回望國際空間站二十年:耗費如此巨資是否值得?
國際空間站(International Space Station,ISS)是否造福了人類社會?對這一問題,科學家們分成了兩派:一些人認為,國際空間站是一座團結的燈塔;但在另一些人看來,這不過就是一部動作電影的佈景。
太空科學家們正準備慶祝一項非凡的航天成就。再過幾天,人類在外太空的持續存在就將迎來20週年的紀念日。二十年來,一撥又一撥的宇航員不間斷地在國際空間站工作,將這個距離地球表面400多千米的巨大航天器作為自己的家。2000年11月2日,美國宇航員比爾·謝潑德(Bill Shepherd)、俄羅斯宇航員謝爾蓋·克里卡廖夫(Sergei Krikalev)和尤里·吉德津科(Yuri Gidzenko)首次登上國際空間站。此後,國際空間站上的宇航員團隊開始了穩定輪換,以確保空間站永遠不會空著。
共有240名男女在這個重達420噸的空間站上工作過。國際空間站以每小時約27700多公里的速度掠過地球,每天繞地球運行16圈。空間站長約109米,包括6個睡覺的地方,兩個廁所和一個健身房。最受歡迎的地方是由歐洲空間局建造的穹頂艙(Cupola),直徑約2米,高1.5米,設有6個周邊窗和1個天窗。穹頂艙能提供360度的視野,使宇航員能夠直接觀察機械臂操作和已泊接的航天器,還可以遠眺地球,凝視正在聚集的風暴,以及太陽的升起。
蒂姆·皮克(Tim Peake)是唯一一位登上國際空間站的英籍歐空局宇航員,他對穹頂艙有一種特殊的感情。皮克說,他在那裡第一次看到我們的星球時,就意識到它是多麼脆弱。“你可以看到大氣層,只有16公里厚。它不是無窮無盡的,”他在接受采訪時回憶道,“所有確保我們能在地球上生存的氣體都被在這個非常、非常小的圈層內。你會突然意識到,我們排放其中的東西真的影響很大。”
國際空間站的生活中也有更平凡的一面:宇航員在失重的漂浮狀態下演奏吉他小夜曲;意大利宇航員薩曼莎·克里斯托弗雷蒂(Samantha Cristoforetti)用一個零重力馬克杯第一次品嚐了在外太空製作的意式濃縮咖啡;當然,宇航員們還得處理一連串的廁所故障——“我發現,這才是空間站上吸引地球上最多好奇的地方,”皮克說道。許多科學家堅持認為,這些內部細節十分重要。“國際空間站的運營向我們表明,人類可以在遠離自己星球的外太空建立家園,那裡的環境確實非常惡劣,”英國愛丁堡大學的天體生物學家查爾斯·科克爾(Charles Cockell)教授說,“這對我們來說是非常重要的一課。”
在20世紀80年代,美國國家航空航天局(NASA)起草了建造永久軌道空間站的計劃。然而,對該計劃所需費用的預測表明,建造空間站的成本將高得驚人,直到蘇聯解體提供了與俄羅斯合作的機會。蘇聯及後來的俄羅斯先後成功地運行過8個空間站,包括較小的禮炮號(Salyut)空間站和更大的和平號(MIr)空間站,他們的空間工程師在長期空間任務中已經獲得了相當多的經驗。
“這也是美國的一項高度務實的舉措,”英國國家航天中心(National Space Centre)的主管阿努·奧賈(Anu Ojha)教授說,“美國希望防止蘇聯太空專家在蘇聯解體時被各個國家搶走。因此,美國試圖讓他們參與到聯合空間計劃中,這樣就可以讓他們呆在家裡,並給予一定的收入。對於這樣的計劃,國際空間站是完美的。”
最後,美俄兩國就建造國際空間站的計劃達成一致,加拿大和日本的航天機構也同意加入這個項目,還有歐洲空間局,英國是其中的關鍵成員。空間站的組裝始於1998年,在2011年完成。在這十三年時間裡,美國的航天飛機進行了30多次飛行,俄羅斯的火箭進行了40次多飛行,才將所有組件和模塊帶到空間站。多年來,宇航員們一直專注於空間站的建設,直到近幾年才能夠集中精力從事嚴肅的科學研究,包括與地球上數千名科學家合作進行3000多項實驗。
建造國際空間站的最終費用超過1000億美元。每一年,這座空間站在維護和補給飛行上耗費約40億美元。其中大部分由美國支付。問題在於:這麼一大筆開支值得嗎?
