國(guó)際空間站已運(yùn)載20年，仍是太空棲息地的最佳選擇？

人類對(duì)于宇宙的觀測(cè)雖有數(shù)千年的歷史，但直到 20 世紀(jì)，人類才開發(fā)出了進(jìn)入太空的航空技術(shù)。2000 年，人類首次進(jìn)入外太空的國(guó)際空間站（International Space Station，ISS），也才真正擁有了從地球以外反觀地球的空間視角。 2000 年 11 月 2 日，載有美俄三名宇航員的 “聯(lián)盟 TM-31” 號(hào)宇宙飛船與國(guó)際空間站核心艙成功對(duì)接。從此，國(guó)際空間站正式開啟至今長(zhǎng)達(dá) 20 年的載人飛行史。

國(guó)際空間站不僅是宇航員們探索宇宙空間的高科技之家，更是一個(gè)理想 “天然實(shí)驗(yàn)室”。國(guó)際空間站這個(gè)獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)室可以允許機(jī)組人員進(jìn)行許多在地球上無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，探索改善人類賴以生存的地球生活的科學(xué)研究。

ISS 不僅支持人在地球軌道長(zhǎng)期駐留，而且該空間還擁有大量的實(shí)驗(yàn)資源，為研究人員在微重力環(huán)境下開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究提供了實(shí)驗(yàn)條件，更為太空醫(yī)學(xué)、地球和太陽(yáng)研究以及微重力實(shí)驗(yàn)研究提供了一個(gè)獨(dú)特的平臺(tái)。

20 周年似乎并不是一個(gè)里程碑，對(duì)于在危險(xiǎn)的太空環(huán)境中運(yùn)行的復(fù)雜機(jī)械而言，國(guó)際空間站正接近老齡化。近年來(lái)，它也遇到了幾個(gè)問(wèn)題，比如，最近俄羅斯模塊 Zvezda 發(fā)生了漏氣事件。

國(guó)際空間站的運(yùn)行史已經(jīng)證明人類可以在太空中生活和工作，但上面的環(huán)境如何？是否存在著能夠威脅常駐機(jī)組人員生命健康的微生物或細(xì)菌？

對(duì)于未來(lái)的載人太空探索任務(wù)，了解人們?cè)诳臻g站這個(gè)遙遠(yuǎn)、危險(xiǎn)、封閉的環(huán)境中該如何繁衍生息，必然是至關(guān)重要的一點(diǎn)，畢竟太空旅行并非那么簡(jiǎn)單。

“空間站” 的科幻發(fā)源地

空間站一直被認(rèn)為是未來(lái)太空移民的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，然而人類對(duì)于載人空間站或衛(wèi)星的最早構(gòu)思要追溯到 19 世紀(jì)。 1869 年 10 月至 1870 年 2 月之間，美國(guó)作家愛(ài)德華？埃弗里特？黑爾（Edward Everett Hale）的科幻小說(shuō)《磚月》（Brick Moon）向讀者介紹了在地球以外生活的想法，其中描述了一個(gè)直徑 200 英尺、用磚砌成的磚月亮，它是船只導(dǎo)航的一個(gè)輔助物，然而在載人的情況下被意外帶入地球軌道。

1923 年 6 月，羅馬尼亞火箭先驅(qū) Hermann Oberth 創(chuàng)造了 “空間站” 一詞。他在經(jīng)典著作《飛往星際空間的火箭》（The Rocket into interplanetory）中，設(shè)想建立一個(gè)環(huán)繞地球軌道運(yùn)行的平臺(tái)，該平臺(tái)將成為執(zhí)行月球和火星任務(wù)的起點(diǎn)。

Oberth 的想法得到了奧地利人 Herman Noordung 的認(rèn)可，Noordung 于 1928 年發(fā)布了一張軌道前哨基地的藍(lán)圖，基地由多個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊都有其獨(dú)特的功能。

Oberth 和 Noordung 都幻想他們的空間站將由大型火箭發(fā)射上天，而那時(shí)美德等國(guó)的火箭研究正在大力推進(jìn)。美國(guó)電視連續(xù)劇 Tomorrowland 最早向公眾展示了對(duì)輪狀空間站的設(shè)想，該軌道平臺(tái)將包括地球觀測(cè)站、微重力實(shí)驗(yàn)室以及天文臺(tái)。是執(zhí)行月球和火星任務(wù)的起點(diǎn)，成為人類探索內(nèi)部太陽(yáng)系的基石。

