國際空間站二十年:1300億美元打造的平臺未來將走向何方?

2020-11-03 知社學術圈

國際空間站(International Space Station, ISS)是目前在軌運行最大的空間平臺,是一個擁有現代化科研設備、可開展大規模、多學科基礎和應用科學研究的空間實驗室,也是迄今為止運行時間最長、參與國家最多、取得成果最豐碩的人造太空基地。從2000年11月2日第一批太空人登上ISS開始至今,已經過去了二十年。

2011年的國際空間站。圖源:NASA


「我們的徵途是星辰大海」——當人類已經不滿足於仰望星空,而是試圖真正的進軍太空時,許許多多在地球上根本無法想像的問題顯然會接踵而至。雖然無人探測器已經飛離了太陽系,而人類也不止一次的登上月球,但是如果想要實現長時間的太空生存,甚至建立外星基地,在太空中對相關技術進行充分的基礎性研究是必不可少的。


國際空間站計劃的前身是美國國家航空航天局(NASA)的自由號空間站,這個計劃是上世紀80年代美國戰略防禦計劃的一個組成部分。之後在老布希總統執政期間,星球大戰計劃被擱置,自由空間站也隨之陷入停頓。冷戰結束後在美國副總統戈爾的推動下,自由空間站計劃重獲新生,美國國家航空航天局與俄羅斯聯邦航天局接觸,重新開始推動這一巨大的科研項目。


國際空間站的各個組件大多在地面上完成建設任務,由美國和俄羅斯的運載工具送入太空後完成拼接。1998年11月15日國際空間站的第一個組件曙光號功能貨艙進入預定軌道,同年12月,由美國製造的團結號節點艙升空並與曙光號連接,2000年7月星辰號服務艙與空間站連接。


曙光號與團結號艙(兩者間需要加壓對接適配艙進行連接,PMA)


2000年9月亞特蘭蒂斯號太空梭輸送物資時看到的空間站。圖源:NASA


2000年11月2日首批航天員搭乘「聯盟號」飛船飛往國際空間站。美國太空人比爾·謝潑德(Bill Shepherd),俄羅斯太空人謝爾蓋·克裡卡廖夫(Sergei Krikalyov)和尤裡·吉先科(Yuri Gidzenko)成為國際空間站的第一批居民。


聯盟號在哈薩克斯坦拜科努爾國際機場的發射臺。圖源:美聯社


三人到達黑暗的空間站時所做的第一件事就是打開燈,克裡卡廖夫回憶說這「非常令人難忘」。然後,他們將水加熱為熱飲料,並啟動了單獨的廁所。吉先科引用牧羊人的話:「現在我們可以生活了,我們有燈,有熱水,有廁所。」


比爾·謝潑德(Bill Shepherd)於2000年12月5日在國際空間站的對接室工作。圖源:NASA


謝爾蓋·克裡卡廖夫(Sergei K. Krikalev)於2000年12月6日在國際空間站上工作,將腳固定在Zvezda服務艙中。圖源:NASA


從那時起,先後有241位訪客曾經進入空間站,大部分是太空人和科學家,還有幾位有錢的太空遊客。


唯一一位女性遊客阿努謝赫•安薩裡


裝配完成後的國際空間站是一個長110米,寬88米,大致相當於一個足球場大小、總質量超過400噸的龐然大物。除了能維持6名航天員長期生活在這裡的設施外,各種科研設備佔據了大部分空間。


2011年5月29日從奮進號太空梭上看到了國際空間站。圖源:NASA


超過1300億美元的建造經費,每年還要支出40億美元的費用以維持運行,國際空間站是當之無愧的「人類最貴科研工具」。雖然很多人質疑它的經濟性,但是無論如何,在這二十年當中,國際空間站確實取得了太多的科學和技術成果:


