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国际空间站二十年:耗费这么一大笔开支值得吗?

国际空间站二十年:耗费这么一大笔开支值得吗?

国际空间站二十年:耗费这么一大笔开支值得吗?

(神秘的地球uux.cn报道)据新浪科技(任天):国际空间站(International Space Station,ISS)是否造福了人类社会?对这一问题,科学家们分成了两派:一些人认为,国际空间站是一座团结的灯塔;但在另一些人看来,这不过就是一部动作电影的布景。

太空科学家们正准备庆祝一项非凡的航天成就。再过几天,人类在外太空的持续存在就将迎来20周年的纪念日。二十年来,一拨又一拨的宇航员不间断地在国际空间站工作,将这个距离地球表面400多千米的巨大航天器作为自己的家。2000年11月2日,美国宇航员比尔·谢泼德(Bill Shepherd)、俄罗斯宇航员谢尔盖·克里卡廖夫(Sergei Krikalev)和尤里·吉德津科(Yuri Gidzenko)首次登上国际空间站。此后,国际空间站上的宇航员团队开始了稳定轮换,以确保空间站永远不会空着。

共有240名男女在这个重达420吨的空间站上工作过。国际空间站以每小时约27700多公里的速度掠过地球,每天绕地球运行16圈。空间站长约109米,包括6个睡觉的地方,两个厕所和一个健身房。最受欢迎的地方是由欧洲空间局建造的穹顶舱(Cupola),直径约2米,高1.5米,设有6个周边窗和1个天窗。穹顶舱能提供360度的视野,使宇航员能够直接观察机械臂操作和已泊接的航天器,还可以远眺地球,凝视正在聚集的风暴,以及太阳的升起。

蒂姆·皮克(Tim Peake)是唯一一位登上国际空间站的英籍欧空局宇航员,他对穹顶舱有一种特殊的感情。皮克说,他在那里第一次看到我们的星球时,就意识到它是多么脆弱。“你可以看到大气层,只有16公里厚。它不是无穷无尽的,”他在接受采访时回忆道,“所有确保我们能在地球上生存的气体都被在这个非常、非常小的圈层内。你会突然意识到,我们排放其中的东西真的影响很大。”

国际空间站的生活中也有更平凡的一面:宇航员在失重的漂浮状态下演奏吉他小夜曲;意大利宇航员萨曼莎·克里斯托弗雷蒂(Samantha Cristoforetti)用一个零重力马克杯第一次品尝了在外太空制作的意式浓缩咖啡;当然,宇航员们还得处理一连串的厕所故障——“我发现,这才是空间站上吸引地球上最多好奇的地方,”皮克说道。许多科学家坚持认为,这些内部细节十分重要。“国际空间站的运营向我们表明,人类可以在远离自己星球的外太空建立家园,那里的环境确实非常恶劣,”英国爱丁堡大学的天体生物学家查尔斯·科克尔(Charles Cockell)教授说,“这对我们来说是非常重要的一课。”

在20世纪80年代,美国国家航空航天局(NASA)起草了建造永久轨道空间站的计划。然而,对该计划所需费用的预测表明,建造空间站的成本将高得惊人,直到苏联解体提供了与俄罗斯合作的机会。苏联及后来的俄罗斯先后成功地运行过8个空间站,包括较小的礼炮号(Salyut)空间站和更大的和平号(MIr)空间站,他们的空间工程师在长期空间任务中已经获得了相当多的经验。

“这也是美国的一项高度务实的举措,”英国国家航天中心(National Space Centre)的主管阿努·奥贾(Anu Ojha)教授说,“美国希望防止苏联太空专家在苏联解体时被各个国家抢走。因此,美国试图让他们参与到联合空间计划中,这样就可以让他们呆在家里,并给予一定的收入。对于这样的计划,国际空间站是完美的。”

最后,美俄两国就建造国际空间站的计划达成一致,加拿大和日本的航天机构也同意加入这个项目,还有欧洲空间局,英国是其中的关键成员。空间站的组装始于1998年,在2011年完成。在这十三年时间里,美国的航天飞机进行了30多次飞行,俄罗斯的火箭进行了40次多飞行,才将所有组件和模块带到空间站。多年来,宇航员们一直专注于空间站的建设,直到近几年才能够集中精力从事严肃的科学研究,包括与地球上数千名科学家合作进行3000多项实验。

建造国际空间站的最终费用超过1000亿美元。每一年,这座空间站在维护和补给飞行上耗费约40亿美元。其中大部分由美国支付。问题在于:这么一大笔开支值得吗?

