專家解析后航天飛機時代俄美航天戰略

　　■ 今年4月12日，是世界上第一艘載人宇宙飛船飛天50周年——1961年的這一天，蘇聯“東方一號”宇宙飛船發射成功，該國航天員尤里·加加林乘這艘飛船繞地球飛行一圈，歷時108分鐘，而后安全返回地面。為紀念人類首次太空飛行，4月7日，第65屆聯合國大會通過決議：將每年4月12日確定為國際載人航天日。

　　■ 今年4月12日同時還是世界上第一架航天飛機上天30周年——1981年的這一天，美國“哥倫比亞”號航天飛機首次發射成功。

　　■ 今年4月19日則是世界上第一座空間站40年紀念日——1971年的這一天，蘇聯成功發射“禮炮一號”空間站。

　　伴隨著航天飛機的全面退役，美國載人航天戰略將出現歷史轉折。早在1988年11月15日，蘇聯亦曾發射過一架無人駕駛航天飛機“暴風雪號”。它與美國航天飛機各有千秋，然而因蘇聯解體、建造成本太高，后來再未使用。

　　后航天飛機時代，美國、俄羅斯這兩個航天大國各持什么樣的戰略戰術？未來載人航天科技將呈何種發展趨勢？《科學時報》記者特邀我國兩位航天科技專家：北京系統工程研究所研究員黃志澄、中國空間技術研究院研究員龐之浩，就此發表見解。

　　美國現役3架航天飛機——“發現號”、“奮進號”和“阿特蘭蒂斯號”的使用壽命行將到期，按計劃，它們將于今年上半年退役。2月24日，“發現號”最后一次發射升空，“奮進號”和“阿特蘭蒂斯號”也將相繼“吻別”太空。

　　距加加林飛上太空50周年相差7天，俄羅斯于4月5日特意發射了以加加林命名的“聯盟TMA-21”載人宇宙飛船。這艘飛船不僅載有加加林肖像，還印有當年升空前加加林那句名言“我們走吧”（Let’s go）。

　　據黃志澄和龐之浩介紹，目前，人類共研制3種載人航天器，即宇宙飛船、航天飛機和空間站。其中，蘇聯摘取兩個第一：第一艘載人飛船和第一座空間站；美國航天飛機則有著30年的輝煌歷程。

　　然而，當航天飛機退役之后，美國載人航天將面臨6年以上近地軌道航天運輸系統斷檔期。在這個時期內，美國為國際空間站運送貨物或許會有較多選擇，但運送人員只能依靠俄羅斯的飛船。為此，美國總統奧巴馬曾寄希望于新興的商業航天公司，但畢竟它們起步較晚，且能否保障載人安全，外界存有諸多疑慮。

　　而今，美國失去航天飛機優勢，加之國際空間站的應用亟待取得重大突破，這必然增加俄羅斯將自主艙段獨立出去的可能性。

　　“發現號”航天飛機今年2月24日最后一次發射，美國航空航天局（NASA）局長查爾斯·博爾頓為此而傷感落淚。在接受BBC采訪時，他說：“我會對國會和美國民眾說，我們不會失去在人類探索方面的領先地位，不會失去太空探索的領先優勢。”

　　黃志澄重點點評了美國載人航天歷程與發展戰略。

　　20世紀70年代，為與蘇聯相抗衡，美國國會于1972年初批準航天運輸系統采用航天飛機方案。歷時9年，花費約100億美元，至1981年4月，美國終于使第一架航天飛機“哥倫比亞號”飛上太空，從而步入航天飛機時代。

　　航天飛機是載人航天器突破一次性使用慣例的創新成果，是航天器可重復使用階段的重要標志。航天飛機的優勢為：運載能力大，載重可達30噸；在太空運行時間長，可達30天。這些優勢使它在國際空間站的建設與安裝中，發揮了不可替代的作用。除此，航天飛機還完成了包括施放衛星、發射宇宙探測器與哈勃太空望遠鏡以及在太空維修并回收衛星等一系列任務。30年來，航天飛機運送貨物1360余噸，600多人次的航天員搭乘其進入太空。

　　然而，由于缺乏經驗以及研制工作受經費和進度限制，航天飛機采用外部燃料箱、助推固體火箭發動機與軌道器并聯方案，運行后存在許多安全隱患。由此，航天飛機在不斷創造輝煌記錄的同時，也留下人類探索太空歷程中最讓人感傷的悲情時刻。1986年“挑戰者號”與2003年“哥倫比亞號”爆炸解體，兩次悲劇中各有7名航天員魂留太空，美國載人航天遭遇巨大挫折。

