文/观察者网专栏作者 陈蓝
【2016年4月24日是首个“中国航天日”，空间站建设是中国航天的重要项目之一。中国航天科技集团五院新闻发言人王中阳近日表示，正在开展空间站核心舱初样总装集成测试、光学舱方案设计，新型缩小比例飞船返回舱正进行出厂前的各项测试，预计在2018年前后完成研制并发射“天和一号”空间站核心舱。
本文作者认为，中国空间站如果能与国际空间站共轨，将达成多方共赢的局面，而且将促使“主要航天国家转而和中国共建第二国际空间站，中国在国际空间站退役后将成为载人航天领域（至少在近地轨道）的主导者”。虽然调整为共轨需要克服政治上的困难，但目前仍有操作的空间。】
前不久，中国载人航天工程办公室宣布，天宫一号的功能已于近日失效，它的轨道将逐步降低，最终将再入大气层烧毁。原来人们普遍预期，今年天宫二号发射后，将和天宫一号实现同时在轨飞行，并能利用这种机会开展相关实验。如果同时在轨飞行和相关实验能够实现，那可能会是历史上第二次两个空间站协同工作。但从目前的情况看，这种可能性已经不复存在。
回顾历史，两个或多个空间站同时飞行的情况有不少，如美国的天空实验室和前苏联的多个礼炮号，国际空间站和天宫一号，以及礼炮号空间站新老更替时的短期重叠。但这些空间站当时都是相互独立的，并未进行任何协同工作。唯一的例外是在1986年，前苏联联盟T-15号飞船发射后先后对接了刚刚发射的和平号和即将退役的礼炮七号空间站，并将部分设备从礼炮七号带到了和平号。这是历史上唯一一艘对接两个空间站的飞船，也是历史上第一次空间站之间的人员和设备转移。
国际空间站，由奋进号航天飞机机组摄于2011年5月29日。这是航天飞机的倒数第二次飞行，将阿尔法磁谱仪（AMS）送上了国际空间站。该照片是在航天飞机脱离空间站后拍摄的。（图片来源：NASA）
要完成这样的任务需要两个空间站位于同一轨道。实际上，共轨所带来好处远不止1986年的飞行所演示的，它还能提供以下极为重要的功能：
·相互救援：当一个空间站发生紧急情况且它的逃生飞船也损坏的情况下，只要任一空间站上还有一艘载人飞船，它就可以将人员转移到另一个空间站，以等待后续飞船返回地球。两个空间站都为对方提供避难所。人类航天飞行史上还没有实现过这种能力，它将给双方的乘员带来双重的安全保证。
·相互支持：两个空间站能提供很多基本能力的冗余和备份，能互相支援。这尤其在其中一个空间站缺乏某些功能时发挥作用。比如，可以共享轨道提升航天器、存储空间和给养、天地通信数据链路、在轨医学支持，以及备用对接/泊接口，等等。如果没有这样的相互支持能力，如目前国际空间站，相同的工作将需要更多的花费，甚至需要额外进行一次发射才能完成。
·联合实验：它使得某些需要双空间站才能进行的实验成为可能。例如，激光通信、长基线天文观测，等等。此外，双空间站也使科学家可以在两个空间站上同步进行相同的实验以便比较结果。事实上，它为很多我们从来都没有想象过的创新实验打开了一扇门。
·舱段延寿：两个空间站共轨还带来了一个可能性，就是它们的舱段可以互换。一个空间站退役，它上面未到使用年限的舱段可以转移到另一个空间站继续使用，直到它的使用年限，使投资能得到充分利用。
·载人编队飞行：在太空时代早期，曾经出现过两艘载人飞船近距离编队飞行。但那都是短时间的飞行。载人编队飞行对未来载人深空任务可能是很有价值的。它为长期载人航天任务提供了更多的冗余和灵活性。共轨空间站提供了这样一个机会，可以实验这一概念。
我们可以将这样的共轨空间站称为“空间站编队”。它们飞行在同轨不同位置，能独立工作，但又相互协同。所以，这样的编队可以被看作为一个整合的“虚拟空间站”，既能起到单一空间站所起到的许多作用，更能提供更大的安全性和单一空间站所不能提供的功能。编队中还能不断加入新的空间站，比如Bigelow公司的商业空间站，来进行扩展。
我们在这里提出的建议，就是将研制中的中国空间站发射到国际空间站同一轨道，但相隔一定距离，比如100公里。两个空间站都是独立运行的，但它们共同工作，相互支持。来访的载人飞船或货运飞船能很快地从一个空间站转移到另一个。这个设想将世界上所有国家的载人航天计划纳入统一框架。它不仅能从技术上大大提高飞行的安全性、获得到更多的科学回报，而且在政治上，也能进一步延续国际空间站的合作精神，并使中国对人类做出更大的贡献。
中国的得与失
