,承担80%的费用,也就是800亿美元的巨额投资。

  

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   国际空间站国际合作图谱,主要模块几乎全由美国提供

  通过分析,从上世纪八十年代里根政府到上届奥巴马政府的太空战略,可以看出美国政府对国际空间站建设热情是不断减少的。

  冷战末期的里根政府在看到苏联举国体制下获得的航天成就也萌发了不理智的太空之梦,希望能够在10年内花费80亿美元建造永久性的载人空间站。到老布什政府时期,空间站被设定为重返月球及登录火星的“跳板”。不过面对重返月球所需的几千亿美元预算,随后的美国政府很快就调整策略,踏踏实实的只把国际空间站作为空间研究基地,也就是在这一时期,国际空间站的多国合作模式正式建立,建设也开始实施。

  可是即便拉来了十几个国家组团,美国在空间站建设上仍旧没有节省多少开支。而多国建设带来的是更多的方案和成本上的问题。例如因为俄罗斯的加入,国际空间站不得不选择一个不那么“经济”的轨道。俄罗斯的火箭是从哈萨克斯坦发射升空的,比发射航天飞机的佛罗里达的位置高,克林顿政府为迎合俄罗斯发射的火箭使得美国航天飞机到达空间站要更加耗能,其装载货物也减少很多。如果除去政治上的意义,这项投资最后细算下来简直亏大发了。美国政府也将国际空间站的功能地位边缘化,将其定义为有“义务”完成的航天项目。

  因此到了奥巴马执政时期,吸引私营资本加入以降低近地轨道投资成本成为美国政府解决航天预算紧张的新的发展途径,随之而来的就是SpaceX等私营航天公司的崛起。另外,奥巴马时期另外的重要航天政策变化是取消重返月球的星座计划,将目标放得更长远,直接“剑指火星”。这样,国际空间站原有的登月跳板功能彻底消失了。

  俄罗斯:继续利用退役空间站打造太空旅游项目

  面对国际空间站的退役在即,俄罗斯也有新的计划,就是打算在国际空间站退役后以其部分舱段为基础建造新的轨道空间站。

  为此计划,俄将在2019年年底前向国际空间站再发射3个新舱,完成现行国际空间站俄罗斯舱段的建设。在国际空间站停止运行后,俄航天部门将以这几个舱段为基础建造新的轨道空间站。拟建的新轨道空间站将由5个舱段组成,总重约60吨,是目前国际空间站总重的七分之一。建好后的新空间站将可容纳3名宇航员长期驻站。

  

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未来的国际空间站俄罗斯段构型,中间左右两段应为计划建设的NEM-2模块 

  除了继续在空间站上进行科学实验,开发价值不菲的太空旅游也是俄罗斯继续空间站项目的一大动力。据悉,俄罗斯拟推出的太空酒店模块,长达15.5米,重20吨,光建设就要花费300~500亿美元。按照一人入驻1~2周的费用4000万美元计算,加上发射成本,至少也要接待十几位乘客才能收回投资。为此,俄罗斯航天局拉来了本国的空间站承包商RKK Energia与其共同出资,项目成功运行后将酒店收入作为航天开发的一部分资金。

  通往火星的“门票”——航天大国的远景目标

  前面提到了随着美国取消重返月球计划,国际空间站原有的登月跳板功能随之消失。但是人类要前往更为遥远火星,仍旧需要在太空中建设中转和补给站。因此美国将新的空间站目标选在了月球轨道上。

  根据规划,首个月球轨道空间站被定名为“深空之门”(Deep Space Gateway),从这个名字就可以看出,该项目的目的是作为深度探索太阳系并将人类送上火星的中转站,也被国外媒体戏称为通往火星的“门票”。

  2017年9月,美国航空航天局(NASA)和俄罗斯联邦航天机构签署了一份联合声明:将合作建造“深空之门”。前期项目主要分为空间站建设和深空飞行探索两部分。美俄将从2018年到2026年左右研发并建造功能先进的“深空之门”空间站;NASA的SLS重型火箭发射系统和“猎户座”太空舱是深空飞行的主要设备(关于美国重型火箭发展可参考文章:国外运载火箭型号发展总览之一——美国),最晚在2030年完成月球轨道的火星模拟飞行。如一切顺利,可能会在2033年开始进行前往火星系统和火星表面的载人长途飞行,向地球人的火星殖民梦想又迈进一步。

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   NASA公布的月球空间站项目方案

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  具体项目安排(资料来源:russianspaceweb)

  根据以往三十年重大航天工程建设经验,“深空之门”这么一个如此宏大的工程最大的隐忧就是预算和工期。在目前项目预算未确定的情况下,美国也在不断摸索合适的合作方式。而以下三个问题将成为决定项目成败的重要因素:

  首先,就是美俄合作模式是否能够长远

  前面提到过在国际空间站的合作上,美俄“携手”以来二十余年间,虽然在众多问题上存在分歧,但双方的合作仍算顺利(美国还一直在用俄罗斯的大推力火箭发动机,详见文章连美国都在用的俄罗斯火箭发动机究竟牛在哪儿?)。在SpaceX和波音的载人飞行项目成功前,美国仍旧只能依靠向俄罗斯“买票”进入太空(详情见本号原创SpaceX与Boeing载人航天首发PK结果或年底揭晓)。航天探索风险和投资实在太大,美国确实需要与其实力相当的盟友共同承担风险。

  但是俄罗斯虽然航天实力强劲,但在本国经济条件不济的情况下究竟能给予美国多少资金和技术上的帮助,这仍旧是个未知数。不过可以预计的是,俄罗斯在月球空间站项目上的占比不会比国际空间站大。

  其次,月球空间站仍旧可能会是多国参与的合作项目

  深空探测作为人类探索的共同愿景,是对人类具有重大意义的太空项目。除了俄罗斯,欧盟、日本和加拿大太空机构也对“深空之门”表现出兴趣,并且开始与美国就相关合作进行磋商。而美国为了技术、经济和政治平衡上的考虑也会像国际空间站一样吸收更多的合作伙伴。

  随着时间的推进,一旦该空间站的相关协议达成并付诸实施,将又是一项多国参与的超大规模太空合作项目。

  最后,就是美国的私营公司将作出贡献

  Elon Musk一直将火星殖民定义为SpaceX公司的终极愿景,这与NASA “Journey to Mars”的目标不谋而合。因此,美国也将尽最大努力支持国内私营航天公司对深空探索的技术研发(关于Elon Musk的火星情结可见文章你不知道的SpaceX崛起史)。

  据悉,美国已资助包括波音在内的6家美国公司来研究“深空门户”太空港和深空运输所需要的居住舱,其中5家公司预计于2018年完成相关系统原型的研制。

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   总结

  通过对美俄等航天大国未来的太空探索战略可以看出,即便在国际空间站退役之后,中国的空间站其实也并非一家独大。美俄欧日等航天大国未来对近地轨道的空间站需求不断减少,甚至有利用近地轨道资源的商业化开发,用“以近养远”的方式为深空探索提供更多资金,以推进其项目进程的趋势。这一转变也是需要我国航天战略制定者所深思的方面。

  当然我国在自主研发,不借助外力的情况下能够实现空间站建设,这一成就也是值得肯定的。根据规划,我国将在2022年前后完成空间站建造,这也正好填补了该时期因为国际空间站退役造成的空缺;同期我国的登月计划也在进行中,也将与欧美的“深空之门”和“火星之旅”项目形成互补,这些对全球航天事业的发展都具有重大意义。