  • 基礎疾病研究:阿爾茨海默病。帕金森病癌症。哮喘。心臟病。如果這些條件中的任何一個影響了你的生活,空間站的研究也一樣。
  • 發現穩定燃燒的冷卻火焰:在比一般蠟燭冷2.5倍的溫度下,在沒有可見火焰的情況下一個油燃料液滴繼續燃燒。
  • 新的淨水系統:水是人類生存的關鍵。不幸的是,世界上許多人無法獲得清潔的水。空間站開發的先進的過濾和淨化系統,使太空人能夠回收93%的水。
  • 使用蛋白質晶體的藥物開發:在空間站上進行的蛋白質晶體生長實驗為許多疾病治療提供了見解,從癌症到牙齦疾病,到杜氏肌萎縮症。
  • 對抗肌肉萎縮和骨質流失的方法:空間研究極大地促進了我們對太空人骨骼和肌肉流失的了解,以及如何減輕這些影響。這些知識也適用於地球上處理骨質疏鬆症等疾病的人。
  • 探索物質的第五種狀態:25年前,科學家在地球上首次產生了第五種物質狀態,稱為玻色-愛因斯坦凝結物(BEC)。2018年,美國宇航局的冷原子實驗室成為第一個在太空中產生這種物質狀態的設施。這一成就可能有助於深入了解量子力學的基本定律。
  • 了解我們的身體在微重力下是如何變化的:當人類前往火星時,我們需要知道我們面臨什麼挑戰。雙胞胎實驗首次比較了兩個基因相同的人類,其中一個在較長一段時間暴露在太空輻射和零重力的環境下。


  • 刺激低地球軌道經濟:從衛星部署到空間研究,一個充滿活力的商業空間經濟已經發展起來,現在的價值已超過3450億美元。空間站一直是支持這一增長的關鍵部分。
  • 微重力中種植食物:種植補充食物的能力可以幫助人類探索遠離地球的地方。空間站上探索了許多種植植物的技術,為這些任務做準備。2015年8月10日,太空人們品嘗了他們的第一份太空種植沙拉,太空人們正在太空中種植蘿蔔。
  • 從空間站部署人造衛星:CubeSat是最小的衛星類型之一,為在太空中進行科學和技術演示提供了一種更便宜的方法。
  • 從獨特的視角監測我們的地球:能夠承載各種內部和外部儀器的能力,使空間站發展成為一個強大的平臺,供研究人員研究地球的水、空氣、陸地質量、植被等,同時為他們提供超越NASA典型地球遙感衛星的額外視野。
  • 收集超過1000億個宇宙粒子的數據:阿爾法磁譜儀-02為全球研究人員提供了數據,可以幫助人們更好的研究宇宙。
  • 更好地了解脈衝星和黑洞:安裝在空間站外部的兩個工具,NICER和MAXI,已經協同工作,以增進我們對脈衝星和黑洞的了解。
  • 識別太空中未知微生物的能力:能夠在太空中實時識別微生物,而無需將其送回地球進行識別,對於微生物學和空間探索世界來說將是革命性的。
  • 開放膠體研究領域:牙膏、3D列印、藥品和探測火星上流動的沙子似乎完全沒有關係,但由於對空間站上的膠體研究,這些物質的內在機理得到了更好的解釋。
  • 流體物理學研究的進化:流體覆蓋了我們的星球,但將它們送上太空可以幫助我們更好地理解它們是如何流動的。對太空流體的研究從基礎研究到從先進醫療設備到傳熱系統等技術應用的測試,
  • 微重力3D列印:第一個項目是2014年在空間站上列印的3D。從那時起,我們探索使用回收材料甚至列印人體組織的3D列印。

長期巨額的資金投入,設備材料的不斷老化,讓國際空間站看起來越來越接近了它的終點。2020年空間站曾發生漏氣事故,雖然在二十天後問題解決了,人們開始擔憂類似的問題還會不會發生。俄羅斯航天局曾計劃在2020年關閉空間站,後來又推遲到了2024年。如果決定解體報廢空間站,讓它以螺旋下降方式落入地球,大部分組件將在大氣層中燃燒殆盡。這聽起來簡直是超級「敗家」的行為,但是也無可奈何——除非有另外的選擇。



經歷了19個小時的漫長飛行,Behnken和Hurley進入了空間站。圖源:SpaceX推特


2020年5月31日,美國SpaceX公司製造的「龍」飛船在太空中完成與國際空間站的自動對接,將2名太空人送入了空間站。這是繼2012年該公司成功為空間站運送物資之後的又一次新突破:由民營的科技公司獨立完成了太空載人航天任務。


