中国空间站将改变世界载人航天格局

文/ 黄志澄

▲ 月球轨道空间站

2021 年4 月29 日，核心舱“天和号”发射升空，并顺利入轨，中国空间站建设的大幕就此开启。5 月29 日，天舟二号货运飞船发射成功，30 日5 时,完成快速对接。6 月17日9 时22 分，长征二号F 遥十二运载火箭成功发射了神舟十二号载人飞船，顺利将聂海胜、刘伯明、汤洪波3 名航天员送入天和核心舱。神舟十二号航天员乘组在轨进行了两次出舱活动。9 月16 日，神舟十二号载人飞船撤离空间站组合体；9 月17 日13 时30 分，神十二返回舱在东风着陆场安全降落 。9 月20 日，长征七号遥四运载火箭成功发射了天舟三号货运飞船，与天和核心舱及天舟二号组合体完成交会对接。10 月16 日00 时23 分，长征二号F 遥十三运载火箭成功发射了神舟十三号载人飞船，顺利将翟志刚、王亚平和叶光富3 名航天员送入天和核心舱。

神舟十二号任务首战告捷,神舟十三号任务承前启后，为中国空间站的建设和运行打下扎实基础。由此，中国空间站必将改变世界载人航天的格局。

▲ 航天爱好者白石拍摄的神舟十三号飞船发射过程中长征二号F 运载火箭末级飞临石家庄上空时的过境轨迹（佳能450D 相机，焦距18mm，光圈5.6，ISO800，曝光10 秒）

从神舟十二号到神舟十三号

空间站工程是迄今为止我国最复杂的航天系统工程。我国空间站的发展分成技术验证、组装和运行等3个阶段。根据任务安排，我国将实施一系列飞行任务，于2022 年前后建成在轨稳定运行的空间站。

神舟十二号载人任务是空间站关键技术验证阶段的第四次任务，也是空间站阶段的第一次载人任务。神舟十二号载人任务的主要目的，是进行空间站建设和运行关键技术的在轨验证，为后续任务积累经验。通过3 个月的努力，神舟十二号载人任务已经全部完成。

为什么我们在“神舟十二号”返回地面以后不久就要发射“神舟十三号”呢？

首先，空间站的主要任务是研究人在太空长期生活和工作的适应能力，应该充分利用空间站提供的宝贵时间。

其次，苏联的和平号空间站是长期有人的，国际空间站也没有出现过航天员不在的空档期。空间站在离开地面400 多千米的地球轨道上运行，面临着太空辐射、失重和温度剧烈变化，并可能与太空碎片和陨石相撞的环境，空间站及其各个部件在太空的性能和在地面上有所不同，因此，空间站本身的维护检修和科学实验设备的操作，必须有人值守。

虽然近年来随着人工智能技术和虚拟现实技术的发展，也有人提出过为了减少空间站的运行成本，可以采取短期有人、长期无人的运行模式，但是实践征明，在当前的技术水平下，还不能保证空间站能够较长期地无人稳定运行。

中国空间站的优势与挑战

与国外相比，中国空间站起步较晚，但具有后发技术优势。为实现建造空间站的目标, 中国空间站在构型布局上进行了精心设计，以保证空间站具备更强大的科学和应用能力，比如在舱段外安置了外置平台以确保空间站能够进一步扩大。中国空间站还采用了许多创新技术，如30%以上光电转化效率的太阳能技术、高比冲电推进技术、高闭合度环控生保技术等。可以说，中国空间站的能力处于国际前列。

2022 年，我国空间站将全面进入在轨建造阶段，规划了6 次飞行任务，包括2 个实验舱的发射，2 艘神舟载人飞船的发射，还有2艘货运飞船的发射。通过这6 次发射任务，完成中国空间站的在轨建造，转入运行阶段。

