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    光明日报 2016年04月10日 星期日

    纵深报道

    国际空间站

    ——神秘太空中的栖息地

    作者:本报记者 韩显阳 《光明日报》( 2016年04月10日 08版)

        3月2日中午12时26分,在国际空间站(ISS)坚守340天的美国宇航员斯科特·凯利和俄罗斯宇航员米哈伊尔·科尔尼延科搭载俄“联盟TMA—18M”飞船在哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场降落,成功返回地球。披着神秘外衣的国际空间站随即进入了大家的视野,国际空间站有着什么样的发展历程,它对于太空探索有何重大意义,它的未来归宿在哪里,这些都吸引着世人的目光。

     

    A.最高冷的“空中小屋”

     

        喜欢科幻小说和影片的人或许大都熟悉这样的场景:极端条件下,无法继续在地球生存的人类历经磨难,终于在太空中建立永久性空间站,成功入驻。如今,借助于科技进步,这些已不仅仅是假想镜头。各国的科研人员正一步步走向那片遥远而静谧的空间。

     

        人类设立空间站的概念可追溯到19世纪中期,但这一概念真正变成现实却是一个世纪之后。空间站是一种在近地轨道长时间运行,可供多名宇航员生活、工作和巡访的载人航天器。同时,空间站提供地面实验设施所不能提供的低重力、宇宙空间环境等条件,主要被用于各种科学研究。迄今为止,全世界共建造了10个空间站。

     

        1971年,苏联成功发射“礼炮一号”,由此开创了人类首个空间站。然而不幸的是,3名宇航员在返回地球时,因阀门故障造成座舱失压,他们全部窒息死亡。此后,苏联陆续发射“礼炮”系列空间站,而美国也推出了“天空实验室”。这些都属于单舱式空间站,空间狭小,只有一个或两个对接口,使用寿命并不长。此后,苏联一直将空间站建设作为本国国策,而美国人却转向航天飞机的研制。1986年,苏联“和平”号空间站升空。这是第一座多舱式载人空间站,由工作舱、过渡舱和服务舱组成。苏联不断对“和平号”进行扩充完善。最大的时候长达35米,重70吨,当时媒体称之为“太空列车”“人造天宫”。这个接待过很多国家宇航员的著名宇宙空间站2001年退役。

     

        苏联在空间站方面的成就,让美国人很是着急。1983年,当“和平”号还在建造阶段时,时任美国总统里根就提出直接开发更高级别的空间站。不过,由于建造风险高且耗资巨大,他的宏愿当时未能完成。苏联解体后,在俄罗斯加盟的前提下,美国提议的ISS终于完成设计,逐渐实施。

     

        1998年11月,ISS的第一个部件“曙光号”功能货舱发射升空,随后陆续发射的模块逐渐对其进行扩充。作为目前唯一正在使用的空间站,ISS最终采取了第三代积木式和第四代桁架挂舱式的混合设计。现在的ISS结构异常复杂、规模十分庞大,由航天员居住舱、实验舱、服务舱以及对接过渡舱、桁架、太阳电池等组成。载人舱内大气压与地球表面相同。2000年11月2日,首批宇航员登上国际空间站。此后,这个“空中小屋”内保持至少3名乘员,最多时达到6人。ISS以美国、俄罗斯为首,有加拿大、日本、巴西等16个国家参与,是当今最大、最先进的国际航天项目。此次,斯科特·凯利和米哈伊尔·科尔尼延科在太空的居所就是这里。

     

    B.NASA上的“宅男”

     

        NASA此次找到了斯科特·凯利、马克·凯利这对异卵双胞胎宇航员,让他们天上、人间“天地各方”,分离一年,玩起了好玩的科学实验。这是人类首次完成此类双胞胎对比实验。科研人员研究两人的血液、尿液、唾液以及其他样本数据,据此更好地了解人类身体长期在太空中飞行的变化,以及失重对人体骨骼、肌肉、神经和心血管系统的影响等。

     

