未来的太空探索将是什么样子?

The Soyuz MS-08 spacecraft for the next International Space Station (ISS) crew, consisting of astronauts Drew Feustel and Ricky Arnold of the U.S and crewmate Oleg Artemyev of Russia, is lifted on the launchpad ahead of its upcoming launch, at the Baikonur Cosmodrome, Kazakhstan March 19, 2018. REUTERS/Shamil Zhumatov - RC15D1B68F60
Russia has proposed to extend the life of the International Space Station to 2028.Image: REUTERS/Shamil Zhumatov
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国际空间站(ISS)的组装工作始于1998年,并于2011年完成,参与的五方合作伙伴包括:加拿大、欧洲、日本、俄罗斯和美国。

该空间站最初计划仅运行至2020年,但美国于2014年决定将其使用寿命延长至2024年。此后俄罗斯提议将国际空间站的使用寿命进一步延长至2028年,而美国航天局(NASA)似乎已准备好接受这一新的延期方案。

然而,2017年美国的太空政策发生了重大变化,白宫一个高级别机构得以恢复,国家航天委员会(NSpC),由副总统担任主席。白宫的新优先事项是在2020年代重返月球,作为2030年代迈向火星的一步。

为了为这一新战略筹集资金,国家航天委员会倾向于让国际空间站在2025年退役。与国会达成的一项妥协很可能促成决定:2025年后对国际空间站实施有序过渡,将其从当前配置转变为公私合营伙伴关系(PPP)模式,全部或部分重用现有组件。

在这一过渡过程结束时,可能会出现一个或多个公私合营空间站,在近地轨道(LEO)上或多或少以商业方式运营。这一方案还意味着,目前拥有并运营国际空间站的航天机构将成为购买私营空间站公私合营服务的客户。

如果这一方案在经济上不可行,国际空间站最终可能被退役。其结构将以可控方式进入地球大气层,使其在大片海洋上空燃烧殆尽。无论如何,国际空间站都将留下深远的遗产,惠及科学研究与国际合作。

2018年初,正在进行的任务是第54期考察任务,这也是永久驻留国际空间站的六名宇航员的第54次轮换。美国航天局有一份庞大的实验清单,这些实验将受益于国际空间站寿命的延长,再持续数年。例如,阿尔法磁谱仪(美国航天局的粒子物理探测器)正在一种在地球上无法实现的环境中研究暗物质。

国际空间站之后会怎样?

在2016年10月举办的为期两天的国际个人与商业航天研讨会上,国际空间站的退役是主要议题之一。时任美国航天局局长查尔斯·博尔登宣布,私营企业很快将有机会与国际空间站对接舱段,这印证了一种预期:未来将转向由私人出资的国际空间站载人任务与行动,并可能在国际空间站退役后发展商业空间站。

事实上,私营主体参与太空活动的基础已相当成熟。美国太空技术公司毕格罗航空航天(Bigelow Aerospace)已经研制出居住舱,即可扩展式居住舱(毕格罗可扩展活动模块,简称BEAM),能够提供辐射和热防护,并作为宇航员在太空中开展工作的设施。

Image: 毕格罗航空航天

首次发射于2016年4月,由SpaceX的“龙”飞船CRS-8执行前往国际空间站的补给任务,这代表了私营主体朝着在太空中建立替代“空间站”迈出的第一步。

其他私营企业,如Orbital Sciences、洛克希德·马丁和内华达山脉公司,均在研发将用于未来任务的新技术,而Axiom Space正致力于在2020年前建成全球首个私营、国际化、商业空间站——即Axiom国际商业空间站。

商业空间站的支持者指出,这将显著降低国家航天机构的成本。航天机构更倾向于能够以相对可承受的价格租用一个可扩展的轨道居住舱——例如,每次为期一至两个月的访问约需100万美元。国际空间站的研发成本已超过1000亿美元,而BEAM的建造成本为1780万美元。

此类成本降低可能提高航天探索对经验和财力相对欠缺国家的可及性。私营空间站不仅可以作为科学研究的基地,还可以成为前往月球或火星人员的枢纽,或支持小行星采矿公司等新兴太空主体的活动。由于成本降低的益处,用于空间站合作的公私合营伙伴关系也很可能获得更多关注。

此类构想与美国联邦政府于2017年确立的新太空政策框架高度契合。

但各国也在为国际空间站之后的时代做准备。例如,俄罗斯显然正考虑建造自有空间站,并可能在2024年后让其国际空间站舱段脱离,以建设一座新的俄罗斯载人空间站——即俄罗斯轨道站(ROS)。俄罗斯联邦航天局认为,建立一座自主空间站是实现其在太空中雄心(包括建立月球基地)的必要前提。

此外,中国正计划建造自己的永久性空间站——天宫空间站。2016年10月,中国航天机构成功发射两名太空人(即中国宇航员的称谓)进入实验性太空实验室(天宫二号)。这些进展是中国实现在2022年前建成空间站这一计划的关键步骤。由于美国拒绝,中国未能参与国际空间站合作。目前,中国的太空站计划在各国中属于最全面的之一,若天宫空间站成功建成,中国可能挑战美国的主导地位。

在国际空间站之后的时期,外层空间研究活动可能出现碎片化,这将意味着一个国际联盟的瓦解,而该联盟曾促成了来自相互竞争的地缘政治大国(中国除外)的工程师和科学家之间前所未有的合作。国际空间站或许代表了冷战后合作的巅峰,并促成了工作方法与不同规范的共享与优化。在当前关系紧张的时期,美国与俄罗斯可能即将结束一个重要的合作阶段,这令人担忧。

尽管如此,俄罗斯已表示愿意将国际空间站的使用寿命延长至2024年之后,或可能成为美国航天局一项后续计划的合作伙伴,该计划名为深空门户(Deep Space Gateway)(一座位于地月空间的类国际空间站小型站点),这为外层空间研究的进一步发展带来希望。由来自美国、俄罗斯、日本、欧洲和加拿大的国际空间站同僚组成的国际航天器工作组(ISCWG)负责梳理构想和技术细节,以推动一项新的深空探索计划的发射,该计划预计在2020年代实施。

欧洲航天局(ESA)表示有兴趣扩大国际合作,无论国际空间站的命运如何。欧空局设想建设一座月球基地,由来自全球的公共和私营机构组成的协作共同体构成(即“月球村”)。月球基地距离地球仅四天行程,将使科学家能够研究和测试各类技术,这些技术可能有助于推进前往更远目的地的探索,例如火星。

鉴于我们所熟知的国际空间站很可能在十年后不复存在,它所开启的合作有望延续,甚至吸引更多私营和国家层面的参与者。未来,私营主体很可能会日益填补国际空间站留下的空缺,而某些国家也将寻求建立自己的空间站。然而,仍有若干倡议似乎能够推动太空领域的国际合作,而这正是国际空间站的主要遗产之一,或许也是其最大的成就。

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