總部位於美國德克薩斯的私人公司 Axiom Space 已經與 NASA 籤署了一份協議,會建造一個新的空間站組件,在上面展開新材料研究;演員湯姆·克魯斯和導演道格·裡曼計劃明年乘坐載人龍飛船進入空間站,在那裡拍攝新的動作電影的幾個場景;而計劃於 2023 年播出的真人秀節目《太空英雄》(Space Hero)也已宣布,要將冠軍送往國際空間站。


湯姆克魯斯曾經在影片中攀爬杜拜塔,如果場景換成太空,會不會有更加驚險的畫面呢?


最前沿的科學探索往往是短期內無法看到實際回報的,因此人類早期的太空探索,包括建立國際空間站必然是由政府資金投入為主。隨著時間的推移,航天技術的普遍化、民營化趨勢則越來越明顯,把太空作為一個全新的市場開發空間,由各種創意無限且願意承擔資金風險的民營公司接替政府將空間站運行下去,是否能夠開創一個全新的太空時代呢?


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  • 投入1300億美元,遠超登月計劃,美國建設國際空間站值不值
    二十年前的這個月,即2000年11月,三名太空人打開了新建成的國際空間站的大門,漂浮了進去,從此開啟了人類在這個太空前哨上的長期生活和工作。從那時起,先後有241位訪客曾經進入空間站,至今為止,美國在國際空間站上耗費了1300億美元,還沒有算入40億每年的維護費用,遠遠超過了阿波羅計劃的255億美元,是美國有史以來投資最大的項目。美國如此龐大的投入究竟值不值得呢?
  • 花了20年,超過1300億美元!國際空間站究竟有什麼研究成果?
    國際空間站的設想是1989年由時任美國總統裡根首先提出的,也就是通過合作的方式,在太空見到最大的載人空間站。而這一設想一經提出,就在世界各國中引起了廣泛的爭討。 國際空間站從提出,到建立用時約20年。並且各國在國際空間站上的投入,也已超過了1300億美元(未算入通貨膨脹)。20年的時間和1300億美元製造出的國際空間站,究竟在研究什麼呢?對人類未來太空研究又有怎樣的用處呢?
  • 花了20年,超1300億美元!國際空間站都在研究什麼?對我們有用?
    在太陽落山的某個時候,你也許能看到,在西邊的地平線上,有一個明亮的物體,無聲地在天空迅速移動,它就是人類目前為止,建造的最大的太空建築,國際空間站。作為科學研究和開發天空資源的平臺,國際空間站集成了人類最先進的科學技術成就,也是目前人類所創造的最昂貴的裝置。
  • 花費20年,超過1300億美元,國際空間站在研究什麼呢?
    什麼是國際空間站,相信大家對這個詞是很陌生的,甚至有些人並沒有聽到過這個詞,但是這個詞出現的時間並不短,而且我們偶爾會在新聞聯播上,或則是在其他應用APP上見到過這個詞,但是我們仍然不知道國際空間站到底是做什麼的,到底在研究什麼?今天就來跟我一起了解一下國際空間站到底在做什麼,對我們又有什麼意義。
  • 先後用了20年,累計投資1300億美元,建設國際空間站值不值
    美國在這一領域很有發言權,眼下太空中使用的國際空間站就是美國宇航局主導的不得不承認,美國在空間站上的成就,它成功建立了完善的國際空間站,使得世界能夠藉助這一空間站了解宇宙更多的奧秘。並且美國主導的國際空間站是目前最大規模,設施最先進的人造太空設施,它大約有兩個足球場的大小,人類依靠其在太空中站穩了腳跟。美國為此耗費了近20年的時間和超過1300億美元(折合人民幣8887.58億元),但也有人問,投資如此巨大到底值不值?
  • 花費1300億美元國際空間站漏氣了,它是如何建造和運作的呢?
    據分析很有可能是微型隕石或一塊空間碎片擊中了這裡,如果不進行修復那麼國際空間站的氧氣將在18天全部洩露。經過近十餘年的探索和多次重新設計,直到蘇聯解體、俄羅斯加盟,國際空間站才於1993年完成設計,開始實施。國際空間站1998年開建,當年11月20日發射升空,隨後幾十年間從2個太空艙拓展至15個太空艙。
  • 基斯克威爾機構APP:回望國際空間站二十年
