白玉京：國際空間站喪鐘已響，天宮空間站路在何方

【文/觀察者網專欄作者 白玉京】

根據CNN11月16日的報道，國際空間站的泄露問題日漸加劇。儘管宇航員們一直在修補問題區域，但情況已經到了白熱化的地步。另外據美國“太空”網站消息，空間站的泄露問題已經持續了五年，目前美俄雙方在泄露是否嚴重上存在分歧；俄方“不認為存在災難性解體的風險”，美國則要求停靠在國際空間站的載人“龍”飛船增加臨時座椅以備緊急撤離之需。

國際空間站的年久失修並非捕風捉影的傳聞，而是板上釘釘的事實。始建於1998年的國際空間站，是16個國家聯合參與的合作項目，最初設計的使用年限是15年，也就是到2013年。目前國際空間站正處於超期服役的狀態中，且超期服役的零部件有588個之多。

凡事必有終結，俄羅斯計劃最早於2028年離開國際空間站，而其他合作伙伴則表示於2030年離開。不論如何，國際空間站將於2030年隕落的事實已經不可避免。美國迫不及待決定了它的死亡方式，還決出了掘墓人——NASA宣佈SpaceX戰勝美國“次子”諾格（長子波音，三子洛馬），贏得了主持這一太空葬禮的“榮耀”，合同價值高達8.43億美元。

SpaceX將建造發射離軌飛行器（Deorbit Vehicle，DV），將國際空間站送入大氣層燒燬。至少在吃瓜這件事上，SpaceX從不讓人失望。NASA和SpaceX急不可耐地公佈了離軌飛行器的一些細節和渲染圖。

SpaceX公佈的離軌飛行器推動國際空間站的渲染圖，注意尾部蜂窩煤一樣密集的推進器。SpaceX

我們除了全程關注國際空間站的“葬禮”細節之外，也有更迫切的事情需要思考——遠比吃瓜更重要。據CCTV報道，中國天宮空間站設計壽命10年，如果從2021年算起，將於2031年退役。換而言之，有沒有可能是前後腳的事情？從中美如何應對空間站退役，到中美怎麼搞下一代空間站，是無縫銜接，且非常有趣的話題。

強大的離軌飛行器

SpaceX的離軌飛行器，將是人類歷史上推力空前強大的外太空飛行器，畢竟要推動的是400多噸的龐然大物。從本質上來説，它是貨運“龍”的魔改版，整合了多項成熟的技術，同時進行了顯著的增強和改進，以適應國際空間站安全離軌和退役的複雜任務。

為了便於理解，我們不妨把離軌飛行器稱為“離軌龍”或“出軌龍”。“出軌龍”將配備46個“天龍座”（Draco）推進器，其中16個用於姿態控制，30個用於降低空間站軌道所需的推進操作。與標準型貨運“龍”飛船相比，“出軌龍”的推進劑是貨運型的6倍、發電能力是其3到4倍、主幹段長一倍，主要用於容納發動機、推進劑箱、發電系統和其他系統。

“天龍座”推進器名氣遠沒有“默林”和“猛禽”發動機那麼響亮，但它其實也是SpaceX帝國的基石，廣泛地應用於“龍”飛船。“天龍座”使用具有自燃特性的單組元推進劑，具體為四氧化二氮（N2O4）和單甲基肼（MMH），在混合時無需點火裝置即可產生高能量燃燒。

Maxar商業成像衞星最近拍攝的國際空間站照片，絕佳的展示了太空巨物之雄壯，和離軌飛行器的對接位。波音可憐的星際飛船位於中間右下方，從空間站的前對接端口伸出。SpaceX 的離軌飛行器將停靠在同一前對接端口，以便在該計劃於 2030 年左右結束時安全地將實驗室推出軌道。Maxar

“出軌龍”總重約30噸，容納了16噸推進劑。但是，推進劑越少越好，而不是越多越好，16噸顯然經過SpaceX的精心計算。根據齊奧爾科夫斯基火箭方程粗略估算，推動國際空間站完成離軌約需要22噸推進劑。然而，理論計算跟實際工程存在缺口，通過流程上的優化，16噸足以滿足要求——“出軌龍”不會只點火一次就完成國際空間站的離軌操作。大致流程如下：