英國倫敦大學伯貝克分校的行星科學家伊恩·克勞福德(Ian Crawford)教授認為,這樣的付出是值得的。他說:“國際空間站是高規格國際合作的一個極好範例,當時的世界迫切需要這樣的行動,將世界人民和不同國家聯繫在一起。學習如何在太空中生活和工作,對我們做好重返月球的準備,以及未來把人送上火星等,都有很大幫助。”
然而,也有科學家持不同的立場。“你無法證明建造國際空間站所花費的巨額資金是合理的。” 英國的皇家天文學家馬丁•里斯爵士(Sir Martin Rees)表示,“首先,科學上的回報是微不足道的。我們的確了解了身體在太空中長時間停留的反應,也在零重力環境下生長了一些晶體,但這與花在國際空間站上的數百億美元是不相稱的。實際上,只有當空間站的廁所被堵住,或者宇航員拿著吉他漂浮在太空中唱歌時,空間站才會成為新聞。”
馬丁·里斯還指出,美國國家航空航天局的錢應該花在向其他行星發射機器人的任務,或者建造軌道天文台上。他的觀點得到了美國德克薩斯大學奧斯汀分校的物理學家、諾貝爾獎獲得者史蒂夫·溫伯格(Steve Weinberg)的支持。“在國際空間站上做的唯一有趣的科學研究是通過阿爾法磁譜儀研究宇宙射線,但宇航員沒有參與操作,”他說,“如果使用無人任務將該儀器送入軌道,成本會低得多。”
阿努·奧賈教授補充道,他最初非常懷疑國際空間站的科學原理,但現在確信它是一個重大的成功。他說:“我們在載人航天上的經驗,以及在空間工程和科學成果方面取得的成就是巨大的。我們已經學會瞭如何在太空中組裝巨大的結構,如何在太空中長時間生活,同時處理各種各樣的突發事件。關鍵在於,我們不能浪費這種經驗。”
從對國際空間站宇航員的研究中,我們已經得到一個重要的教訓,那就是長時間的零重力環境會對人體產生影響。這些症狀包括肌肉衰退、骨密度降低、視力和味覺障礙等。科學家發現,宇航員在完成4到5個月的太空任務後,需要數年時間才能恢復骨密度。另一方面,通過使用跑步機和舉重器械,宇航員可以避免肌肉衰退的最壞影響。
美國國家航空航天局計劃在4或5年內繼續為國際空間站提供資金,並表示希望私營公司能接管並進行商業運作,同時為探索和定居月球的前沿任務提供資金,或許有朝一日能將人類送上火星。這些項目將包括在繞月軌道上建造一個月球“門戶”(Gateway)——一座小型的空間站——作為探索月球表面的中轉站。
但是,私營企業會有興趣接管國際空間站嗎?許多公司都表達了初步興趣,稱他們希望在那裡展開工作。總部位於德克薩斯州的“公理太空”(Axiom Space)公司與美國國家航空航天局簽署了一項協議,將建造一個用於研究新型材料的太空艙;演員湯姆·克魯斯和導演道格·里曼計劃明年乘坐SpaceX公司的載人龍飛船飛往空間站,為一部動作冒險電影拍攝場景;而計劃於2023年播出的電視真人秀比賽“太空英雄”(Space Hero)已經宣布,他們計劃將獲勝者送往國際空間站。
這樣的冒險活動是否足以提供運營空間站所需的數十億美元,仍有待觀察。另一種選擇是拆除國際空間站,使其所有部件墜落到地球上,並在大氣層中燒毀。查爾斯·科克爾教授認為,這將是一種可怕的浪費,“要讓所有人都同意建造空間站,然後付諸實施,整個過程投入了巨大的努力。如果我們失去這座空間站,那麼在短期之內,我們幾乎沒有機會再建一個,所以我們需要鼓勵那些私營公司,希望他們能讓空間站至少再運行10年。”(任天)