英国伦敦大学伯贝克分校的行星科学家伊恩·克劳福德(Ian Crawford)教授认为,这样的付出是值得的。他说:“国际空间站是高规格国际合作的一个极好范例,当时的世界迫切需要这样的行动,将世界人民和不同国家联系在一起。学习如何在太空中生活和工作,对我们做好重返月球的准备,以及未来把人送上火星等,都有很大帮助。”

然而,也有科学家持不同的立场。“你无法证明建造国际空间站所花费的巨额资金是合理的。” 英国的皇家天文学家马丁•里斯爵士(Sir Martin Rees)表示,“首先,科学上的回报是微不足道的。我们的确了解了身体在太空中长时间停留的反应,也在零重力环境下生长了一些晶体,但这与花在国际空间站上的数百亿美元是不相称的。实际上,只有当空间站的厕所被堵住,或者宇航员拿着吉他漂浮在太空中唱歌时,空间站才会成为新闻。”

马丁·里斯还指出,美国国家航空航天局的钱应该花在向其他行星发射机器人的任务,或者建造轨道天文台上。他的观点得到了美国德克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家、诺贝尔奖获得者史蒂夫·温伯格(Steve Weinberg)的支持。“在国际空间站上做的唯一有趣的科学研究是通过阿尔法磁谱仪研究宇宙射线,但宇航员没有参与操作,”他说,“如果使用无人任务将该仪器送入轨道,成本会低得多。”

阿努·奥贾教授补充道,他最初非常怀疑国际空间站的科学原理,但现在确信它是一个重大的成功。他说:“我们在载人航天上的经验,以及在空间工程和科学成果方面取得的成就是巨大的。我们已经学会了如何在太空中组装巨大的结构,如何在太空中长时间生活,同时处理各种各样的突发事件。关键在于,我们不能浪费这种经验。”

从对国际空间站宇航员的研究中,我们已经得到一个重要的教训,那就是长时间的零重力环境会对人体产生影响。这些症状包括肌肉衰退、骨密度降低、视力和味觉障碍等。科学家发现,宇航员在完成4到5个月的太空任务后,需要数年时间才能恢复骨密度。另一方面,通过使用跑步机和举重器械,宇航员可以避免肌肉衰退的最坏影响。

美国国家航空航天局计划在4或5年内继续为国际空间站提供资金,并表示希望私营公司能接管并进行商业运作,同时为探索和定居月球的前沿任务提供资金,或许有朝一日能将人类送上火星。这些项目将包括在绕月轨道上建造一个月球“门户”(Gateway)——一座小型的空间站——作为探索月球表面的中转站。

但是,私营企业会有兴趣接管国际空间站吗?许多公司都表达了初步兴趣,称他们希望在那里展开工作。总部位于德克萨斯州的“公理太空”(Axiom Space)公司与美国国家航空航天局签署了一项协议,将建造一个用于研究新型材料的太空舱;演员汤姆·克鲁斯和导演道格·里曼计划明年乘坐SpaceX公司的载人龙飞船飞往空间站,为一部动作冒险电影拍摄场景;而计划于2023年播出的电视真人秀比赛“太空英雄”(Space Hero)已经宣布,他们计划将获胜者送往国际空间站。

这样的冒险活动是否足以提供运营空间站所需的数十亿美元,仍有待观察。另一种选择是拆除国际空间站,使其所有部件坠落到地球上,并在大气层中烧毁。查尔斯·科克尔教授认为,这将是一种可怕的浪费,“要让所有人都同意建造空间站,然后付诸实施,整个过程投入了巨大的努力。如果我们失去这座空间站,那么在短期之内,我们几乎没有机会再建一个,所以我们需要鼓励那些私营公司,希望他们能让空间站至少再运行10年。”

