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陳藍(lán):中國(guó)空間站,如何彎道超車(chē)?
——與國(guó)際空間站共軌,以搶占載人航天主導(dǎo)權(quán)的建議
關(guān)鍵字: 空間站國(guó)際空間站天宮一號(hào)天宮二號(hào)中國(guó)空間站空間站并軌空間站共軌GoTaikonauts中美航天合作中歐航天合作另一方面,對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō),將自己的空間站發(fā)射到國(guó)際空間站軌道,必須解決以下兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題,并需要一定的資金投入:
·發(fā)射運(yùn)力問(wèn)題。國(guó)際空間站軌道是一根傾角51.6度、高度400公里的圓軌道,比計(jì)劃中傾角42-43度的中國(guó)空間站軌道傾角更大。計(jì)劃發(fā)射空間站艙段的長(zhǎng)征5B型火箭,發(fā)射神舟飛船的長(zhǎng)征2F和天舟貨運(yùn)飛船的長(zhǎng)征7號(hào)火箭都可能存在少許運(yùn)力差距。通過(guò)適當(dāng)減少發(fā)射時(shí)艙段和飛船攜帶的推進(jìn)劑和設(shè)備,或者將國(guó)際空間站降軌到350公里(如國(guó)際空間站2011年前使用的350公里高度軌道),應(yīng)該能解決這個(gè)問(wèn)題。中國(guó)空間站完成后,仍可用貨運(yùn)飛船將兩個(gè)空間站提升到400公里軌道。
·測(cè)控站和著落場(chǎng)問(wèn)題。傾角的改變也改變了發(fā)射落區(qū)和著陸路徑,使得現(xiàn)有的部分測(cè)控站和酒泉附近的備用著陸場(chǎng)無(wú)法使用。可能需要在酒泉的東南(新的發(fā)射落區(qū))新建測(cè)控站,并在內(nèi)蒙四子王旗西南新建測(cè)控站和備用著陸場(chǎng)(用于彈道式再入緊急著陸)。同時(shí),印度洋、文昌附近可能需要重新部署測(cè)控船。世界各地的緊急著陸點(diǎn)也必須重新規(guī)劃和準(zhǔn)備。
目前離開(kāi)中國(guó)空間站的第一個(gè)試驗(yàn)性核心艙的發(fā)射(2018)還不到三年。如果要實(shí)現(xiàn)這里建議的空間站編隊(duì),即使不考慮政治上可能存在的問(wèn)題,技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)也面臨非常大的挑戰(zhàn)。不過(guò),按目前計(jì)劃,試驗(yàn)性核心艙發(fā)射后如果一切正常,它將直接作為空間站建造基礎(chǔ)。如果它不滿足在軌建造空間站條件,則會(huì)再發(fā)射一個(gè)改進(jìn)的核心艙。因此,存在另一個(gè)方案,就是試驗(yàn)艙仍然發(fā)射到42-43度軌道,但不再作為空間站核心。2020年左右,將正式的核心艙發(fā)射到國(guó)際空間站軌道。這樣可以爭(zhēng)取到兩年時(shí)間,雖然試驗(yàn)艙不能再利用,但如果能實(shí)現(xiàn)空間站編隊(duì),仍然是值得的。
總而言之,通過(guò)共軌和國(guó)際空間站合作,對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)絕對(duì)是利大于弊,得大于失。
中國(guó)空間站設(shè)計(jì)軌道。此圖顯示天宮一號(hào)軌道。按目前計(jì)劃,中國(guó)空間站將采用相同傾角的軌道。可見(jiàn)俄羅斯兩個(gè)發(fā)射場(chǎng)均在軌道最北點(diǎn)以北,美國(guó)北部地區(qū),包括五大湖,也在軌道覆蓋范圍以北。(圖片來(lái)源:陳藍(lán)/Sebastian Stoff)
國(guó)際空間站軌道,可觀察美國(guó)北部地區(qū),也在俄羅斯兩個(gè)發(fā)射場(chǎng)可達(dá)范圍內(nèi)。(圖片來(lái)源:陳藍(lán)/Sebastian Stoff)
軌道圖說(shuō)明:曲線為空間站飛行軌跡地面投影(顯示最近三圈)。TIANGONG-1為天宮一號(hào),ISS為國(guó)際空間站。紅點(diǎn)為航天發(fā)射場(chǎng)。JSLC為酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,WSLC為文昌航天發(fā)射中心,KSC為美國(guó)航天局肯尼迪航天中心,Kourou為歐洲航天局庫(kù)魯航天中心,Baikonur為俄羅斯租用的哈薩克斯坦拜科努爾航天發(fā)射場(chǎng),Vostochny為俄羅斯新建的東方港航天中心。水平紅線為軌道所達(dá)最高緯度。
歐洲的角色
實(shí)現(xiàn)兩個(gè)空間站的編隊(duì),不光中國(guó)受益,國(guó)際空間站伙伴國(guó)的受益可能更大。國(guó)際空間站已經(jīng)在軌運(yùn)行17年多。到2024年(或2028年)退役的時(shí)候,它的連續(xù)工作時(shí)間將超過(guò)25年(或29年)。老化的設(shè)備將成為最大的安全隱患??臻g站編隊(duì)帶來(lái)的安全保障對(duì)國(guó)際空間站來(lái)說(shuō)會(huì)變得越來(lái)越重要。
