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第11章 空间站(11)

时至1993年,克林顿入主白宫。他面临着一场扭转国家经济衰退状况的严重挑战。为了压缩非生产性开支,削减无效益和低效益的投资项目,在发展航天技术政策上,克林顿主张量力而行,讲求实效。首先取消了重返月球和载人火星飞行等探索性计划。

至于空间站,克林顿认为它是美国在世界航天领域保持领先地位的象征。尽管由于前苏联解体,冷战结束,致使“自由”号在政治上的争霸作用已大大降低,但它仍然是显示科技与经济实力的一个标志,决不能放弃,勒紧裤带也要干。何况,它又是一个多边国际合作项目,即使从国际信誉考虑,也要坚持到底。

但是,为完成空间站所需的总经费估算高达400亿美元(其中包括1985~1992年9月为止已花掉的田亿美元)。建成后,每年的运营费为20亿美元,按30年寿命计,需要再投入600亿美元,也就是成本达到1000亿美元。

面对如此庞大的建造、运营费用,又鉴于国内经济萧条、债台高筑,克林顿政府不得不下决心大幅度削减空间站的经费预算,要求今后5年内,对空间站的年投资不超过10亿美元。

在经费削减一半;的情况下,对原来的方案进行局部性修改已无济于事,必须另起炉灶,重新设计。

“自由”号的新设计

1993年3月,国家宇航局成立了空间站重新设计组,并提出了重新设计的原则:

一、空间站的用途要缩小范围,由过去的包括微重力材料加工和生命科学等综合性任务转向以研究长期航天飞行对人体健康影响的任务为主;二、缩短桁架或干脆取消桁架,将桁架式构型改为舱段式构型,太阳电池翼板安装在舱段的外壁;三、尽可能在地面完成装配工作,进一步减少航天飞机的飞行次数,为节省发射费,可考虑用一次性运载火箭发射空间站的构件或舱段;四、最大限度地利用现有的技术和装备,包括经过空间飞行考验的、已经研制出来的以及正在研制中的硬件;五、将空间站的工作寿命由30年减为10年,以大大降低设计难度。

经过3个多月的紧张工作,航宇局提出了3种方案供总统选择。

第一种方案是原方案的缩小,只保留3个实舱和部分桁架梁,仍然利用正在研制中的空间站硬件;发电能力减为60千瓦。站上的电源系统和数据管理系统功能简化,环境控制和生命保障系统采用俄罗斯的现成设备。

该方案的最大特点是采用美国侦察卫星的公用舱——负责推进与姿态控制的功能舱,这是成熟的技术,也可降低研制费用。同时,取消了加拿大研制的遥控机械臂。

在三个新方案中,这个方案所需投资最少,总建造费为170亿美元。首次发射时间预定为1997年10月,2000年10月完成建站。

第二个方案基本上保留了原方案的构型,仅仅取消了研制成本高的居住舱,而用航天飞机代替之。因此,该方案要求扩大航天飞机的功能,不仅要能多装物资,而且与空间站对接后要成为空间站的一部分,作为空间站上宇航员生活起居的场所,从而使空间站本身的组成简化。

该方案只需进行8次航天飞机发射,即可建成第一期有人照料的空间站。

这个方案还建议,将空间站运行轨道倾角改为51.6度,以便考虑俄罗斯的运载火箭和载人飞船参与“自由”号空间站的建造。

由于该方案较多地继承原方案,所以它在三个方案中所需投资最大,总建造费用估算为193亿美元,开始发射时间为-1997年10月,建成时间为2001年10月。

第三个方案是一个全新的设计方案,准备研制一个直径为7米、长为28米的巨型单舱空间站。舱外装有4块太阳电池翼板,舱内分为7层、68个机柜,用以安装各种实验仪器和环控与生保、制导、导航与控制等站上的保障系统。

该方案的优点是:舱内容积大,有科于宇航员在舱内活动;建造时在空间装配的工作量很少。其缺点是:发电能力小,只有30千瓦;徽重力条件差,总建造费用为151亿美元。1999年9月才开始发射第一个构件,于2001年1月建成。

美国总统克林顿最后拍板,选择了第一方案。因为这个方案可以较多地利用“自由”号计划执行以来所取得的成果,减少浪费,少走弯路,风险最小。目前,正在就此方案进一步展开方案设计和技术设计。

尽管“自由”号空间姑重新设计的方案已被总统批准,总建造费用可由400亿美元压缩到200亿美元以下,但是实际费用能否控制在这个数目范围内,还很难说;能否自始自终碍到国会的支持,也是个难题。

此外,美国在事先未同欧洲航天局、日本和加拿大磋商的情况下,就单方面重新设计空间站,甚至取消加拿大遥控机械臂的研制任务,引起了合作伙伴的不满,也为国际合作投下阴影。