相关报道:国际空间站20年花掉超千亿美金,一些人开始觉得它“没啥用”了

(神秘的地球uux.cn报道)据科研圈(作者:Robin McKie 翻译:阿金 审校:戚译引):国际空间站(International Space Station)自2000年开始有宇航员入驻以来,已经耗费了一千多亿美元的修建和维护成本,但是它造福社会了吗?科学家分成了两派:一些人认为这是团结的灯塔,而另一些人觉得它只不过是动作片的背景板。

太空科学家们正筹备庆祝一项非凡的航天成就。再过几天,就是人类在外太空持续生存的第20个年头。

20年来,宇航员团队们不间断地造访国际空间站,在我们星球上方400千米的高空建造了自己的家园。2000年11月2日,第一批宇航员入驻空间站,他们是美国宇航员比尔·谢泼德(Bill Shepherd)和俄罗斯宇航员谢尔盖·克里卡列夫(Sergei Krikalev)、尤里·吉岑科(Yuri Gidzenko)。自此之后,空间站为定期轮换的宇航员们提供庇护,而宇航员确保始终有人维护它的运行。

空间站重达420吨,以17000迈(相当于时速27359千米)的速度每天绕行地球16周,总共有240名男女宇航员在里面驻留过。109米长的空间站包括六个睡眠区域、两个厕所、一间健身房,而最受欢迎的地方是欧洲建造的一组凸窗,称作穹顶舱(Cupola),里面提供了360度视角,宇航员们能俯瞰地球上的风暴如何聚集,太阳如何升起。

蒂姆·皮克(Tim Peake)是官方记录中上过国际空间站的唯一一个英国宇航员,也是穹顶舱的忠实粉丝。他说,当他第一次看到我们的星球时,意识到了它多么脆弱。“你能看到大气层,只有16千米厚。它并不是无穷无尽的。”在BBC的采访中他如此回忆道,“地球所维持的让我们赖以生存的所有气体,就是这么薄薄的一层。突然间你就会意识到,我们排放到大气层的东西其实非常重要。”

而空间站生活更加平凡的一面包括宇航员飘浮在空中弹奏吉他小夜曲,意大利宇航员萨曼莎·克里斯托弗雷蒂(Samantha Cristoforetti)的一段烹饪历史,她在外太空用零重力马克杯喝下了第一杯意式浓缩咖啡,以及处理一系列厕所崩裂事故——“空间站的这一部分是我们返回地球后人们最好奇的”,皮克说。而且这些内部细节非常重要,科学家们如此坚持道。“维持国际空间站的运转告诉我们,虽然外太空环境极为严峻,但人类依然能在那里,在远离自己故乡星球的地方安家落户。”爱丁堡大学的天体生物学教授查尔斯·科克尔(Charles Cockell)说,“对我们来说,这一课至关重要。”

20世纪80年代,美国国家航空航天局(NASA)首次制定了建造永久轨道空间站的计划。然而,费用预估表示,计划成本可能会高得惊人。一直到苏联解体,美国才有机会和俄罗斯展开合作。俄罗斯的航天工程师们已经掌握了相当丰富的长期太空任务经验,他们原来就有一个小型轨道空间站礼炮号(Salyut),还有一个比前者大不少的空间站和平号(Mir)。

“这也是美国高度务实的举动。”英国国家航天中心主任阿努·奥加(Anu Ojha)教授评价说,“苏联解体时,美国想要防止前苏联的航天专家流失,所以想方设法让他们参与联合航天项目,能够保证他们待在自己的祖国,同时给他们一定程度的支持。而国际空间站正是实现这一目的的完美计划。”