國際空間站運行高度當前約400千米，最後一批宇航員進入國際空間站後，“出軌龍”對接國際空間站，國際空間站軌道高度自然衰減到330千米，宇航員離開，自然衰減到220千米時，“出軌龍”開始推進，通過多次點火，將國際空間站軌道降低到160千米，進而完成離軌燃燒。國際空間站的最終墜落地點還未確定，可能位於南太平洋，墜落區域呈橢圓形，長軸約為2000千米。按NASA的説法，國際空間站的碎片，大的像轎車，小的像微波爐；砸到小朋友跟花花草草都不太好。

30噸的“出軌龍”是一個龐然大物，發射是一個大難題。可複用的“獵鷹”9顯然是不行的，只能把15噸的載荷送入LEO軌道，就算不回收第一級，也只能把22.8噸的載荷打上天。“獵鷹重型”火箭LEO軌道運載能力為63.8噸，理論上問題不大，但實際發射這麼大的玩意，還不清楚“獵鷹重型”火箭是否需要進行結構補強和相關的優化設計。

不難看出，不論是建造一款離軌飛行器還是發射一款離軌飛行器，都不是一件容易的事情，世界上有把握做成的沒幾個。SpaceX的“龍”飛船相當成熟，發射運營得心應手，魔改版的研發，進度可控風險可控，這就是SpaceX能擊敗諾格的關鍵原因。NASA拋棄諾格，就是擔心諾格的方案得從頭開始，一不小心，極易成為新一代“鴿神”。

中國天宮空間站只能用10年？

國際空間站從1998年發射首個模塊算起，預計到2030年退役，共計服役42年之久。國際空間站面臨退役，中國天宮空間站也一樣面臨着退役的問題。

中國天宮空間站全貌。中國載人航天辦公室

中國天宮空間站的設計壽命是10年，但這是非常保守的一個數字。當然，我們沒必要鑽牛角尖，死摳“42年”和“10年”這兩個數字，得出國際空間站一定優於中國空間站的結論。其實國際空間站原始壽命也就15年左右，歷經數次延壽。中國載人航天工程空間站系統總指揮王翔曾在央視採訪中回應稱，空間站的實際使用壽命遠比10年的設計壽命要長。

天宮空間站跟國際空間站都採取了模塊化設計，通過維修和更換模塊化艙段，實際使用壽命將達到15年甚至更長。而國際空間站的設計和建造，美國拉了俄羅斯、日本、加拿大等國參與，有好有壞。好處是分擔資金成本和技術成本，壞處是眾口難調，節奏不好把握，比如加拿大設計必不可少的機械臂，拖過後腿。天宮空間站則由中國獨立建造，各個艙段不求人，更換和維修不需要徵求別的國家同意，自然有利於在實操中延長天宮空間站的壽命。

10年也好，15年也罷，天宮空間站退役時，也一樣面臨如同國際空間站退役時的兩個核心問題，其一是中國或許也需開發離軌飛行器，但這個問題還算好回答，畢竟可以摸着SpaceX的石頭過河。其二是下一代空間站由誰來造，怎麼造？

“半個”空間站

國際空間站基本可以視為國家隊聯盟的產物，美加等國政府和國立航天機構牽頭投入資金，研發建造。國際空間站退役後，美西方國家隊將建造“半個”空間站；美國民商隊將接過國家隊的大旗，挑起下一代空間站開發建造的大梁。

獵户座飛船（左）正在接近月球門户，注意圖中細節，月球門户是一個運行在月球軌道的空間站。NASA

美國正在推動“阿耳忒彌斯”（希臘神話月之女神，太陽神阿波羅的姐姐）重返月球計劃，將建造一個月球門户（Lunar Gateway）。這是一個小型空間站，旨在作為宇航員的通信樞紐、科學實驗室和居住艙，不僅用來登月，還用來探火。這是一個跨國合作項目，參與者包括美國國家航空航天局 ( NASA ) 、歐洲航天局(ESA)、日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)、加拿大航天局(CSA)。

“月球門户”主要由以下幾個模塊化單元組成：推進模塊（PPE）、居住和後勤前哨（HALO）、月球國際居住艙（I-HAB）、歐洲燃料補給/基礎設施和電信系統( ESPRIT) 服務艙。月球門户將運行在月球軌道，而不是近地軌道，規模遠遠不及龐大的國際空間站。這就是上文為什麼説“半個”的原因。

