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为何说国际空间站难当“国际”大任?小股东没发言权,口惠实不至

当初,我们为什么没有加入国际空间站?关于这个问题很多专家已经给出了答案,简而言之就是“人家不让”。不过,近日空间站系统副总师侯永青从另一个层面给出了新解,她认为,即使像国际空间站一样,那样多国的联合研制,就像我们一个公司一样,有大股东小股东,小股东在那里面是没有什么发言权的,与其这种状态下去合作,倒不如我们自己干,自主去建造我们的空间站。

空间站系统副总师侯永青谈国际空间站大股东与小股东问题

侯副总师这一席话其实与笔者此前在以往文章里经常论述的一个观点不谋而合,那就是“国际空间站”虽然戴上了“国际”这顶大帽子,但也只是徒有其名

在国际空间站上每逢一些重要日子宇航员会把世界各国的旗帜拿出来悬挂,发挥软实力的事情他们倒是很会做,但究其本质却是“口惠而实不至”。

国际空间站希望号实验舱悬挂各国旗帜

国际空间站难当“国际”大任主要表现在两个方面,一方面是数量有限的参与者,另一方面就是大股东与小股东的问题。

在国际空间站上有一个至关重要的节点舱被命名为“团结号”(名字起得倒是很有寓意),它起着连通俄制舱段与NASA管理舱段的作用,同时以该舱为节点也划分出了国际空间站上的“两个世界”

团结号节点舱

载人航天事业基本都遵循“建站为应用”这一原则,其应用价值主要体现在实验机柜的作用上,国际空间站31个实验机柜全部都在NASA管理的舱段内,而团结号节点舱另一边俄制舱段内的宇航员对于这些实验机柜却也只有眼馋的份。

俄宇航员无权使用NASA管理舱段内的那些“高贵”的实验机柜

31个实验机柜分布在命运号实验舱、哥伦布号实验舱(欧)、希望号实验舱(日)这三个舱段,命运号产权归属NASA,里面的13个实验机柜自然归其独享,另外两个非NASA产权舱段,他们也要伸手,哥伦布实验舱10个实验机柜拿走5个,希望号实验舱8个实验机柜也拿走5个。当然了,拿走别家的实验机柜也并不是“巧取豪夺”,主要是通过天地往返运输服务进行交换。

命运号实验舱

哥伦布号实验舱(欧空局)

希望号实验舱(日)

除此之外还有很多“壁垒森严”的操作,比如,国际空间站上如果谁家厕所坏了,想要临时用别的舱段厕所,这其中会有一套非常繁琐的申请流程。平时站上宇航员如果不是有什么特殊情况,通常可以几个月不相往来。

NASA对有实力的参与方尚且如此,其他更小的股东又会有怎样的待遇?又怎么能指望“国际空间站”扛起“国际”这面大旗呢?

国际空间站“各自为政”的运作机制弊端不是后天因素造成,而是先天因素使然,这一弊端从项目规划到设计再到建站的整个过程可以说是体现得淋漓尽致。

连接曙光号多功能货舱与团结号节点舱的PMA-1适配器

比如对接口,首先是舱段对接口,NASA舱段与非NASA管理舱段不兼容,为此不得不新研用于转换对接口的适配器,这一弊端也体现在来访飞船的对接问题上。

PMA-1适配器

国际空间站看上去很大,它也的确有很多飞船对接口,但以NASA管理舱段为例,用于载人飞船对接的对接口数量竟然与我们的天宫空间站一样,都是两个(严格意义上来讲,天宫空间站是3个神舟飞船对接口,因为天和核心舱后向对接口也可以用于神舟飞船对接),主要原因还是对接口标准不一致。

PMA-2与PMA-3是NASA管理舱段仅有的两个载人飞船对接口

再比如,空间机械臂是载人空间站长期运行不可或缺的关键装备,对于支持宇航员高效开展舱外作业至关重要,国际空间站也配置了多部空间机械臂,然而在科学号实验舱对接之前的二十多年时间里俄舱段却无法享受这一功能。