最终,美国和俄罗斯在国际空间站的建造计划上达成共识,同时加拿大和日本的航天局也同意加入,还有欧洲航天局(ESA),其中英国更是关键成员。空间站的组装开始于1998年,要求美国派遣30艘太空飞船,俄罗斯发射40多座火箭,将组件和模块送入空间站,到了2011年,空间站正式完工。多年来宇航员们都忙着建造空间站,直到最近几年,他们才能够集中展开严谨的科学研究,包括和地球上数千名科学家一起合作进行3000多项实验。

建造国际空间站的最终费用超过了1000亿美元(约合人民币6700亿元)。每年用于空间站维护和服务性飞行的成本更是飙升至40亿美元(约合人民币268亿元)。美国支付了其中大部分款项。问题来了:如此巨额的支出,真的值得吗?

伦敦大学伯克贝克学院(Birkbeck, Universtiy of London)的行星科学专家伊恩·克劳福德(Ian Crawford)教授认为值得:“空间站是一个高水平国际合作的典范,诞生于全世界急切需要能够凝聚人类和国家的活动之际。并且,学会如何在太空中生活工作让我们处于有利形势,因为我们准备重返月球,可能还会送人类上火星。”

然而,其他科学家的观点则不尽相同。“你没法证明,花费巨额数目用来建造国际空间站合情合理。”英国皇家学会天文学家马丁·里斯爵士(Sir Martin Rees)说,“首先,它的科学回报目前看来微不足道。我们对于长时间生活在太空中身体会有何种反应有了一些了解,我们在零重力条件下生长了一些晶体,但这绝不能和给空间站投入的上百亿美元相提并论。事实上,空间站只会制造花边新闻,比如厕所堵了,或者宇航员飘在空中弹着吉他唱歌。”

里斯补充说,NASA的资金最好能用来启动送去其他行星的机器人任务,或者建造轨道天文观测器等等。他的这一观点得到了诺贝尔奖得主、美国德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的物理学家史蒂夫·温伯格(Steve Weinber)的支持。“空间站内唯一做过的有趣科学实验是通过阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer)研究宇宙射线,但在其操作过程中,宇航员没有发挥任何作用。”他告诉《观察家报》(the Observer),“可以通过无人任务把仪器放置在轨道上运行,成本要低得多。”

奥加补充说,一开始他非常质疑国际空间站的科学合理性,但现在确信这是一大成功。“我们在人类太空飞行经验、航天工程方面取得了成绩,而且科学产出也是巨大的。我们已学会如何在太空中组装巨型结构,在太空中长期生活,同时处理各种发生的意外状况。至关重要的是我们不要浪费这些经验。”

而研究空间站宇航员给我们上的重要一课,就是长期生活在零重力环境下对人类身体的影响。这些影响包括肌肉损失,骨密度降低,视觉和味觉损伤。科学家还发现,宇航员在执行完四到五个月的太空任务之后,需要花费数年时间来恢复自己的骨密度。另一方面,通过使用跑步机和重量机械,宇航员们能够避免肌肉损失带来的最严重后果。

NASA 正计划在接下来的四年或五年内继续投入资金支持国际空间站,并表示希望私人企业未来能接管空间站进行商业运营。而官方经费将用于更加前沿的太空任务,例如探索以及定居月球,可能有朝一日还会送人类上火星。这些项目将包括建造比国际空间站小一点的月球空间站“门户”(Gateway),它将绕月球轨道飞行,成为人类探索月球表面的中转停留站。

但是,私人企业有兴趣接管国际空间站吗?最初,有几家公司表示了自己的兴趣,说他们想要在那里工作。总部位于美国得克萨斯的私人公司 Axiom Space 已经与 NASA 签署了一份协议,会建造一个模块组件,将在上面展开新材料研究,演员汤姆·克鲁斯(Tom Cruise)和导演道格·里曼(Doug Liman)计划明年乘坐载人龙飞船上空间站,在那里拍摄动作冒险电影的几个场景。而计划于2023年播出的真人秀节目《太空英雄》(Space Hero)也已宣布,要将冠军送往国际空间站。