自1988年以来,美国国会众议院在讨论航宇局的经费预算时,每年都要为是否支持空间站计划,展开激烈的舌战。今年6月,在众议院表决时,赞成票比反对票仅仅多1票,空间站计划险遭否决。

重新设计后的“自由”号空间站计划,前进的道路仍是障碍重重,主要在经费。为了获得每年10~20亿的经费,国家宇航局尚需付出长期的艰苦努力。

美俄联合建造空间站

随着东西方冷战结束和前苏联的解体以及西方经济的衰退,为国际合作创造了从来没有过的良好环境。1993年9月2日,美俄之间签署了一项具有历史意义的航天合作协议,主要内容有三个:一是同意在它们现有的“自由”号和“和平”号空间站的基础上,建造世界上第一个真正的国际空间站;二是美国向俄罗斯开放国际航天商业发射市场,在2000年12月31日之前允许俄罗斯发射8颗地球同步轨道通信卫星(分4次发射)和21颗低轨道卫星(为美国“铱”系统计划发射3次,每次发射7颗),并规定其发射服务价格不得低于西方最低发射价格的92.5%;三是在航空领域联合进行科学研究,相互利用试验设备和试验结果。前美国副总统戈尔说,华盛顿和莫斯科之间已开始“分享高技术,以降低成本和避免重复”。“无论从哪方面看,我们签署的协议代表了我们为之奋斗的事业的前沿”。

美俄联合建造空间站的计划预计为10年,分3个阶段来完成。

美国宇航局的统一空间站方案图中表示俄罗斯的“和平”2号部件位于桁架的上方,而美国/国际伙伴的舱位于航天飞机附近第一阶段为美俄扩大联合载人航天活动期。从1994年开始,美国将宇航员送上目前在轨运行的“和平”号空间站,以训练他们长期在空间站上生活和工作的适应能力。美国航天飞机还将给这个空间站运送新的太阳能电池板,缓解该站严重缺电的状况。俄罗斯方面将为“和平”号空间站增加两个分别装有美俄航天设备的实验舱,使美国可以进行大规模的空间科学实验,获取更多的轨道交会和对接以及有关生命科学、微重力、地球资源等方面的研究经验。在此阶段,美国将向俄罗斯支付大约4亿美元的经费。

第二阶段从1997年开始,首先俄罗斯发射一个与“和平”号空间站核心舱类似的大型舱体,作为联合空间站的基稍,为空间站提供导航和轨道控制等功能,然后发射美国制造的实验舱和两艘俄罗斯的“联盟”号载人飞船,与核心舱对接,构成一个过渡性空间站。“联盟”号则作为宇航员返回地面的紧急救援舱。在这个阶段将用美国的航天飞机和俄罗斯的“质子”号火箭运送宇航员和货物,以获得使用两种不同运载工具的实践经验,并试验最终要建造的多国合作空间站的结构和在轨道上进行组装的能力。在美俄签署的文件中指出:“成功地完成这一阶段工作,将成为今后统一的国际空间站的关键组成部分。”第三阶段从1998年开始到2004年结束。这期间要将美国的居住舱、欧洲空间局和日本的实验舱以及加拿大的遥控机械装置送上轨道,最终完成空间站的组装。联合空间站的轨道倾角为51.6度,将运行10年。

美俄两国还商定,美国的地面控制人员将逐步参与莫斯科附近的航天飞行控制中心的活动,并最终接管航天飞机与“和平”号空间站的指挥工作。

这项10年计划的实施还取决于美国国会和“自由”号空间站国际伙伴的态度,要使他们相信这项计划从财政和技术两方面都是可以接受的。

德国研究技术部长克鲁依杰说,美国的这个行动“基本上是正确的,看来今后对研究工作的长期投资只能通过全球合作才能实现”。但是,他认为由于俄罗斯的参加,欧洲就要改变其空间站计划。他要求美国政府尽快组织所有参加空间站计划的国家召开高级会议。欧洲和日本的政府官员私下担心地说,美俄协议将使他们还要花费数百万美元来改进各自的空间实验室,并且这些硬件的发射时间也要拖上好几年。欧洲空间局和日本对其实验舱总共已投入大约30亿美元,按原计划,将由美国航天飞机于1999年发射。一名欧洲空间局官员说:“如果俄罗斯参加空间站,那么它将是一个完全不同的设施。我们再也不能谈论‘自由’号空间站了。轨道、时间表和任务等都要改变。”负责空间站计划的官员说,适于用美国航天飞机和俄罗斯“质子”号火箭运送人员和货物的空间站轨道倾角是51.6度,与原来“自由”号空间站采用的倾角为28.5度的轨道之间差别是很大的。这种变化会降低航天飞机的运载能力,并且可能使装在实验舱里的有效载荷不得不做变动。已选好的实验装置都是以事先装在实验舱内的方式由航天飞机一次发射人轨;如果改变了空间站的轨道倾角,那么航天飞执携带一个满载的实验舱是不可能的了,科学家可能还要重新选择适合新的轨道倾角的实验。