此外，中国空间站方案还有很好的可扩展性。未来的空间站将同一个光学舱段共轨飞行，该光学舱是一个十几吨的大型巡天望远镜，在很多指标上都接近甚至超过哈勃太空望远镜。如果望远镜出现类似“哈勃”曾经的质量问题，也可由航天员去维护升级。同时，核心舱还设有备用对接口等，如有需要，可以将天宫空间站进一步升级成更高版本。

中国空间站的建设也面临许多挑战。首先，中国空间站工程在今明两年将接续实施11 次飞行任务，这种有进度要求的高密度发射，必须要求细致的组织协调工作和高可靠、高安全的各个分系统。第二，空间站是一个复杂的大型系统工程，许多运行技术和管理技术，必须要通过长期实践来积累。第三，许多空间站的关键技术还要进一步验证。第四，必须加快发展重复使用的航天运输系统，进一步提高空间站的效费比。最后，在空间站太空科学实验取得成果的基础上，分步推进空间站的商业化。

当前，世界载人航天一方面正在向月球、火星等深空目的地挺进，另一方面仍在推进地球轨道空间站的科学实验，并向着商业化的方向前进，为太空经济的主战场注入新的动力，并为人类的载人深空探测打下基础。

从历史上来看，苏联和美国曾经是载人航天的两个主力，苏联在空间站技术方面一度领先。在冷战结束以后，美国和俄罗斯联合其他十多个国家建设了国际空间站。由于美国的反对，国际空间站在建设和运行时，始终将中国排斥在外，这也是我国要独立自主建设空间站的一个重要原因。

当前，具有后发优势和技术创新的中国空间站，正在自主快速建设，而其国际合作也已取得了重大进展。中国载人航天工程办公室已与俄罗斯、德国、法国、意大利、巴基斯坦等国家的航天机构，以及联合国外空司、欧空局等航天组织签署了合作框架协议，开展了多种形式的合作与交流。

早在2019 年6 月我国就宣布，来自17 个国家的9 个项目成为中国空间站科学实验首批入选项目。中国空间站的建成，将为开展包括航天员联合飞行在内的更广泛的国际合作，提供更好的平台。由此可见，中国空间站必将改变世界载人航天的格局。

世界载人航天的格局正在改变

空间站的发展有其深刻的国际政治背景。美国战略与国际研究中心（CSIS）航空航天安全项目主管哈里森称，中国是美国在航天领域的最大竞争对手。他说，“这场竞赛的真正目标是看谁能建立起最广泛和最强大的联盟”；“哪些国家未来十年在航天领域成为主导联盟，哪些国家就将为接下来的太空商业和探测活动制定事实上的规范”。

无疑，国际空间站在2024 年以前是会正常运转的。但由于国际空间站的寿命已经超过了设计寿命，所以它会出现很多的部件老化问题，比如最近俄罗斯舱段就出现了裂纹问题。但是这样一个大型空间基础设施，必定要尽量延长它的寿命，以提高它的使用价值。据报道，美国宇航局会让国际空间站尽可能运行到2028 年或2030 年。从国际空间站的构型来看，确实存在这种可能性。

从现有计划来看，美国宇航局在大幅度降低航天运输系统费用的基础上，正准备大力推进国际空间站的商业化。商业化的途径主要是两种，一种是太空旅游，允许私人游客支付较高的费用进入空间站；一种是对在空间站上进行的科学实验项目收费，这样做可以增加空间站收入，而且可以激发创新活力，因为只有那些具有商业前景的创新项目，才愿意支付高昂的费用到空间站上进行科学实验。除此以外，美国还在鼓励发展商业的空间站和建设太空酒店，但这些可能要在2030 年后才能够实现。

今年6 月我国开始建设空间站后，其明显的优势和创新，引起美国各界的广泛关注。工业界和美国宇航局一个咨询委员会的成员，都敦促该局要确保商业性空间站能在国际空间站于本年代末退役之前启用。美国宇航局正在对其载人航天部门进行机构调整，称此举将有助于其推进送人重返月球和登临火星，同时支持太空的持续商业化和国际空间站上的研究。9 月21 日美国宇航局宣布要将眼下的载人探测与运行任务署（HEOMD）拆分成两个新机构，即探测系统研制任务署（ESDMD）和空间运行任务署（SOMD），这是美国不会在2030 年前放弃国际空间站的重要信号。