　　航天飛機在設計時很少考慮其運行問題，特別是其外部的防熱瓦維護十分困難，從而帶來航天器技術復雜、發射費用和維修成本高等問題。航天飛機每飛行一次費用高達5億美元，返回后還要進行大量費時費力的檢修，NASA為此不堪重負。

　　航天飛機研制成功后，NASA還曾花費大量資金發展空天飛機和單級入軌的火箭飛機，但皆因技術水平要求太高而失敗。

　　美國率先發展航天飛機，爾后才考慮空間站建設。與其說發展航天飛機是為空間站服務，還不如說在一定程度上發展空間站是為航天飛機找尋一個出路——其運行和維護費用為美國載人航天最大的支出項目。

　　1984年1月25日，時任美國總統里根批準NASA建造規模龐大的“自由號”空間站。幾經反復，最后決定改由美國、俄羅斯、歐洲、日本和加拿大等多國合作建設。1998年11月，第一個功能貨艙發射。按計劃，該空間站于2006年建成，然而由于經費、技術和計劃協調等原因，進展十分緩慢。特別是2003年美國“哥倫比亞號”航天飛機失事，導致該工程進度大大推遲。2006年航天飛機復飛，空間站的進展變得順利，并有望于2011年建成。

　　畢竟，國際空間站的應用前景長期處于不確定狀態，加之中國載人航天發展迅速，2004年1月14日，時任美國總統布什在NASA華盛頓總部發表演講，提議美國航天員在2015～2020年間重返月球，并建立月球基地，為下一步載人火星探測等作準備。為此，需在2015年前結束國際空間站任務，2010年停飛航天飛機。

　　根據布什這個設想，NASA開始執行一項以研發“戰神”系列火箭和“獵戶座”飛船為主要內容的“星座計劃”。這個太空計劃雄心勃勃，然而正如布什所講：“不知道這次旅行將在哪里結束。”實際上，該計劃在技術、進度和經費等方面，都面臨巨大挑戰。

　　奧巴馬上臺執政后，面臨金融危機和伊拉克、阿富汗兩場戰爭的財政壓力，又考慮到“星座計劃”基本上是采用當年美國載人登月“阿波羅”計劃的技術，加之月球資源開發前景不大明朗等，他決定對未來耗資巨大的美國載人航天計劃作及時調整。2009年5月23日，他提名前航天員查爾斯·博爾頓為美國航空航天局局長，接替當時的局長邁克兒·格里芬。

　　與此同時，奧巴馬授權成立以洛馬公司首席執行官奧古斯丁為首的“美國載人航天飛行計劃評審委員會”，其任務是為未來載人航天飛行計劃提出安全、創新、負擔得起且可持續的備選方案。

　　2010年2月，奧巴馬向國會提交《2011財年NASA預算草案》，開始對“星座計劃”進行調整。同年4月15日，奧巴馬在肯尼迪航天中心發表重要演說，明確提出美國“21世紀太空探索戰略”。該戰略確定的目標是計劃在2025年實現小行星載人探索任務，在21世紀30年代中期實現進入火星軌道載人飛行，而后載人登陸火星。為此，奧巴馬提出要取消“星座計劃”。

　　奧巴馬對美國載人航天計劃的調整，遭到以NASA前局長格里芬為首的部分高官和原“星座計劃”合同商們的激烈反對，部分國會議員提出許多不同意見，包括新計劃目標不夠明確、擔心美國在載人登月方面會落后于別國，以及由此可能會增加失業等。

　　2010年10月11日，奧巴馬簽署《2011年NASA授權法案》。該法案表明，奧巴馬考慮上述不同意見后，作出較大妥協。其內容包括：（1）近地軌道以遠空間載人航天的目標，除小行星、火星外還應包括月球；（2）要求NASA立即開始研制能到達近地軌道以遠空間的航天發射系統（SLS），繼續進行多用途乘員飛行器（MPCV）研發，這兩個系統在2016年底前都要具備運行能力，并規定NASA利用航天飛機和“星座計劃”中現有技術成果。SLS的初始運載能力為70噸～100噸，最終可達130噸。SLS和MPCV可作為支持國際空間站的備份系統；（3）繼續支持商業軌道運輸服務（COTS）計劃，允許商業航天開發向國際空間站運送人員和貨物的運載系統；（4）延長國際空間站使用壽命至2020年。要求NASA采取措施，充分利用國際空間站進行科學研究和技術開發，推進太空探索和國際合作的發展；（5）航天飛機將按照NASA制定的時間表退役，但在2011年6月前，NASA可根據安全評估結果按需要增加一次航天飛機任務，就此推遲裁員進度；（6）重申NASA在地球科學領域的重要地位，強調氣候研究、天氣預報和環境監測的重要性。

