人類目前在太空有且只有兩座可以載人的空間站設(shè)施,一座是運行二十余年行將就木的所謂國際空間站,另一座是由為我國獨立承建的嶄新的中國空間站,后者前不久剛剛迎來了天舟六號貨運飛船,標志著這座空間站迎來了為期十年以上常態(tài)化運營的新階段。
有人說,人家NASA已經(jīng)不屑于近地軌道,他們的目光早已投向月球,要在38萬公里外部署“月球門戶”的月軌空間站。
這種想法是有些天真了。
近地軌道大型載人空間站早已不是過去單純用于宣揚國威的能力展示裝備,進入新世紀隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,人類正更加依賴基于太空空間進行各類新技術(shù)新材料實驗的空間站。至于NASA的月球門戶,由于距離遙遠,他們并不能做到連續(xù)有人駐留,可開展的空間實驗規(guī)模遠遠比不上近地軌道空間站。
空間站雖然運行在數(shù)十萬米的高空,但卻與地面上的人類息息相關(guān),已經(jīng)成為提高生產(chǎn)力不可或缺的關(guān)鍵平臺。以國際空間站為例,其每年都可以進行數(shù)以百計的各類實驗,當然,中國空間站也是如此。
兩年前,美國商業(yè)航天公司“納型支架”首席執(zhí)行官杰弗里·曼伯 (Jeffrey Manber)在一次聽證會上表示,我們不能讓其他人認為,我們會把在低地球軌道上工作20多年的成果拱手讓給別人。
在說出這番話之前不久,杰弗里·曼伯所在公司的一個重要訂單“流失”到了中國空間站,而當時中國空間站其實還沒有在太空事實存在(天和一號核心艙當時尚未發(fā)射),訂單之所以流失,是因為中國空間站表現(xiàn)出了更強的市場競爭力,它可以通過數(shù)據(jù)成果共享模式,為國際載荷免費提供發(fā)射與在軌照料服務(wù)。
杰弗里·曼伯參加的這場聽證會研究的主要內(nèi)容就是,如何確保在國際空間站退役情況下,保證美國近地軌道空間站設(shè)施能力的不斷檔。他們給出的答案就是發(fā)展商業(yè)軌道空間站。
如今兩年過去了,美國一眾商業(yè)航天公司也提出了不少商業(yè)軌道空間站PPT方案,比如近日初創(chuàng)商業(yè)航天公司“Vast”就公開了他們的“港灣-1空間站”發(fā)射計劃。
港灣-1空間站乍看上去與我們十二年前發(fā)射的天宮一號空間實驗室十分相似,后者雖然官宣任務(wù)定位是“目標飛行器”,亦或者“空間實驗室”,但在外界看來這其實就是一座空間站。
港灣-1軸向長度10.1米,直徑3.8米,發(fā)射重量14噸。天宮一號軸向長度10.4米,直徑3.35米,發(fā)射重量8.6噸。雖然發(fā)射重量有差異,但是二者提供的在軌支持能力是相似的。
天宮一號與港灣-1都只有一個艙段,也就是單體空間站,而且二者都只有一個對接口,這意味著同時對接的飛船數(shù)量不能超過“1”,載人飛船對接時,不能對接貨運飛船,進而限制了兩座空間站的航天員在軌支持能力。
天宮一號還有一個姊妹型號就是天宮二號空間實驗室,二者的主要區(qū)別在于,天宮二號具備推進劑在軌補加功能。目前尚不能確定Vast公司的港灣-1空間站是否具備推進劑在軌補加功能。
在SZ-11/TG-2任務(wù)中,景海鵬與陳冬兩位航天員驗證了為期30天的航天員中期駐留能力,反觀港灣-1空間站,在載人龍飛船的支持下,該空間站可以同時接待4名航天員,但在軌支持能力同樣也只有30天。
只有一個對接口,也意味著不能同時對接兩艘載人飛船,這就更加無法具備航天員連續(xù)駐留功能。
港灣-1空間站重復(fù)我們十二年前的操作,難道美國載人航天能力的倒退有這么嚴重?非也。
港灣-1空間站的優(yōu)勢也有不少,比如配置了大面積剛性高光電轉(zhuǎn)換效率的太陽翼,不僅發(fā)電能力強,而且設(shè)計壽命在一般情況下也比柔性太陽翼更有優(yōu)勢(但不利于在軌更換維修),這樣一來在軌實驗支持能力就會強于天宮二號,而且港灣-1空間站在艙段的一端設(shè)計有大面積的穹頂窗,可以為太空游客提供更加絕美的視角。