前面已经罗列了空间站编队的优点。对中国而言，编队飞行提供的安全性尤为重要，因为和俄美相比，中国缺乏空间站长期运行的经验。一旦发生类似和平号曾经发生的意外碰撞（导致一个舱段失压）、火灾和控制电脑故障等问题，附近国际空间站能提供的救援能力就显得尤其重要。
由于通信和对接口兼容，地面上美、俄等国的载人飞船和货运飞船也能提供紧急救援发射。位于国际空间站轨道后，从拜科努尔和东方港发射场发射的救援飞船也可以到达中国空间站，安全性进一步得到加强。另一方面，在神舟飞船或货运飞船因故停飞的情况下，也能依赖他国飞船（包括商业飞船）继续空间站的运行，就如航天飞机停飞期间美国可继续国际空间站的工作一样。
中国空间站想象图。（图片来源：互联网/中国载人航天工程办公室）
此外，提高轨道倾角与国际空间站共轨，还能带来一些额外的好处。例如，扩大了对地观测的范围，能覆盖中国、美国、日本的全部，以及欧洲大部分。如果需要的话，中国空间站的共轨自由飞行天文望远镜也可以在国际空间站进行在轨维护。
政治方面，前面已经提到对弘扬合作和扩大中国影响力的意义。从具体实施层面上来说，中国空间站的扩展计划从技术上已经考虑了国际合作和对接其他国家的舱段，未来完全有可能成为第二国际空间站。中国正在通过联合国外空委积极推进空间站的国际合作。但到目前为止并未看到实质性进展。吸引主要航天国家（如欧洲和俄罗斯）参加中国空间站存在很多具体困难，其中预算和资金是主要问题之一。与国际空间站共轨使得这个计划实现的可能大为增加。
国际空间站部分舱段（如欧洲的哥伦布舱和俄罗斯的多功能实验舱）发射时间较晚，有较长的剩余寿命。如果共轨，在国际空间站退役后，它就可以很容易地转移到中国空间站，继续发挥作用。对欧洲和俄罗斯来说，由于无需巨额投入，实施可能性很大。如果主要航天国家转而和中国共建第二国际空间站，那么中国在国际空间站退役后将成为载人航天领域（至少在近地轨道）的主导者，国际影响力和话语权必然大大增加，就如美国目前通过国际空间站实现的地位一样。
但如果中国空间站未能实现和国际空间站共轨，那么这种可能性将大大降低。也许有一些发展中国家会与中国合作，但无论是资金还是技术，他们的贡献以及因此产生的科学成果都将非常有限，到最后还是中国自己玩的游戏。这和主要航天国家参与的合作不可同日而语。
另一方面，对中国来说，将自己的空间站发射到国际空间站轨道，必须解决以下两个技术问题，并需要一定的资金投入：
·发射运力问题。国际空间站轨道是一根倾角51.6度、高度400公里的圆轨道，比计划中倾角42-43度的中国空间站轨道倾角更大。计划发射空间站舱段的长征5B型火箭，发射神舟飞船的长征2F和天舟货运飞船的长征7号火箭都可能存在少许运力差距。通过适当减少发射时舱段和飞船携带的推进剂和设备，或者将国际空间站降轨到350公里（如国际空间站2011年前使用的350公里高度轨道），应该能解决这个问题。中国空间站完成后，仍可用货运飞船将两个空间站提升到400公里轨道。
·测控站和着落场问题。倾角的改变也改变了发射落区和着陆路径，使得现有的部分测控站和酒泉附近的备用着陆场无法使用。可能需要在酒泉的东南（新的发射落区）新建测控站，并在内蒙四子王旗西南新建测控站和备用着陆场（用于弹道式再入紧急着陆）。同时，印度洋、文昌附近可能需要重新部署测控船。世界各地的紧急着陆点也必须重新规划和准备。
目前离开中国空间站的第一个试验性核心舱的发射（2018）还不到三年。如果要实现这里建议的空间站编队，即使不考虑政治上可能存在的问题，技术上的实现也面临非常大的挑战。不过，按目前计划，试验性核心舱发射后如果一切正常，它将直接作为空间站建造基础。如果它不满足在轨建造空间站条件，则会再发射一个改进的核心舱。因此，存在另一个方案，就是试验舱仍然发射到42-43度轨道，但不再作为空间站核心。2020年左右，将正式的核心舱发射到国际空间站轨道。这样可以争取到两年时间，虽然试验舱不能再利用，但如果能实现空间站编队，仍然是值得的。
总而言之，通过共轨和国际空间站合作，对中国来说绝对是利大于弊，得大于失。
中国空间站设计轨道。此图显示天宫一号轨道。按目前计划，中国空间站将采用相同倾角的轨道。可见俄罗斯两个发射场均在轨道最北点以北，美国北部地区，包括五大湖，也在轨道覆盖范围以北。（图片来源：陈蓝/Sebastian Stoff）