不過，受規模和主要用途的限制，月球門户只能充當下一代空間站的一個補充和備份。

太空三加一

NASA已經授出三份金額差不太多的合同，支持三家公司分別建造下一代空間站。而選擇三家，也是出於雞蛋不能放一個籃子的考慮，鼓勵市場化競爭。

星空實驗室空間站，由納米支架公司主導，合作伙伴洛馬的標誌非常醒目網絡圖片

美國之子波音、諾格和洛馬堂而皇之地混進了民商隊的革命隊伍，當然如果硬要把它們當民商也不是不行。諾格作為美國次子，實力十分雄厚，先前在國際空間站刷了不少經驗值，收購軌道科學後，還搞過“天鵝”號貨運飛船往返國際空前站。諾格的飛船不求人，火箭也不用求人，“天鵝”號貨運飛船可用“宇宙神”V重型火箭發射。從目前的經驗值和壟斷的資源來説，諾格實力顯然超出另外兩家。

除“三強”之外，美國還有一個空間站計劃，就是公理公司(Axiom)的公理空間站。它跟“三強”的不同點在於，公理空間站相當於一個寄生體，在國際空間站壽終正寢之前，需要先對接國際空間站，後續再分離獨立運行。

空間站商業化並不容易

這裏比較奇怪的地方有兩點，一是波音和洛馬只是打輔助，目前沒有獨立建站的慾望，諾格獨佔C位。二是，美國當今的航天一哥SpaceX竟然沒有出現在建設下一代空間站的名單裏。

其實這兩點可以用一個原因來歸結，就是美西方搞的下一代空間站是商業空間站，不是國際空間站這種不計真金白銀的政治符號。

2023年12月22日，諾格“天鵝座”貨運飛船從國際空間站的加拿大臂2號發射升空後的瞬間。NASA

建造空間站，有點像攀登珠峯。過去，攀登珠峯需要舉國之力來搞，通過國家運動員集訓實現，成為國家比拼實力和榮耀的象徵；而如今攀登珠峯，商業化模式非常成熟，成為企業家和大人物刷存在感刷的打卡勝地，以後萬一有“珠峯媛”什麼的，也不用稀奇。

隨着技術的進步，建造飛船、火箭的技術白菜化擴散，所需的資源、資金和技術不一定需要國家隊之力。像建造空間站艙段和在軌對接這些關鍵技術，在NASA的支持下，美國民商隊是有可能掌握並完成閉環的。

這一代的國際空間站和，包括天宮空間站，都是不賺錢的。美國希望下一代空間站能商業化，未必大賺特賺，至少得有個商業化的開端，不能跟國際空間站一樣賠本賺吆喝。星鏈的商業化日趨成熟，帶動並反哺了獵鷹火箭、龍飛船等全產業鏈的商業化，獵鷹火箭和星鏈業務都是賺錢買賣，過了被人們嘲笑的“燒錢”期。

跟星鏈完全不同的是，下一代空間站的商業化模式和路徑，非常不清晰。藍色起源也好，納米支架也吧，現在也説不清怎麼通過空間站賺錢——為了找錢在PPT上畫餅是另外一回事。

波音、洛馬、SpaceX不扛獨立建設空間站，就是跟商業化不好實現有關。頭鐵的諾格，能走多遠還真不好説，NASA給的1.2億美元，當作啓動資金都差得很遠。SpaceX是非常精明的，不當下一代空間站的扛把子，不等於不參與下一代空間站，飛船和火箭各家多少都得考慮求SpaceX合作。比如，月球門户的建造，SpaceX就接了一份活，這份錢掙得實打實。

美國考慮下一代空間站商業化，中國也一樣得考慮這個的問題。民商隊全部或部分參與一下代空間站的建造，有百益而無一害。這是新時代之下，全新意義的舉國之力辦大事，有益於資金和技術的加速發展和流動，更有益於減輕國家的負擔。

美國下一代空間站的商業化之路會很難，中國下一代空間站商業化之路會更難。單從技術上來説，中國民商隊跟美國民商隊有很大差距。中國民商隊還沒有跑通複用火箭、重型火箭、貨運飛船、載人飛船、太空對接、在軌組裝這些關鍵環節。好在中國民商隊正在飛速發展，好在時間站在我們這一邊，天宮空間站還能為我們爭取很多時間。假以時日，中國民商隊有可能成為真正意義上，推動經濟的新質生產力。

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