像这样的活动是否足以让人们继续投入数十亿美元来运营空间站,还有待观察。另一个方案则是解体空间站,让它以螺旋下降方式落入地球,希望这些部件能在大气层中燃烧殆尽。

如果真是这样,那将是可怕的浪费,科克尔说。“大家经历千辛万苦才达成一致意见,并建造成空间站。如果失去了它,未来短期内是不太可能再造另一个的了,所以,我们需要鼓励企业去运营空间站,至少让它再撑上十年。”

相关报道:国际空间站20年:不断老化要修修补补 还没有接替者

(神秘的地球uux.cn报道)据网易科技(《知否》栏目组 辰辰):自2000年开始,尽管太空中存在各种各样的固有危险,人类还是在国际空间站生活了20年的时间,完成了各种各样的科学实验。少量但持续不断的空气泄漏正在加剧。美国国家航空航天局(NASA)说,这不会危及宇航员生命,绝对不会。但如果你是在一艘距离地面400公里的宇宙飞船上,任何泄漏都是糟糕的问题。

宇航员将国际空间站上的俄罗斯舱室隔离开来。但几周后,他们仍然无法找到泄漏点的确切位置。上个月,一名宇航员做了一项小小的侦查工作,他打开一个茶包,看着茶叶在失重的太空环境中缓缓飘向微小的缺口,缓缓泄漏的空气不断发出嘶嘶的声音。

国际空间站已经太久了。它不时会漏水,需要宇航员不断修修补补。厕所也坏了,电池也需要更换。除此之外,它必须躲避轨道上微小的陨石:仅今年一年,国际空间站就不得不采取三次机动以避免被陨石击中。有时也会中彩,比如2016年一块太空碎片就打碎了国际空间站的一扇窗户。

尽管太空中存在着没有空气、存在辐射、轨道上的碎片以比子弹快几倍的速度飞来飞去等固有危险,宇航员们还是设法在国际空间站上连续生活了20年。

2000年11月2日,NASA宇航员比尔·谢泼德(Bill Shepard)和俄罗斯同行尤里·吉曾科(Yuri Gidzenko)以及谢尔盖·克里卡列夫(Sergei Krikalev)成为第一批在空间站生活和工作很长一段时间的宇航员,此后这种方式一直延续至今。本月,NASA开展了国际空间站运行开展科学工作20周年的一系列纪念活动,其中包括3D打印人体器官,培育蛋白质晶体和研究太空环境对人体影响等科学实验。

国际空间站已经不仅仅是人类最伟大的工程壮举,也是让宇航员学会在太空中生活和工作,准备登陆月球和火星的一种合作方式。

但随着国际空间站不断老化,人们担心接下来到底会发生什么,以及美国是否会陷入类似2011年的不利境地,当时NASA航天飞机在没有备好后备的情况下退役,这使得其不得不依赖俄罗斯将宇航员送入太空。直到今年早些时候,作为NASA商业宇航员计划的一部分,SpaceX成功发射的载人龙飞船才结束了这一不光彩的篇章。

现在的担忧是,在继任者准备好之前,国际空间站有一天是否需要降落回地球,那将是一个精心协调但壮观的坠入海洋的过程。

NASA局长吉姆·布里登斯汀(Jim Bridenstine)最近几周一直告诫美国国会需要更好地资助国际空间站的工作并为未来做计划。

“我们会想到阿波罗时代,尽管我们很喜欢它,但它还是走到了尽头,”他在最近的参议院听证会上说,“在航天飞机出现之前,我们有一个大约8年的空缺。在航天飞机退役后,我们在商业宇航员计划实施之前又有了八年的缺口。我们希望确保美国在近地轨道上没有缺口。”

美国宇航员使用的下一个空间站可能回由Axiom这样的公司取代NASA拥有和运营。Axiom正在建造一个商业空间站,它表示其将基于国际空间站的传统基础,但组装成本更低,维护更容易。