　　加加林實現人類首次太空飛行50周年前夕，俄羅斯總理普京于4月7日在莫斯科郊外的新奧加廖沃官邸召開航天工作會議，對該國增加航天器發射次數、發展新型航天器和運載火箭，以及加快新發射場建設等提出一系列要求。

　　據悉，俄羅斯航天長期發展規劃將于今年年底制訂完畢。這份規劃將確保其未來15年，在勘探月球、火星和一些小行星等領域的領先地位。

　　此前，無論是蘇聯還是解體后的俄羅斯都非常重視載人航天器的研制，尤其是一直將宇宙飛船和空間站的發展作為國策，使其居世界前茅。

　　龐之浩著重點評了俄羅斯載人航天歷程與發展戰略。

　　蘇聯/俄羅斯的衛星式宇宙飛船，可謂技高一籌，至今已相繼發展了“東方號”、“上升號”、“聯盟號”三代飛船。其中，1967年開始使用的“聯盟號”采用3艙式構型，而此前“東方號”和“上升號”為2艙式構型。3艙式構型擴大了航天員工作與生活的空間，而且還能與空間站對接，為空間站接送航天員和物資。1979年、1986年、2002年，蘇聯/俄羅斯將“聯盟號”先后改制成“聯盟T”、“聯盟TM”、“聯盟TMA”飛船，進一步提高其性能。

　　2010年10月8日，俄羅斯發射第一艘新改型的“聯盟TMA-M”，它是俄羅斯第一艘數字化宇宙飛船，載有CC-101新型計算機，改進了制導、導航與控制單元以及船載測量系統，擴展了功能，減少了船載系統的質量，增加了有效載荷運載能力。

　　蘇聯/俄羅斯的另一項創新，是率先研制、發射“進步號”系列載貨飛船，將載人與載貨分離，既經濟又安全。“進步號”系列貨運飛船先后多次改型，有“進步號”、“進步M”、“進步M1”和“進步M-M”，其中2010年開始使用的“進步M-M”是新型貨運飛船，配有運行速度更快的先進數字化控制系統，質量更輕，與空間站對接更準確，每艘貨運飛船可為國際空間站送去總重約2.5噸的食品、水、燃料和科研設備。

　　從2009年起，俄羅斯開始研制新一代載人飛船，暫定名“羅斯號”，簡稱“未來載人運輸系統”（PPTS），計劃2018年開始使用。與目前一次性使用飛船不同，“羅斯號”將能重復使用多達10次，以降低天地往返的運輸成本；此外，目前飛船最多可載3人，而“羅斯號”最多可載6人；“羅斯號”還有多種用途，可飛往空間站和月球。

　　在空間站領域，蘇聯/俄羅斯亦是獨領風騷，先后獨自研制、發射了3代空間站。20世紀70年代上天的蘇聯“禮炮”1號～5號，是第一代空間站（試驗性空間站）。其主要特征是，空間站均只有1個對接口，因而只能接納一艘客貨兩用飛船。1977年9月29日、1982年4月19日入軌的“禮炮”6號、7號是第二代空間站（實用性空間站）。其主要特點是，均有2個對接口，即可同時接納兩艘飛船，從而將載人與運貨分開，延長了空間站壽命和航天員在軌時間。第三代空間站（長久性空間站）是1986年2月20日開始建造的“和平號”。它采用積木式構型，最大特點是像搭積木一樣，對接5個專用實驗艙，是世界第一個多艙式空間站，大大擴展了航天員的活動空間，具有功能強、壽命長、使用范圍廣等優點，然而其供電嚴重不足、姿控系統設計有問題、工作效率不高。

　　俄羅斯是定于2011年5月建成的“國際空間站”的主要參與者。這是第四代空間站，由16個國家聯合建造，是一個集積木式和桁架掛艙式構型于一體的“混血兒”。其優點是：靈活性更強，設備拆卸、修理和更換都很方便；采用集中供電和使用統一的控制系統，可大大提高空間站的工作效率；桁架間的寬闊空間使多種觀測儀器的安裝和太陽電池板的增設變得容易；充分利用成熟技術，減少建造難度、費用和風險。俄羅斯為“國際空間站”提供了多個重要艙段和相關經驗以及用“聯盟”、“進步”系列飛船進行了大量天地往返運輸。它將運行到2020年。此后，俄羅斯將有可能獨自發射新型空間站，因其認為空間站有極其廣泛的用途。

　　按計劃，俄羅斯將在2037年進行載人火星探測。

　　“現在看來，俄羅斯的載人航天計劃尚有一定的不確定性，美國未來載人航天仍步履維艱。然而，航天飛機的集體謝幕，必將開啟人類太空探索新階段。”這是黃志澄、龐之浩乃至更多航天科技專家的共識。