航天科普:回望國際空間站二十年,耗費如此巨資是否值得?
來源:新浪科技
發布時間:2020-10-28
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國際空間站是否造福了人類社會?對這一問題,科學家們分成了兩派:一些人認為,空間站是一座團結的燈塔;但在另一些人看來,這不過就是一部動作電影的布景。

 

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 2013年12月,宇航員邁克·霍普金斯在國際空間站進行太空行走

 

  太空科學家們(men) 正準備慶祝一項非凡的航天成就。再過幾天,人類在外太空的持續存在就將迎來20周年的紀念日。二十年來,一撥又一撥的宇航員不間斷地在國際空間站工作,將這個(ge) 距離地球表麵400多千米的巨大航天器作為(wei) 自己的家。2000年11月2日,美國宇航員比爾·謝潑德(Bill Shepherd)、俄羅斯宇航員謝爾蓋·克裏卡廖夫(Sergei Krikalev)和尤裏·吉德津科(Yuri Gidzenko)首次登上國際空間站。此後,國際空間站上的宇航員團隊開始了穩定輪換,以確保空間站永遠不會(hui) 空著。

 

  共有240名男女在這個(ge) 重達420噸的空間站上工作過。國際空間站以每小時約27700多公裏的速度掠過地球,每天繞地球運行16圈。空間站長約109米,包括6個(ge) 睡覺的地方,兩(liang) 個(ge) 廁所和一個(ge) 健身房。最受歡迎的地方是由歐洲空間局建造的穹頂艙(Cupola),直徑約2米,高1.5米,設有6個(ge) 周邊窗和1個(ge) 天窗。穹頂艙能提供360度的視野,使宇航員能夠直接觀察機械臂操作和已泊接的航天器,還可以遠眺地球,凝視正在聚集的風暴,以及太陽的升起。

 

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 2008年的國際空間站

 

  蒂姆·皮克(Tim Peake)是唯一一位登上國際空間站的英籍歐空局宇航員,他對穹頂艙有一種特殊的感情。皮克說,他在那裏第一次看到我們(men) 的星球時,就意識到它是多麽(me) 脆弱。“你可以看到大氣層,隻有16公裏厚。它不是無窮無盡的,”他在接受采訪時回憶道,“所有確保我們(men) 能在地球上生存的氣體(ti) 都被在這個(ge) 非常、非常小的圈層內(nei) 。你會(hui) 突然意識到,我們(men) 排放其中的東(dong) 西真的影響很大。”

 

  國際空間站的生活中也有更平凡的一麵:宇航員在失重的漂浮狀態下演奏吉他小夜曲;意大利宇航員薩曼莎·克裏斯托弗雷蒂(Samantha Cristoforetti)用一個(ge) 零重力馬克杯第一次品嚐了在外太空製作的意式濃縮咖啡;當然,宇航員們(men) 還得處理一連串的廁所故障——“我發現,這才是空間站上吸引地球上最多好奇的地方,”皮克說道。許多科學家堅持認為(wei) ,這些內(nei) 部細節十分重要。“國際空間站的運營向我們(men) 表明,人類可以在遠離自己星球的外太空建立家園,那裏的環境確實非常惡劣,”英國愛丁堡大學的天體(ti) 生物學家查爾斯·科克爾(Charles Cockell)教授說,“這對我們(men) 來說是非常重要的一課。”

 

  在20世紀80年代,美國國家航空航天局(NASA)起草了建造永久軌道空間站的計劃。然而,對該計劃所需費用的預測表明,建造空間站的成本將高得驚人,直到蘇聯解體(ti) 提供了與(yu) 俄羅斯合作的機會(hui) 。蘇聯及後來的俄羅斯先後成功地運行過8個(ge) 空間站,包括較小的禮炮號(Salyut)空間站和更大的和平號(MIr)空間站,他們(men) 的空間工程師在長期空間任務中已經獲得了相當多的經驗。

 

  “這也是美國的一項高度務實的舉(ju) 措,”英國國家航天中心(National Space Centre)的主管阿努·奧賈(Anu Ojha)教授說,“美國希望防止蘇聯太空專(zhuan) 家在蘇聯解體(ti) 時被各個(ge) 國家搶走。因此,美國試圖讓他們(men) 參與(yu) 到聯合空間計劃中,這樣就可以讓他們(men) 呆在家裏,並給予一定的收入。對於(yu) 這樣的計劃,國際空間站是完美的。”

 

  最後,美俄兩(liang) 國就建造國際空間站的計劃達成一致,加拿大和日本的航天機構也同意加入這個(ge) 項目,還有歐洲空間局,英國是其中的關(guan) 鍵成員。空間站的組裝始於(yu) 1998年,在2011年完成。在這十三年時間裏,美國的航天飛機進行了30多次飛行,俄羅斯的火箭進行了40次多飛行,才將所有組件和模塊帶到空間站。多年來,宇航員們(men) 一直專(zhuan) 注於(yu) 空間站的建設,直到近幾年才能夠集中精力從(cong) 事嚴(yan) 肅的科學研究,包括與(yu) 地球上數千名科學家合作進行3000多項實驗。

 

  建造國際空間站的最終費用超過1000億(yi) 美元。每一年,這座空間站在維護和補給飛行上耗費約40億(yi) 美元。其中大部分由美國支付。問題在於(yu) :這麽(me) 一大筆開支值得嗎?