        为此,肩负着重要任务的斯科特其实挺忙。在340天里,他和同伴进行了超过400项试验任务,包括抽血、尿样采集、唾液样本收集、写日志、照料植物、眼部扫描、超声波扫描、使用太空杯,运转SPHERES机器人卫星、协助配置部署立方体卫星、测量辐射、穿上俄制CHIBIS负压裤参与体液转移的研究、记录睡眠情况以及其他多项任务。

     

        空闲之余,“足不出户”的斯科特把自己塑造成在世界最高海拔处刷推特、晒日常的“宅男”。有人曾留意过他们兄弟两人发送推文的习惯。马克基本每日一条推文,而斯科特从开通推特账号那一刻起就堪称快手。2009年8月22日,当时在日本接受训练的斯科特开通了推特账号,仅一周时间内就发了近40条推文。进入2014年,当斯科特开始为一年期任务做准备时,分享训练生活成为他的日常爱好。斯科特进入ISS后的第一件事,就是回复美国第一夫人米切尔·奥巴马的推特,同时向广大群众报平安。

     

        返回地球后的斯科特曾对媒体透露,在太空时,除了家人和朋友外,他特别怀念的三种东西是:脚下绿草、微风和西兰花。在太空,他喜欢用拍照、发推特排遣对地球的思念。他最爱拍摄地景,其中“地球艺术”系列摄影发掘了地球上每一处瑰丽的色彩。有趣的是,斯科特也常常自拍,寻找最帅的角度展示。据美国媒体透露,任务结束之后,斯科特已经在推特、脸书等社交媒体上拥有百万粉丝。《华盛顿邮报》更是直接称,尽管很难量化今年52岁的斯科特对太空项目未来的影响,但值得一提的是去年12月NASA招聘8至14名宇航员的广告发出后,应聘者居然多达18300人。

     

        在新闻发布会上,NASA的人类研究计划项目副经理约翰·查尔斯表示:“已经开始进入数据分析阶段。”据报道,实验数据将有助于科研人员分析人类造访遥远行星或火星的可能性。这些研究数据将处于保密状态,多年以后才能公开。比较有趣的是,由于“时间膨胀”的影响,在太空飞行一年的斯科特已经比马克年轻了一丁点。在空间站停留6个月,宇航员会比地球表面的人年轻0.007秒。同时,由于在太空失重状态下脊柱拉长,返回后的斯科特身体上出现的一个显著、暂时的变化是长高了大约5厘米。

     

    C.生菜、鲜花和太空垃圾

     

        “空中小屋”就是一个大号实验室,那里现在可不仅仅只有各种仪器、设备,蔬菜和鲜花已经入住。去年7月8日,一批“蔬菜盒子”被送入空间站。每个盒子大约7公斤,可折叠、拉伸。不久,斯科特将红生菜种子撒在垫层上,静待生根发芽。垫层由土壤和化肥组成,其底部配置了特殊灌溉系统,以解决太空中不能给蔬菜浇水的问题。为促进蔬菜成长,盒子还安装有特殊的LED灯。在斯科特“激活”种子33天后,ISS上的宇航员们品尝到了果实。

     

        今年1月中旬,斯科特发送推特,通告大家他们成功培育出了百日菊。据NASA肯尼迪航天中心负责研究太空种植蔬菜的科学家称:“在太空里种花要比种蔬菜困难得多,因为花卉对于光照和其他的环境条件要求更加苛刻。该项目将对在太空中种植食物的研究具有重要意义。”在种植百日菊成功后,ISS还计划种植另一种生菜,并于2018年种植矮番茄。

     

        蔬菜、鲜花点缀了宇航员的生活。然而,由于“太空垃圾”的存在,ISS也处于危机之中。在绕地球轨道中飞行着数量惊人的“人造太空垃圾”,其中包括退役的航天器、火箭、推进器及其碎片等。在地球轨道上,个头儿大于10厘米的碎片有2.1万块,小于10厘米的碎片数量超过10万,而小于1厘米的碎片则以百万计。在一般人印象中,太空中飞行的小小碎片不会危及空间站等体积庞大航天器的安全。然而一个在太空中以每秒8至10公里速度飞行的碎片,尽管其大小与鸡蛋相似,但产生的能量与一辆以时速50公里行驶的重型卡车不相上下。