真實(shí)空間站發(fā)展軌跡

1969 年，美國(guó)航天局提議建立一個(gè)可容納 100 人的名為 “空間基地” 的空間站。其想法是建造一個(gè)平臺(tái)，用作支持科學(xué)研究和工業(yè)發(fā)展的微重力研究實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)可以作為核動(dòng)力空間拖船的母港，以便將宇航員從月球的前哨站基地運(yùn)送過(guò)來(lái)。

1971 年 4 月 19 日，蘇聯(lián)發(fā)射了人類歷史上第一個(gè)真正的太空站 “禮炮一號(hào)”，然而在飛行 5 個(gè)多月后，于 1971 年 10 月不幸墜入地球大氣層燒毀。隨后十年，蘇聯(lián)相繼在 “禮炮” 計(jì)劃中增加了 6 個(gè)空間站。 1973 年，美國(guó)發(fā)射了第一個(gè)太空站 Skylab。隨后的一年，Skylab 接待了三名機(jī)組人員，最終證明人類不僅可以在太空中生活和工作，而且還可以在大規(guī)模的軌道建設(shè)中發(fā)揮作用。

1986 年，蘇聯(lián)發(fā)射的 “和平號(hào)” 空間站是建造的首個(gè)核心站，后來(lái)又在其基礎(chǔ)上增加了其他模塊。直到 1998 年國(guó)際空間站發(fā)射首批艙體時(shí)，“和平號(hào)” 空間站仍在軌道上。在 2001 年，“和平號(hào)” 被擊落，穿過(guò)大氣層時(shí)發(fā)生解體，艙體上幸存下來(lái)的東西很可能最終被埋入太平洋底部 5000 米深的水下。

國(guó)際空間站最初的建設(shè)由美國(guó)國(guó)家航天局、俄羅斯聯(lián)邦航天局、歐洲航天局、日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)、加拿大國(guó)家航天局以及巴西航天局六個(gè)國(guó)際主要太空機(jī)構(gòu)聯(lián)合推進(jìn)，來(lái)自全球 25 個(gè)太空機(jī)構(gòu)和組織參與研制。

2000 年 10 月 30 日，“遠(yuǎn)征一號(hào)（Expedition 1）” 搭乘 “聯(lián)盟號(hào)” 火箭發(fā)射升空，并與國(guó)際空間站對(duì)接。美俄三位機(jī)組人員成為第一批在軌道哨所長(zhǎng)期生活和工作的人，人類多年的太空生活夢(mèng)想得以實(shí)現(xiàn)。

國(guó)際空間站現(xiàn)由 16 個(gè)模塊組成，其中四個(gè)俄羅斯的，九個(gè)美國(guó)的，兩個(gè)日本的和一個(gè)歐洲的。它的大小相當(dāng)于一個(gè)擁有五間臥室大小的房子，上面最多可容納六名機(jī)組人員，他們一次可在空間站內(nèi)居住六個(gè)月。

微重力環(huán)境下的空間適應(yīng)歷程

1961 年，前蘇聯(lián)宇航員尤里 - 加加林（Yuri Gagarin）首次在繞地球軌道上航行了一周，證明了人類可以在太空生存。但想要在太空中長(zhǎng)期生活面臨卻困難更多的困難，遠(yuǎn)比大多數(shù)科幻小說(shuō)或電影中所呈現(xiàn)的要復(fù)雜得多。

當(dāng)代的空間站不會(huì)自轉(zhuǎn)來(lái)提供重力，空間站也沒(méi)有上下之分。生活在地球上，我們不斷感受到重力的牽引力，我們的身體會(huì)自動(dòng)做出反應(yīng)，以在向下?tīng)恳氖澜缰斜３肿藙?shì)和運(yùn)動(dòng)。 而在微重力環(huán)境中，人體不會(huì)適應(yīng)這些恒定信號(hào)。宇航員在到達(dá)空間站以后，往往會(huì)需要幾天的適應(yīng)時(shí)間，以應(yīng)對(duì)身體的期望與身體的實(shí)際感覺(jué)之間存在沖突，他們每天飲水或洗漱等日常活動(dòng)，都需要提前計(jì)劃。

國(guó)際空間站的艙內(nèi)處于微重力狀態(tài)，在設(shè)計(jì)之初，考慮到機(jī)組人員的工作生活，艙中安裝了充當(dāng) “重力點(diǎn)” 的工具，包括扶手、帶子、夾子、搭扣點(diǎn)等，這樣機(jī)組人員在活動(dòng)的時(shí)候就可以借助他們固定身體不飄走。