    再過幾天,人類在外太空的持續存在就將迎來20周年的紀念日。二十年來,一撥又一撥的太空人不間斷地在國際空間站工作,將這個距離地球表面400多千米的巨大太空飛行器作為自己的家。2000年11月2日,美國太空人比爾·謝潑德(Bill Shepherd)、俄羅斯太空人謝爾蓋·克裡卡廖夫(Sergei Krikalev)和尤裡·吉德津科(Yuri Gidzenko)首次登上國際空間站。
  • 回望國際空間站二十年:耗費如此巨資是否值得?
    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布景。  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周年的紀念日。二十年來,一撥又一撥的太空人不間斷地在國際空間站工作,將這個距離地球表面400多千米的巨大太空飛行器作為自己的家。
  • 1998年11月20日 國際空間站第一個組件升空
    1998年11月20日,美國、俄羅斯、加拿大、日本和歐洲航天局12個成員國組成的16國國際空間站的第一個組件發射成功,從此拉開了國際空間站的建造序幕。
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  • 中國空間站建成後,未來將成為國際空間站,美國也要「討好」我們
    在1986年蘇聯成功發射了全球第一個空間站,並且在2003完成使命最終墜毀在南太平洋。可以說這是蘇聯高科技的最好體現。為了展示自己強大的實力,美國在1993年聯合俄羅斯、法國、德國、義大利等歐洲國家以及日本等16個國家,共同打造國際空間站。
  • SpaceX公司與NASA做生意 16億美元為空間站送貨
    核心提示:SpaceX是由當年的網際網路神童、貝寶公司(PayPal Inc.)的聯合創始人、現年40歲的馬斯克(Elon Musk)創立的,該公司已經和美國航空航天局(NASA)籤署了一份價值16億美元的協議。按照該協議,SpaceX將負責把貨物運送到空間站。
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    據俄羅斯通訊社11月3日的報導稱:俄羅斯第一頻道宣布,將舉行全俄羅斯公開比賽,選出一位女主角,在2021年前往國際空間站拍攝首部太空電影。此消息一出,就讓人十分驚訝了,這將會是人類第一次真實地在外太空拍攝電影,也是國際空間站上首次迎來不屬於太空項目研究純屬紀錄的電影拍攝,這是國際空間站眼看著就不行了,之後的廢物利用吧!
  • 兩名美國太空人結束國際空間站任務
    9年後重啟的載人航天項目如果兩名太空人成功返回地球,那麼SpaceX將再次完成壯舉,不僅將太空人送往國際空間站,還成功將他們接回地球。SpaceX也將被載入人類航天史冊。兩名太空人啟程時良好的天氣條件讓返程任務得以按計劃進行。
  • 美媒:國際空間站服役20年後前途未卜
    美國阿爾斯科技網站11月1日發表題為《服役20年後,空間站前途未卜》的報導,全文摘編如下:迄今已有六十多名太空人先後進駐國際空間站。這20年來,站內一直保持著至少兩個人。國際空間站是獨一無二的,此前從來沒有人在軌道上建造這麼大的太空飛行器且運行這麼長時間。然而,人們越來越擔心它會在沒有接替者的情況下退役,結束20年在軌運行。此外,我們從這樣一個前哨基地獲取的大部分價值可能都將化為烏有。國際空間站造價不菲。自從約30年前開始建造,美國航空航天局已經花費了1000億至1500億美元來組裝和維護這個空間站。不過,美國和世界的投資換來了很多回報。
  • 2022年中國天宮空間站,17國加入,將打造真正的國際空間站
    根據了解,世界上第一個國際空間站是由美國、俄羅斯、日本、加拿大和歐洲航天局聯手進行建設的。但是不可否認的是,我們國家現在的航空技術已經非常成熟了。我們今天要介紹的就是2022年中國天宮空間站,17國聯手加入建設,打造真正的國際空間站!