雖然港灣-1有不少特色功能,但按照我們的標準,它確實不能稱為“空間站”,除了前文所述的沒有航天員連續(xù)駐留能力,航天員單次駐留時長也有限,而且沒有人員氣閘艙,沒有貨物氣閘艙,人員與貨物都無法出艙,當然更沒有艙外機械臂。
雖然這也沒有,那也沒有,但不得不說,承研港灣-1空間站的Vast公司的確是我國載人航天工程的“好學(xué)生”,該公司的發(fā)展規(guī)劃設(shè)計,以及任務(wù)實施路徑都與我們十分相似。
美國毫無疑問是載人航天強國,歷史上他們將航天員送上了月球,也部署過77噸級的天空實驗室,還擁有過劃時代的載人天地往返運輸載具——航天飛機。
但是,就嚴格意義上而言,美國至今也沒有獨立設(shè)計、獨立建造、獨立運營大型載人空間站的完整經(jīng)驗,其歷史上部署的最大規(guī)模載人航天器“天空實驗室”本質(zhì)上與計劃中的“港灣-1空間站”是一樣的,比如,都只有一個用于載人飛船對接的對接口,都沒有航天員連續(xù)駐留能力。
雖然他們有建造大型載人空間站的實力,但這些實力是碎片化的,還沒有完全整合,要知道大型載人空間站是大系統(tǒng)工程,單項技術(shù)能力再強大,如果無法整合,對于大系統(tǒng)工程而言就等于零。
舉個不太恰當?shù)睦樱热缰袊臻g站的夢天號實驗艙,在美國,目前就找不到能夠發(fā)射該型艙段的火箭,獵鷹九號運力不足,SLS Block1與重型獵鷹運力雖夠,但整流罩空間不足,即便德爾塔-4、航天飛機重生也無法搭載,其中航天飛機更是過去國際空間站大型艙段的主力運輸工具,如今都得從頭開始。
前面之所以說承研“港灣-1空間站”的Vast公司是我國載人航天的好學(xué)生,因為他們也選擇了類似我國載人航天工程的多步走規(guī)劃,其終極目標是建成具備人造重力功能的超大型空間站。
第一步:2023年到2025年,發(fā)射多個太空拖船,其實就是貨運飛船,旨在為空間站提供軌道抬升、補給能力;
第二步:2025年,使用SpaceX公司的獵鷹九號發(fā)射“港灣-1”空間站;
第三步:2028年,使用SpaceX公司的星艦發(fā)射7米直徑的大型艙段,港灣-1空間站這個14噸的艙段有望與之對接;
第四步:2030年以后,使用多枚星艦部署百米量級的“旋轉(zhuǎn)棒站”,提供包括地球、火星、月球、小行星在內(nèi)的多種重力模擬。
第四步還將部署多個共軌飛行的不制造人工重力的艙段,這點和中國空間站的共軌飛行模式就更像了。
還有第五步暢想,就是到本世紀中葉部署人造重力與零重力混合的超大型空間站。
談到這,想必會有人驚訝于“人家一家公司就能吊打某某國”,然而要知道對于一個成立時間僅有兩年的初創(chuàng)商業(yè)航天公司而言,這些規(guī)劃大部分都處于想象階段,即便有實質(zhì)性進展的貨運補給項目也是通過兼并重組得來,對于任何一個國家,要想完成此等大系統(tǒng)工程,就必然要走聯(lián)合發(fā)展的道路。
與之對比,我們已經(jīng)獨立擁有一座技術(shù)先進的大型載人空間站。除此之外,我們也有更大的夢想,比如,自然科學(xué)基金會發(fā)布的“十四五”第一批重大項目指南中,其中一個名為“超大型航天結(jié)構(gòu)空間組裝動力學(xué)與控制”的項目中,就提到了通過結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計、多次發(fā)射和空間組裝的方式進行建造尺寸達千米量級的超大型航天器,該重大戰(zhàn)略性航天裝備將用于未來空間資源利用、宇宙奧秘探索、長期在軌居住。
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