日本宇宙开发事业团驻法国巴黎办事处负责人说:“我们是乐于作改变的,但是要做如此大的变动实在令人吃惊。这意味着要对日本实验舱的设计做很大的改动。推迟发射时间又要增加费用。”

欧洲空间局局长路顿在1993年7月未曾说,欧洲“哥伦布”实验室的发射人轨时间要推迟3年。欧洲政府的一些官员说,欧洲的财政困难使这种推迟更容易接受。这也说明昂贵的研制工作也要推迟。但是为了保持这批设计队伍更长的时间,以适应新的时间表也将造成更高的总费用。德国研究技术部长说:“德国一直是提倡与俄罗斯合作的。”“目前,为了保持一个重要合作伙伴的地位,在这种新的国际合作形势下寻求欧洲的作用是很重要的。”

美国航宇局约翰逊航天中心的两名高级官员认为,如果不首先解决联合空间站的技术和管理问题,那么俄罗斯参加空间站工作就会损害机组人员的安全和增加美国的费用。他们还指出,美国人对“和平”号空间站上的设备于解甚少,例如,美国的电源和数据管理系统是否能与俄罗斯的相应系统兼容;俄罗斯的制导、导航系统是如何工作的;发生紧急情况,为机组人员采用什么样的逃逸手段等等都需要了解。

观测地球和宇宙

空间站在离地面几百千米到几百万米的高空飞行,脱离了地球大气层的束缚。从这里观测太阳、月亮和星星,没有大气的折射、散射和吸收的干扰,也不受刮风和下雨的影响,因此,在空间站上建立起一个天文台,天文学家可以长期在这里工作。这将使天文学的研究进入一个崭新的阶段。

美国和前苏联从空间时代一开始,就利用空间观测地球。近30年来,它们利用载人空间飞行获得了大量有用的科学资料,拍摄了几千万幅地球照片。如果今后在永久空间站上放上光学、雷达以及先进遥感器,宇航员在站上及时进行分析研究、处理获得的数据,加以筛选,去伪存真,比不载人卫星具有更大优点。特8U是在空间站上安放大型雷达天线,不受天气阴雨、云及昼夜的影响,由人操作,使人机结合,对地球观测能获取最大效果。宇航员或科学家利用天文望远镜观测宇宙,从而摆脱了地球大气的扰动,使科学家更能了解宇宙的奥秘。一位欧空局官员在谈及如何利用空间站时说:“必须有飞行机会,一位科学家才能成为空间站的用户,否则他只是一位科学家。”空间站的时代能让更多科学家登上空间站进行研究工作。

空间站在绕地球的轨道上飞行,大约一个半小时绕地球一周。因此,从空间站上可以监视气象变化,探测大气和水的污染,发现森林火灾和勘探地球资源,并且可以操纵空间站上的大型照相机准确地拍摄地面的军事目标。

“空间实验室”

人在“空间实验室”里确实能进行许许多多科学实验,开拓新技术。根据美国“空间实验室”、前苏联“礼炮”站与“和平”站、美与前苏联“阿波罗一联盟”对接飞行以及三次欧洲“空间实验室”飞行经验,证明了“空间实验室”的优越性。例如,1987年前苏联宇航员在“和平”站上做了600次天体物理和130次地球物理观测、100项技术和80次日力观测实验,主要致力于砷化镓、电泳以及合金实验研究。在地球上由于受到重力影响,无法获得高纯度、高质量理想产品。在空间实验室里,空间环境无沉淀和对流,在无重力下,液体自由浮动为获取高纯度、高质量的理想产品提供了条件。只有在永久空间站出现后,才能从实验发展成为空间产品。美国“自由”号空间站上有美国实验舱、日本实验舱以及欧空局的实验舱,将进行大量的科学实验、生产实验。然而,前苏联“和平”站从1986年2月进入太空后,由于准备条件不充分,未能充分发挥它的作用。1989年犀月,前苏联星城宇航员培训中心主任沙塔洛夫中将(前宇航员)说:“宇航员在‘和平’站上的大部分时间是修理出故障的仪器,无时间从事空间实验研究。”前苏联虽拥有长期飞行的“礼炮”号站与“和平”号站,但利用率不高,未获得像欧洲“空间实验室”短暂飞行的成就。

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