走近“天字號”太空工程

劉鳳梅

1998年11月20日，“阿爾法”國際空間站的第一個組件由俄羅斯建造的“曙光”號功能貨艙從哈薩克斯坦拜克努爾發射場成功發射，并進入工作軌道，這標志著人類歷史上體積最大、結構最復雜、參與國最多的國際空間站開始進入復雜而龐大的裝配階段。按照建設計劃，美國“奮進”號航天飛機于12月3日把空間站節點艙送上天，這個節點艙將作為一個狹長的聯接通道，幫助空間站的生活艙和試驗艙對接到“曙光”號功能貨物艙上。作為人類迄今為止最為復雜的一項太空工程，“阿爾法”國際空間站其誘人的應用前景的確打動了許多人的心。但整個空間站由30多個太空艙連接而成，需要發射近百枚火箭，另外，宇航員還必須在艙外工作1000多個小時，工程如此之大，有沒有危險呢?是不是存在著失敗的可能呢?這些都是令人關注的問題。

造起來“不惜血本”

國際空間站不愧為有史以來的最大的太空工程。根據設計，這個飛行于太空的龐然大物長108米，寬88米，如果太陽能光板全部展開，其面積將有兩個足球場那么大，比俄羅斯的“和平”號空間站大5倍。它由兩個部分立體交叉而成，第一部分是由俄羅斯制造的功能貨艙為基礎，它通過對節艙段及節點艙與俄羅斯服務艙、研究艙、生命保障艙、美國試驗艙、居住艙、日本實驗艙、歐洲哥倫布艙等對接，形成空間站的核心部分，采用積木式構型。另一部分是在美國的橫架結構上安裝加拿大的移動服務系統空間站、艙外設備以及四對大型太陽能電池板。這兩大部分垂直交叉構成龍骨架，不僅加強了空間站的剛度，還有利于各分系統和科學實驗設備工作性能的正常發揮，使宇航員的艙外活動對空間的質量特性影響減少到最小程度，從而保證了空間站的微重力環境和控制精度。

空間站的平均運行高度為354公里，飛行速度為每小時2．8萬公里，設計工作壽命為10～19年。建造期間需要把重達90萬磅的各類物資送上太空，這至少需要43次太空飛行，其中34次需要動用航天飛機。為完成空間站的裝配和電纜線的聯接，美、俄宇航員將做144次太空行走，這相當于過去40年美國宇航員太空行走總和的兩倍。據估計，國際空間站的組裝將花費6年的時間，由美國、俄羅斯、日本、加拿大、巴西和歐洲空間局(由11個成員國組成)共16個國家數以千計科學家共同參與。

建造國際空間站是一件高投入、高風險的事情，那么為什么會有這么多的國家熱衷于此呢?冷戰時期美國總統肯尼迪曾說過：“如果蘇聯控制了太空，他們就能控制地球。”為此，美國和前蘇聯在太空拼命爭奪，現在冷戰雖已結束，但是太空站的地位卻有增無減。

以往的航天器功能單一、壽命短、種類數目繁多，因此導致各國發射頻率高。大多數航天器都是在軌不可維修、不可加固和不可補給的，航天器不能在軌組裝，使得許多巨型設備無法在太空落腳，這就使得高效益的研究和生產不能進行，進一步開發和利用空間資源變得很困難。比如把航天器作為太空中轉站去探索月球和火星，在航天器上建立空間工廠和試驗基地等等，由于要處理的主要不是信息，而是物質或能源，因此采用的方法和過程、所需的裝備往往要比單純用于信息處理的大且復雜。在現在和可以預見的將來它們還很難實現自動化，這就需要人在空間現場進行工作，而空間站則是發揮人的主觀能動性的最佳載人航天器。

實踐證明，空間站是航天技術發展合乎邏輯的一步，它能長期載人、實驗空間大，是現有的任何航天器所無法比擬的。但是，現在運行的“和平”號空間站早已經超期服役、嚴重老化，即將退出太空舞臺，人類必須研制一個更加先進的空間站取而代之。在國際空間站人們不僅可以利用太空資源進行科研，還可以探索商業應用前景，為人類的太空開發積累科學和技術數據。正如美國航天局的官員所說。建造這個空間站的目的之一是了解人類如何在太空中安全而有創造性地生活和工作。