▲ 中国空间站模拟图

▲ 国际空间站

▲ 俄罗斯“ROSS”空间站的设想

2018 年2 月13 日，美国宇航局公布的2019 年预算草案表示，美国将于2022 年开始建造月球轨道空间站（月球轨道平台门户Lunar Orbital Platform-Gateway）。2022 年后，美国宇航局将向月球轨道上发射动力和推进装置，这将成为月球空间站的基础。目前，原来参加国际空间站的国家和组织，除俄罗斯外，都将参加这项计划。美国宇航局认为该空间站不仅便于对月球进行长期的研究，也可视作载人火星任务的“试验场”。

根据美国宇航局的安排，建设月球轨道空间站的主力仍然是航天运载系统（SLS）火箭和猎户座飞船。美国宇航局也希望商业公司参加月球轨道空间站的建设。2020 年3 月，太空探索技术公司被确定为月球轨道空间站的货运服务提供商。太空探索技术公司表示，这种名为 Dragon XL 的新飞船将能携带超过5.5 吨的货物前往月球轨道空间站。

俄罗斯今年也宣布要在2026 年开始建设自己的更智能更高效的空间站。在已经公布的方案中我们看到，俄罗斯的“ROSS”空间站分为两个阶段，第一阶段由2 个动力舱、1 个节点舱和1个扩展气闸舱组成。在第二阶段，会增加2 个实验舱、1 个扩展舱和1 个外部试验平台，预计完成时间是2030 年。目前国际空间站的轨道倾角为51.6度，中国的天宫空间站轨道倾角为42 度，而俄罗斯的新一代空间站的轨道倾角预计为71.6 度，也有传闻说可能会干脆打造一个倾角为97 度的极地轨道空间站。极地轨道空间站虽然可以提高太阳能电池板的效能，但同时也降低了空间站的国际合作价值。

2021 年9 月29 日，普京召开视频会议，就俄罗斯航天工业发展问题听取了俄罗斯高层领导的报告。普京说：“众所周知，我国积极参与国际空间站的活动。俄罗斯舱段正在进行大规模的研究工作。根据现有协议，国际空间站应于2024 年结束，尽管可能延长空间站的寿命，未来我们应超越前十年的视野，考虑到深空探测领域新的挑战，以及国家基础设施发展和开发我们广袤土地（包括北极地区）的计划。我们的专家已经在研究建造一个俄罗斯空间站的想法。我今天请你们告诉我这个项目进展如何。”会后，普京决定将未来3 年俄罗斯航天预算每年削减16%。2022年预算仅29 亿美元，比今年减少5.57亿美元。普京批评俄航天局未能达到既定目标，如2020 年没完成83 个航天项目中的30 个。他要求必须提高俄罗斯火箭的可靠性，研制俄罗斯版的重复使用火箭，以应对国际市场特别是来自太空探索技术公司的竞争。

虽然我们还不知道普京对“ROSS”空间站最后的决定，不过可以看出，俄罗斯已经决定建设自己的空间站，但何时退出国际空间站，何时开始建设自己的空间站，目前还有一定的不确定性，其中涉及到俄罗斯的国力和俄罗斯与美国的博弈。

俄罗斯开始也同意参加美国主导的月球轨道空间站，后以俄罗斯在这个空间站中的地位太低为由，决定不再参加，转而与中国合作，共同建设月球科研基地。由于前一阶段俄罗斯全力参加国际空间站，而现在中国空间站却即将建成，因此，中俄错过了在空间站方面全面合作的机会。今后俄罗斯和中国在空间站的合作上，将会互派航天员上对方的空间站和交换科学实验的机会。

由此可见，由于空间站在载人航天发展中的重要地位，中国空间站将改变世界载人航天的格局，由此，世界载人航天将进入“三国时代”。