     

    D.何处是归宿

     

        作为国际太空合作标志的ISS,计划使用寿命为10至15年。2020年后,ISS将结束使命,脱离轨道,直接坠入大海。从目前来看,尽管各怀心思,美、俄都在设法让ISS延期使用。

     

        ISS一直是美、俄重要的合作领域。苏联解体以后,俄罗斯科研经费捉襟见肘,一度使空间站建设陷入困境。为防止俄一流的技术和人员流落他国,美“帮助”俄罗斯聚合这些技术和人才。在美苏太空争霸中,美国的航天工程仅保留了航天飞机项目。要继续太空探索,美迫切需要俄合作。就是在此政治背景下,美、俄这才走到了一起。近年来,随着美、俄交恶,两国在这一重要领域的合作面临前所未有的挑战。

     

        2014年5月13日,俄罗斯针对美国制裁宣布的“反制措施”中就涉及国际空间站。面对俄罗斯的强硬,美国苦不堪言。奥巴马政府上台以后,全面收缩和改变太空探索领域的预算和计划。最关键的是,美国目前仍依赖俄“联盟”号飞船向ISS运送宇航员,每张“船票”高达6000多万美元。美国自行建造的6架航天飞机中,“挑战者”号、“哥伦比亚”号爆炸解体,“发现”号、“阿特兰蒂斯”号和“奋进”号早在2011年全部退役,而寄予厚望的商业宇宙飞船预计2017年前无法投入使用。正是基于上述原因,NASA试图淡化俄方强硬态度的影响,表示太空合作是美俄关系的标志。时任美国国务院发言人普萨基也回应说,美俄在航天项目方面有着长期合作,美方希望这种合作会继续下去。

     

        为不受制于人,美国也积极努力大力支持私营企业提升向近地轨道运送物资的能力,并选择了波音公司和太空探索技术公司Space X两家私企进行合作。其中,Space X与NASA签署了价值16亿美元的合同,将向空间站发射货运飞船12次。该公司的“龙”飞船已数次飞往国际空间站,执行货物运输任务。

     

        美国白宫今年2月向国会提交的2017财年国防预算请求,显示美国准备在太空领域加大投资力度。2月2日,国防部长卡特表示,太空领域的预算将在上一财年增加50亿美元的基础上再大幅增加。

     

        “空中小屋”发生了那么多故事,独缺中国宇航员的身影和贡献。其实,中国一直都在做这方面的努力。时任科技部部长的朱丽兰2000年年底表示,中国将在“十五”计划中增加国际科技合作项目,目标之一就是参加ISS计划。2007年10月,时任科技部副部长的李学勇也表态,中国期望与美国开展在航天领域的合作,成为ISS计划第17位合作伙伴。但出于种种考虑,美国政府没有允许中国加入。

     

        无法参与到ISS合作,中国更有理由、意志自力更生。2010年10月27日,中国宣布正式启动实施载人空间站工程。根据规划,工程分为两个阶段:2016年前将研制并发射空间实验室;2020年前后研制发射核心舱和实验舱,在轨组装成载人空间站,并开展较大规模的空间应用。2011年9月29日中国成功发射了首个小型试验性空间站“天宫一号”,成为继苏联(俄罗斯)、美国后第3个能够独立发射空间站的国家。“天宫一号”与2011至2013年陆续发射的“神舟八号”“神舟九号”“神舟十号”飞船对接,建立了第一个中国空间实验室。

     

        2016年,中国将发射“神舟十一号”载人飞船和“天宫二号”空间实验室。届时,“长征五号”和“长征七号”运载火箭也将进行首飞。浩瀚太空当中,将不可阻挡地出现更多中国人身影。

     

        (本报驻华盛顿记者 韩显阳 本文图片来源:NASA)

     

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