想起來“令人揪心”

美國《時代》雜志最近發表文章，反對建立國際空間站，文章分析了這個項目不該進行的各種原因。例如，文章認為人類利用空間站制造新金屬、新藥物以及測試人體在太空中的生理變化，都可以通過廉價的辦法獲得，而不用投入如此的巨資。而其中最主要的還是“錢”的問題，如俄羅斯的服務艙原定于1998年4月完工，但至今尚未最后結束，如果沒有這個服務艙。空間站的科學家將沒有可居住的地方。《時代》的觀點當然只是一家之言，但是，國際空間站在建設過程中確實存在著這樣那樣的現實問題。

首先，因為空間站規模空前，所以人們無法像其他航天器那樣在發射前進行地面聯合測試，而且空間站在軌組裝工作開始時有些部件還在制造，只能邊裝配邊試驗，完全是“摸著石頭過河”。尤其重要的是，這些軟、硬件分別來自16個國家的幾百家廠商，管理與使用方面技術復雜，很容易相互影響，為此美國還專門制定了一整套的驗證計劃，以保證質量和匹配。

其次，為了完成空間站的裝配，美國宇航員要出艙活動930個小時，俄羅斯宇航員要出艙活動460個小時，再加上完成維修任務也需要出艙，國際空間站所需要的出艙活動時間就更長了，因而其危險性就大大增強，宇航員稍有不慎就會成為有去無回的“人體衛星”。另外，宇航員出艙接通來自不同國際伙伴的管線和線路也不是一件容易的事，如果不匹配就會延誤計劃的按期完成。國際航天專家們表示，在興建空間站的整個過程中，發生重大事故的可能性很大。英國的一份研究顯示，完成這樣一項空間項目，至少發生一次重大事故的機率高達73．6％，而任何一次機械大事故或人員的傷亡，都可能導致這個項目的失敗或長時間擱置。

再者，人類40余年的太空探索已經在太空留下了諸多痕跡，地球四周的軌道內充斥著衛星和火箭碎塊等。雖然美國航空航天局可檢測到直徑10厘米以上的物體，并移動空間站以躲避它們的襲擊，但是遇到更小的碎片時就無能為力了。科學家還為空間站設計了保護層，使其能夠抵抗速度為每秒7公里的彈子大小的物體的沖擊，但是因為太空艙的情況不同，每個太空艙在10年間被太空物體擊穿的概率在1～2％之間，如果近30個太空艙組建完畢，被擊穿的概率就上升到24％左右。如果空間站遭碎片撞擊后裂了一個小口子，宇航員還可以及時補救，但是當撞到關鍵部件上時，如氙氣室，就會發生爆炸，最為糟糕的是太空艙會像氣球那樣爆裂。

另外，專家指出，宇航員在高輻射的宇宙空間呆上1小時都會增加罹患癌癥的可能，美國休斯頓宇航中心的專家研究發現，宇航員們每小時所接收的輻射量有O．15西韋特，相當于照射了1000次X光胸透，而在美國人們每年所受的輻射量不能超過0．05西韋特。所以，宇航員每完成一次太空任務回來后，體內染色體變異數量都會增加。如果在空間站工作期限滿180天，那么其罹患癌癥的概率將接近1％。而國際空間站至少要運行10年。一次最多只能容納7名宇航員，宇航員罹患癌癥的可能性無疑增加了不少。

最后，即使空間站建造成功，而運行它需要很大的補給量，包括宇航員的食品、生活用品、空間站所需備件、科學試驗用品以及運送這些東西所需的費用，統算下來，每年的運行費用就達幾十億美元。前不久，國際空間站就因為資金問題掀起波瀾，俄羅斯于1998年9月22日表示沒有錢建造由俄羅斯負責的一些艙段。為幫助俄羅斯擺脫困境，美國準備在未來4年內購買由俄羅斯制造的多達6．6億美元的物資裝備。這筆金額約占俄承擔總費用的一半，雖然美國國會勉強同意了這一計劃，但一些議員對此表示了極大的不滿。看來，在國際空間站的實施過程中，將會經歷許多的風風雨雨。

(責任編輯／錢利群)