从外部看,这一新的空间站看起来很像国际空间站,有居住舱、太阳能电池阵列和对接口。但内部却截然不同,其拥有“有史以来为太空建造的最大玻璃观景台”。

“我们希望客户能有这种出色、舒适、豪华的感觉,” Axiom联合创始人迈克·苏弗雷迪尼(Mike Suffredini)说,他曾负责NASA国际空间站项目长达十年之久。“我们甚至研究如何在轨道上烹饪食物……让食物更美味一点。”

新型空间站的室内设计由法国建筑师和设计师菲利普·斯塔克(Philippe Starck)负责。斯塔克以设计家具、游艇和公司总部等各种家具而闻名。他对Axiom空间站的设想是“创造一个巢穴,像一个舒适友好的蛋,其材料和配色灵感都将来自初生的宇宙。”

换句话说,这与国际空间站相去甚远。

毫无疑问,国际空间站算得上一个奇迹,是人类在轨道上组装成型的巨大装置。

NASA前宇航员焦立中说:“迄今为止,我认为国际空间站是人类规模最大的太空建设项目,数量级极高。”“我们真的成功了。”

挑战还不仅仅是太空恶劣的真空环境。“我们是在和说不同语言、有不同种族文化的人一起做这件事,”前NASA宇航员帕姆·梅尔罗伊(Pam Melroy)说。

她说:“任何人都可以去观看火箭发射并受到启发。”“但我希望人们能亲眼看到国际空间站,因为这是一项了不起的工程壮举。当你走近它的时候,它看起来就像一件现代艺术作品。”

NASA有一项名为“定位空间站”的服务,天文爱好者可以输入他们的电子邮件和所处位置,当国际空间站掠过头顶时就会得到通知。在晴朗的夜空中,国际空间站常常是天空中最亮的点,以28000公里的时速冲向地平线,每90分钟环绕地球一圈,像烟火一样在夜空中划出弧形。

摄影师们有时会捕捉到国际空间站的剪影、巨大的太阳能电池组,看起来像科幻飞船的翅膀。

尽管太空飞行充满浪漫主义色彩,但现实中的太空探索是一项充满困难甚至可能致命的事业,需要宇航员和任务控制专家团队的足智多谋和奉献精神,每天24小时对系统进行监控。

焦立中说:“我的意思是,这听起来可能很疯狂,但事实证明,设计和建立一个可靠的生命维持系统非常困难。”“我们的生命维持系统总是坏掉,总是需要重启,总是需要备件。”

除了要应对空气泄漏或躲避太空碎片,有时国际空间站中的管道也会出问题。

焦立中回忆说,有一次他和队友们闻到了“你能想象得到的最恐怖气味”。“我们当时想,‘那会是什么?’我们翻起一块块盖板查看。然后我们把马桶附近的嵌板提起来,这些可怕的绿色小球正在从嵌板里冒出来。‘哦,我的天哪。’”

今年9月,NASA宣布将向国际空间站运送一个新马桶。新马桶造价为2300万美元,它更小更轻,更适合女性使用,同时还能将更多的尿液循环转化为饮用水。

国际空间站也是一个实验室,研究人员能够在这里消除地球上一直存在的引力变量。

印第安纳州研究公司Techshot首席科学家尤金·博兰(Eugene Boland)说:“消除变量的能力就是科学的前进方向。”“因此从没有持续重力影响的角度看,国际空间站能持续运行20年令人兴奋。作为一名科学家,你知道,这是大多数科学家永远不会得到的闪亮新工具。”

如果在地面上用3D打印技术造出一个器官,重力会使它像蛋奶酥一样坍缩,所以科学家们必须对诸如人造心脏的腔壁等位置进行加固。但随后科学家们开始考虑太空失重的环境:“如果我们不再需要添加额外支架来支撑开放腔室会如何?”博兰说。如果物体“因为没有重力”而自行撑起来会怎样?

国际空间站还就人体在太空中的变化开展了一系列研究。斯科特·凯利(Scott Kelly)在太空待了将近一年,研究人员多年来一直在研究将他和孪生兄弟马克进行比对。凯利在太空中经历了一些生理和染色体上的变化,比如基因表达的变化,以及保护染色体末端的端粒在太空中变长。




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