造成俄舱段无机械臂可用的原因有两个,首先自然是机械臂的产权归属问题所致,其次是因为俄制舱段外表面缺乏与机械臂对接的目标适配器。

以致于俄宇航员不得不用一种颇显原始的工具(类似钓鱼竿的“无动力伸缩杆”)进行舱外转移。

俄宇航员正在搜索号微型实验舱外操作无动力伸缩杆

诸如此类的问题还有很多,再比如,国际空间站星辰号服务舱+曙光号多功能货舱+团结号节点舱总计约50吨的规模舱段,其功能甚至不及天宫空间站一个20吨级核心舱“天和号”,这是系统性问题。

以致于400吨级规模的国际空间站在运作效能上,却也只能与70吨级天宫空间站(不计算与之对接的货运飞船与载人飞船)比肩。

“国际空间站星辰号+曙光号+团结号”VS“天宫空间站天和核心舱”

如果国际空间站设计伊始就能统一设计、统一标准,以其当前规模而言,它所发挥的价值可以提高数倍。国际空间站没有做到的事情,天宫空间站可以做到。前者所具备的功能舱段,几乎都能在总体规模更小的后者身上找到。

国际空间站有人员专用气闸舱,天宫也有,在问天号实验舱(今年5月至6月择机发射)末端配置;

国际空间站人员专用气闸舱“寻求号”

天宫空间站问天号实验舱人员专用气闸舱

国际空间站有货物专用气闸舱与暴露实验平台,天宫也有,梦天号实验舱(今年8月至9月择机发射)配置有货物专用气闸舱,在暴露实验平台方面,我们进一步拓展为“可展开式”;

国际空间站希望号实验舱配置有货物专用气闸舱与暴露实验平台

天宫空间站梦天号实验舱配有货物专用气闸舱与可展开式暴露实验平台(图为梦天号水下训练舱)

国际空间站有桁架太阳翼,天宫照样有,“桁架”旨在降低太阳翼之间的相互遮挡,通过问天号与梦天号实验舱的对置布局结构,形成了跨度达40米级的桁架结构,配置的柔性太阳翼光电转换效率更高,也更轻质。

为了提高太阳翼整体受晒率,我们进一步拓展了在轨电力重构技术,可以将核心舱太阳翼在轨拆卸转移至实验舱末端;

国际空间站桁架太阳翼

问天舱+节点舱+梦天舱构成了40米级跨度的桁架结构(此画面今年我们就能看到实景)

在天和机械臂辅助下舱外航天员在轨拆卸核心舱太阳翼

完成在轨电力重构的天宫空间站构型

……

我们唯一没有的,大概就是国际空间站的穹顶舱,这件事要分两方面来看:

国际空间站穹顶舱

宇航员舱外活动期间拍摄的穹顶舱,此时防护罩呈关闭状态。

一方面国际空间站设置穹顶舱不是为了单纯地欣赏地球美景,而是为了透过大面积舷窗直接目视观察空间站的外表面以及机械臂与来访飞行器。

从穹顶舱观察国际空间站舱外,仍有很多位置无法直接目视。

对此,天宫空间站已经有了解决方案,那就是配置1080P高清舱外成像设备,这是国际空间站目前无法全面做到的,也是其依赖穹顶舱的原因之一。

天和全景摄像机b的1080P高清舱外成像

国际空间站VCD等级画质的舱外成像

另一方面,当前天宫空间站对接口数量是宝贵的,对于已经有解决方案的问题,不会去再浪费一个对接口。未来,天宫空间站还将继续拓展规模,到那时对接口数量将会更多,做与不做(穹顶舱)将主要取决于需求。