 

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2013年,加拿大宇航員克裏斯·哈德菲爾德演唱了大衛·鮑伊的《Space Oddity》

 

  英國倫(lun) 敦大學伯貝克分校的行星科學家伊恩·克勞福德(Ian Crawford)教授認為(wei) ,這樣的付出是值得的。他說:“國際空間站是高規格國際合作的一個(ge) 極好範例,當時的世界迫切需要這樣的行動,將世界人民和不同國家聯係在一起。學習(xi) 如何在太空中生活和工作,對我們(men) 做好重返月球的準備,以及未來把人送上火星等,都有很大幫助。”

 

  然而,也有科學家持不同的立場。“你無法證明建造國際空間站所花費的巨額資金是合理的。” 英國的皇家天文學家馬丁•裏斯爵士(Sir Martin Rees)表示,“首先,科學上的回報是微不足道的。我們(men) 的確了解了身體(ti) 在太空中長時間停留的反應,也在零重力環境下生長了一些晶體(ti) ,但這與(yu) 花在國際空間站上的數百億(yi) 美元是不相稱的。實際上,隻有當空間站的廁所被堵住,或者宇航員拿著吉他漂浮在太空中唱歌時,空間站才會(hui) 成為(wei) 新聞。”

 

  馬丁·裏斯還指出,美國國家航空航天局的錢應該花在向其他行星發射機器人的任務,或者建造軌道天文台上。他的觀點得到了美國德克薩斯大學奧斯汀分校的物理學家、諾貝爾獎獲得者史蒂夫·溫伯格(Steve Weinberg)的支持。“在國際空間站上做的唯一有趣的科學研究是通過阿爾法磁譜儀(yi) 研究宇宙射線,但宇航員沒有參與(yu) 操作,”他說,“如果使用無人任務將該儀(yi) 器送入軌道,成本會(hui) 低得多。”

 

  阿努·奧賈教授補充道,他最初非常懷疑國際空間站的科學原理,但現在確信它是一個(ge) 重大的成功。他說:“我們(men) 在載人航天上的經驗,以及在空間工程和科學成果方麵取得的成就是巨大的。我們(men) 已經學會(hui) 了如何在太空中組裝巨大的結構,如何在太空中長時間生活,同時處理各種各樣的突發事件。關(guan) 鍵在於(yu) ,我們(men) 不能浪費這種經驗。”

 

  從(cong) 對國際空間站宇航員的研究中,我們(men) 已經得到一個(ge) 重要的教訓,那就是長時間的零重力環境會(hui) 對人體(ti) 產(chan) 生影響。這些症狀包括肌肉衰退、骨密度降低、視力和味覺障礙等。科學家發現,宇航員在完成4到5個(ge) 月的太空任務後,需要數年時間才能恢複骨密度。另一方麵,通過使用跑步機和舉(ju) 重器械,宇航員可以避免肌肉衰退的最壞影響。

 

  美國國家航空航天局計劃在4或5年內(nei) 繼續為(wei) 國際空間站提供資金,並表示希望私營公司能接管並進行商業(ye) 運作,同時為(wei) 探索和定居月球的前沿任務提供資金,或許有朝一日能將人類送上火星。這些項目將包括在繞月軌道上建造一個(ge) 月球“門戶”(Gateway)——一座小型的空間站——作為(wei) 探索月球表麵的中轉站。

 

  但是,私營企業(ye) 會(hui) 有興(xing) 趣接管國際空間站嗎?許多公司都表達了初步興(xing) 趣,稱他們(men) 希望在那裏展開工作。總部位於(yu) 德克薩斯州的“公理太空”(Axiom Space)公司與(yu) 美國國家航空航天局簽署了一項協議,將建造一個(ge) 用於(yu) 研究新型材料的太空艙;演員湯姆·克魯斯和導演道格·裏曼計劃明年乘坐SpaceX公司的載人龍飛船飛往空間站,為(wei) 一部動作冒險電影拍攝場景;而計劃於(yu) 2023年播出的電視真人秀比賽“太空英雄”(Space Hero)已經宣布,他們(men) 計劃將獲勝者送往國際空間站。

 

  這樣的冒險活動是否足以提供運營空間站所需的數十億(yi) 美元,仍有待觀察。另一種選擇是拆除國際空間站,使其所有部件墜落到地球上,並在大氣層中燒毀。查爾斯·科克爾教授認為(wei) ,這將是一種可怕的浪費,“要讓所有人都同意建造空間站,然後付諸實施,整個(ge) 過程投入了巨大的努力。如果我們(men) 失去這座空間站,那麽(me) 在短期之內(nei) ,我們(men) 幾乎沒有機會(hui) 再建一個(ge) ,所以我們(men) 需要鼓勵那些私營公司,希望他們(men) 能讓空間站至少再運行10年。”




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