国际空间站轨道，可观察美国北部地区，也在俄罗斯两个发射场可达范围内。（图片来源：陈蓝/Sebastian Stoff）
轨道图说明：曲线为空间站飞行轨迹地面投影（显示最近三圈）。TIANGONG-1为天宫一号，ISS为国际空间站。红点为航天发射场。JSLC为酒泉卫星发射中心，WSLC为文昌航天发射中心，KSC为美国航天局肯尼迪航天中心，Kourou为欧洲航天局库鲁航天中心，Baikonur为俄罗斯租用的哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场，Vostochny为俄罗斯新建的东方港航天中心。水平红线为轨道所达最高纬度。
欧洲的角色
实现两个空间站的编队，不光中国受益，国际空间站伙伴国的受益可能更大。国际空间站已经在轨运行17年多。到2024年（或2028年）退役的时候，它的连续工作时间将超过25年（或29年）。老化的设备将成为最大的安全隐患。空间站编队带来的安全保障对国际空间站来说会变得越来越重要。
国际空间站退役后，参与国的载人航天计划将面临重大选择。对欧洲来说，除了跟随美国投入深空任务，似乎并没有更多的选择，这意味着放弃近地轨道的活动。和中国空间站合作，可以打开一扇新的大门，继续保持近地空间的存在。对俄罗斯来说，能否独立实施自己的空间站计划似乎也存在很多问号。和中国的合作可能也是一个好的选择。如果两个空间站的编队计划得以实现，那么他们在国际空间站较新的几个舱段，比如欧洲的哥伦布舱和俄罗斯的多功能实验舱（将于2017年发射）可以直接转移到中国空间站继续工作。
对这个建议来说，政治障碍可能远远大于技术障碍。在去年十月耶路撒冷召开的国际宇航大会期间，资深航天记者彼得·塞尔丁（Peter De Selding）在推特上报道了新任欧洲航天局长沃尔纳（Johann-Dietrich W?rner）的发言，他说他希望中国放弃自己的空间站，转而加入国际空间站。虽然愿望良好，但这是一个极为天真的想法。他可能完全不了解中美航天合作的历史。
中国从1990年代末到2000年代中多次表达过参加国际空间站的意愿，但都被美国方面拒绝了。美国国会到目前为止都没有改变对中美航天合作的态度。而在中国方面，也不可能在自己空间站的核心舱段还不到三年就要发射的时候，转而放弃自己的独立性和长期计划参加国际空间站，然后将自己的载人航天计划捆绑在还不到10年就要退役的国际空间站上。俄罗斯制定的分离自己部分舱段的计划，以及乌克兰危机带来的问题都提醒中国不要重蹈俄罗斯的覆辙。中美之间还有潜在的全球和地区利益冲突的可能性。中国未来可能面临俄罗斯今天面对的情况，甚至更为严重。
鉴于以上情况，即便是这个难度相对较小的空间站编队建议，由中国方面单方面推动也是不现实和不合理的。为实现这个计划，中国方面需要做的工作最多，投入最大，承担的风险也最大。只有在合作方展示诚意并信守承诺的情况下，中国方面才会积极参与。美国态度的改变是合作的前提。实现这一计划最合适的牵头者和推动者应该是欧洲，或者说欧洲航天局。欧洲需要完成以下任务：
·说服美国改变对中美航天合作的态度，告诉美国这样的合作也符合美国利益。由于空间站编队双方都具有独立性，美国改变态度的可能性是存在的。有乐观的理由。
·规划和制定空间站编队的实施方案，协调包括中方在内的各方并完成必要的技术工作，包括保证对接/泊接口兼容、数据通信系统的集成、建立协同的任务管理和控制系统，等等。对所有这些工作，欧洲航天局从国际空间站获得的经验将会提供极大的帮助。
·协调欧洲和国际空间站其他伙伴国的资源，为中国计划的修改导致的工作提供支援。例如，ISS降轨的实施。又如，利用欧洲EDRS中继卫星，乃至NASA的TDRS或俄罗斯的Luch系统来部分替代中国计划新建的测控站，等等。
要在三到五年内完成上述工作并非简单任务。但目前存在的机会和窗口非常难得，一旦错过可能以后很长时间将不会出现。我们也相信这里提出的建议在技术上和政治上都具有可行性，且是代价最低，最容易实现的合作方案。剩下的时间已经不多。这需要双方强烈的意愿和果断的决策，只有这样才能克服一切挑战。我们希望中国国家航天局、欧洲航天局、美国航空航天局能够迅速行动起来，抓住机会，继国际空间站之后，再次改变未来几十年人类载人航天的历史。
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