國(guó)際空間站退役后,參與國(guó)的載人航天計(jì)劃將面臨重大選擇。對(duì)歐洲來(lái)說(shuō),除了跟隨美國(guó)投入深空任務(wù),似乎并沒(méi)有更多的選擇,這意味著放棄近地軌道的活動(dòng)。和中國(guó)空間站合作,可以打開(kāi)一扇新的大門(mén),繼續(xù)保持近地空間的存在。對(duì)俄羅斯來(lái)說(shuō),能否獨(dú)立實(shí)施自己的空間站計(jì)劃似乎也存在很多問(wèn)號(hào)。和中國(guó)的合作可能也是一個(gè)好的選擇。如果兩個(gè)空間站的編隊(duì)計(jì)劃得以實(shí)現(xiàn),那么他們?cè)趪?guó)際空間站較新的幾個(gè)艙段,比如歐洲的哥倫布艙和俄羅斯的多功能實(shí)驗(yàn)艙(將于2017年發(fā)射)可以直接轉(zhuǎn)移到中國(guó)空間站繼續(xù)工作。
對(duì)這個(gè)建議來(lái)說(shuō),政治障礙可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于技術(shù)障礙。在去年十月耶路撒冷召開(kāi)的國(guó)際宇航大會(huì)期間,資深航天記者彼得·塞爾?。≒eter De Selding)在推特上報(bào)道了新任歐洲航天局長(zhǎng)沃爾納(Johann-Dietrich W?rner)的發(fā)言,他說(shuō)他希望中國(guó)放棄自己的空間站,轉(zhuǎn)而加入國(guó)際空間站。雖然愿望良好,但這是一個(gè)極為天真的想法。他可能完全不了解中美航天合作的歷史。
中國(guó)從1990年代末到2000年代中多次表達(dá)過(guò)參加國(guó)際空間站的意愿,但都被美國(guó)方面拒絕了。美國(guó)國(guó)會(huì)到目前為止都沒(méi)有改變對(duì)中美航天合作的態(tài)度。而在中國(guó)方面,也不可能在自己空間站的核心艙段還不到三年就要發(fā)射的時(shí)候,轉(zhuǎn)而放棄自己的獨(dú)立性和長(zhǎng)期計(jì)劃參加國(guó)際空間站,然后將自己的載人航天計(jì)劃捆綁在還不到10年就要退役的國(guó)際空間站上。俄羅斯制定的分離自己部分艙段的計(jì)劃,以及烏克蘭危機(jī)帶來(lái)的問(wèn)題都提醒中國(guó)不要重蹈俄羅斯的覆轍。中美之間還有潛在的全球和地區(qū)利益沖突的可能性。中國(guó)未來(lái)可能面臨俄羅斯今天面對(duì)的情況,甚至更為嚴(yán)重。
鑒于以上情況,即便是這個(gè)難度相對(duì)較小的空間站編隊(duì)建議,由中國(guó)方面單方面推動(dòng)也是不現(xiàn)實(shí)和不合理的。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)計(jì)劃,中國(guó)方面需要做的工作最多,投入最大,承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)也最大。只有在合作方展示誠(chéng)意并信守承諾的情況下,中國(guó)方面才會(huì)積極參與。美國(guó)態(tài)度的改變是合作的前提。實(shí)現(xiàn)這一計(jì)劃最合適的牽頭者和推動(dòng)者應(yīng)該是歐洲,或者說(shuō)歐洲航天局。歐洲需要完成以下任務(wù):
·說(shuō)服美國(guó)改變對(duì)中美航天合作的態(tài)度,告訴美國(guó)這樣的合作也符合美國(guó)利益。由于空間站編隊(duì)雙方都具有獨(dú)立性,美國(guó)改變態(tài)度的可能性是存在的。有樂(lè)觀的理由。
·規(guī)劃和制定空間站編隊(duì)的實(shí)施方案,協(xié)調(diào)包括中方在內(nèi)的各方并完成必要的技術(shù)工作,包括保證對(duì)接/泊接口兼容、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的集成、建立協(xié)同的任務(wù)管理和控制系統(tǒng),等等。對(duì)所有這些工作,歐洲航天局從國(guó)際空間站獲得的經(jīng)驗(yàn)將會(huì)提供極大的幫助。
·協(xié)調(diào)歐洲和國(guó)際空間站其他伙伴國(guó)的資源,為中國(guó)計(jì)劃的修改導(dǎo)致的工作提供支援。例如,ISS降軌的實(shí)施。又如,利用歐洲EDRS中繼衛(wèi)星,乃至NASA的TDRS或俄羅斯的Luch系統(tǒng)來(lái)部分替代中國(guó)計(jì)劃新建的測(cè)控站,等等。
要在三到五年內(nèi)完成上述工作并非簡(jiǎn)單任務(wù)。但目前存在的機(jī)會(huì)和窗口非常難得,一旦錯(cuò)過(guò)可能以后很長(zhǎng)時(shí)間將不會(huì)出現(xiàn)。我們也相信這里提出的建議在技術(shù)上和政治上都具有可行性,且是代價(jià)最低,最容易實(shí)現(xiàn)的合作方案。剩下的時(shí)間已經(jīng)不多。這需要雙方強(qiáng)烈的意愿和果斷的決策,只有這樣才能克服一切挑戰(zhàn)。我們希望中國(guó)國(guó)家航天局、歐洲航天局、美國(guó)航空航天局能夠迅速行動(dòng)起來(lái),抓住機(jī)會(huì),繼國(guó)際空間站之后,再次改變未來(lái)幾十年人類(lèi)載人航天的歷史。
(作者陳藍(lán),英文電子雜志“Go Taikonaut”創(chuàng)辦人之一,該雜志旨在向英語(yǔ)世界普及中國(guó)的航天成就。)
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