再有,就是最能体现应用价值的实验舱,国际空间站的实验舱其实就是前文提到的那三个舱段。我们天宫呢?实验舱是两个(问天号与梦天号),同时基于高效集成的独特设计,天和核心舱也配置有3个实验机柜。空间站系统总指挥王翔披露,天宫空间站可部署的实验机柜规模是25个。

以70吨级规模的身板配置如此众多的实验机柜,使得天宫成为了人类有史以来实验载荷占比最大的载人空间站

天和核心舱人系统研究实验机柜

如此众多的实验设备会不会影响天宫空间站的宜居性?答案是,并不会。

比如,天和核心舱小柱段,可以将这里看作是一个聚焦生活起居功能的居住舱(国际空间站曾计划单独发射一个用于宇航员生活起居的居住舱,最终因预算问题而被搁置),里面有3个居住区与1个卫生间,这里远离设备区,噪音更低,且每一个居住区都打造成了独立的卧房,每个卧房都有一个观景舷窗,每个卧房的活动空间都要大于国际空间站的居住区。

天和核心舱聚焦生活起居功能的居住舱

天和核心舱睡眠区环境比肩高铁卧铺

国际空间站睡眠区

除此之外,问天号实验舱也将再配置3个居住区与1个卫生间,这意味着天宫空间站将可以同时容纳6名航天员,相当于是6室两卫配置。智能家居的在轨应用,使得航天员们的生活质量进一步提高。

天宫空间站太空授课期间情景照明是高亮模式

为什么在有如此众多实验设备的情况下,天宫空间站的居住空间还可以如此富余呢?

以核心舱为例,作为主控舱段它需要控制整个空间站组合体的轨道与姿态,按照常理而言,它应该配置较大规模的资源舱,用于贮存推进剂,比如国际空间站主控舱段星辰号服务舱就是如此。

然而,我们并没有。因为天和核心舱配置有霍尔电推发动机,它可以用很少的工质产生高比冲推力,进而补偿大气阻力产生的降轨,这样一来常规轨控发动机需要作业的次数就大大缩减,资源舱也就不需要太大的规模,核心舱居住空间就得以进一步扩大。同时,诸多关键子系统的小型化设计,也为居住空间的扩容助力不少。

天和核心舱电推发动机在轨测试

我们不仅有优秀的空间站设计,更有卓越的管理运营模式。

天宫空间站作为国家级太空实验室,首先当然是服务国内的在轨实验需求,同时它也被赋予了“人类命运共同体”的独特意涵,它将向联合国所有成员国开放,在此基础上建立评审机制,基于科学价值与应用价值筛选高价值外方科研项目,通过评审的项目,我们将为其提供免费的上行发射与在轨搭载服务。

天舟货运飞船是空间站上行运输业务的主力

有人看到“免费”一词肯定要激动了,请先平缓一下情绪。要知道,我们的免费是有条件的,那就是外方必须与我方共享科研成果,满足这一条件才有资格进入评选流程。

即便进入评选流程,如果项目的科学价值达不到我们的标准,同样无法入选,比如大洋彼岸的项目就因此被撸掉。

我们完全就是从科学价值从技术的考量来评审

如此运作不仅能让天宫空间站真正聚焦科研,还能直接将全球资源拿来为我所用。要知道高价值载荷是需要高昂的研发费用,这笔钱我们不用掏,能直接拿来用,而这就是我们搭建天宫空间站的平台红利。

这样一来我们就可以尽最大限度为自己争取利益,同时外部参与方也能以相对较小的代价收获属于它们的价值。

虽然天宫空间站没有直接打出“国际”这面大旗,但它却是真正的“人类命运共同体载人空间站”。

天和核心舱在轨画面

假以时日,我们在空间领域的话语权会越来越大。对此NASA也是看在眼里急在心里,最终他们不得不于前些日子做出让老态龙钟且随时可能出现重大故障的国际空间站再次延寿至2030年的决定,因为他们不能容忍我们的独领风骚,而这就是天宫空间站的威力。

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