國(guó)際空間站在 24 小時(shí)內(nèi)，就會(huì)繞地球旋轉(zhuǎn) 16 圈，在這樣高速旋轉(zhuǎn)的空間內(nèi)，想要辨別方向就顯得沒(méi)有那么容易。在俄羅斯艙內(nèi)，為了幫助宇航員們更加準(zhǔn)確地定位方向，面向地球的表面（“向下”）設(shè)計(jì)成了橄欖綠色，而背向地球的墻壁和表面（“向上”）則設(shè)計(jì)成了米色。

不僅如此，顏色在空間站的其他方面也發(fā)揮著重要作用，例如顏色對(duì)于宇航員心情的重要性，Skylab 就色彩很單調(diào)，宇航員甚至通過(guò)盯著用于校準(zhǔn)攝像機(jī)的彩色卡片，來(lái)打破如此單調(diào)的氛圍。

在大部分科幻電影中，空間站往往是科技感十足、干凈整潔的內(nèi)部環(huán)境，而現(xiàn)實(shí)中的國(guó)際空間站卻大相徑庭。

2012 年的一篇報(bào)道中曾提到，宇航員斯 Scott Kelly 將國(guó)際空間站的獨(dú)特香氣描述為類似于防腐劑和垃圾的混合物。

國(guó)際空間站內(nèi)臭氣熏天、噪音大，亂七八糟，到處都是脫落的皮膚細(xì)胞和碎屑，再這樣嚴(yán)峻的環(huán)境中，機(jī)組人員甚至都無(wú)法擁有一個(gè)好的睡眠。研究發(fā)現(xiàn)，在國(guó)際空間站普遍存在一種被稱為 “放線菌” 的皮膚細(xì)菌，這種細(xì)菌可能使宇航員發(fā)生從食物中毒到皮膚感染等各種疾病。

但是，透過(guò)不足看美好，艙內(nèi)的圓頂模塊（Cupola module ）提供了一個(gè)人類可能在任何地方都無(wú)法欣賞到的美景：向下俯視 180 度的地球全景。

新一代空間站

國(guó)際空間站的運(yùn)行成本非常高，僅美國(guó)國(guó)家航空航天局一年支出的成本費(fèi)用就高達(dá) 34 億美元，許多人對(duì)此提出質(zhì)疑，這么大的支出是否值得。如果沒(méi)有更多的商業(yè)投資，國(guó)際空間站可能會(huì)在 2028 年脫離軌道，并墜入海底。

人類探索太空的腳步前行不止，國(guó)際空間站的退役必將催生新一代空間站，屆時(shí)人類探索太空的棲息地又將在哪里？

由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）領(lǐng)導(dǎo)的深空探索 “Lunar Gateway” 項(xiàng)目，計(jì)劃在月球軌道上建設(shè)一個(gè)微型空間站，用作太陽(yáng)能通信樞紐、科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、短期居住場(chǎng)所、漫游車以及其他機(jī)器人的存放區(qū)，而 Gateway 的建設(shè)也預(yù)示著下一個(gè)階段的空間站生活很可能會(huì)轉(zhuǎn)移到繞月球的軌道上。

這個(gè)被稱為 “Gateway” 的深空前哨站是美國(guó) NASA “Artemis” 計(jì)劃的一個(gè)關(guān)鍵要素，Gateway 的建設(shè)基于國(guó)際空間站，但規(guī)模比國(guó)際空間站要小，計(jì)劃在未來(lái)十年內(nèi)送入月球軌道，宇航員可以在上面生活一個(gè)月的時(shí)間。

Lunar Gateway 的一項(xiàng)初步設(shè)計(jì)有四個(gè)可擴(kuò)展的乘員艙，可以為宇航員們提供更加寬廣的空間，但是對(duì)其他空間進(jìn)行了壓縮設(shè)計(jì)。

Gateway 的核心包括一個(gè)棲息地模塊和一個(gè)動(dòng)力和推進(jìn)元件，計(jì)劃在 2023 年底一起發(fā)射，其他一些部件可能會(huì)在以后加入前哨。美國(guó)宇航局官員表示，Gateway 將作為載人和不載人的月球表面之旅的中轉(zhuǎn)站。

Artemis 計(jì)劃的目標(biāo)是在 2024 年將兩名宇航員運(yùn)送到月球南極附近，但 NASA 希望到 2028 年，在月球上和周圍建立一個(gè)持久的、可持續(xù)的人類存在。

Artemis 計(jì)劃的另一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是為前往火星的航空任務(wù)鋪平道路，NASA 希望在 2030 年代開始發(fā)射火星。這些最初的飛行可能會(huì)成為火星上的研究前哨，科學(xué)家們可以從這個(gè)基地尋找火星生命的跡象，并進(jìn)行一系列其他實(shí)驗(yàn)。
責(zé)編AJX