国际空间站二十年: 1300亿美元打造的平台，未来将走向何方？

国际空间站（International Space Station， ISS）是目前在轨运行最大的空间平台，是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室，也是迄今为止运行时间最长、参与国家最多、取得成果最丰硕的人造太空基地。从2000年11月2日第一批宇航员登上ISS开始至今，已经过去了二十年。

2011年的国际空间站。图源：NASA

“我们的征途是星辰大海”——当人类已经不满足于仰望星空，而是试图真正的进军太空时，许许多多在地球上根本无法想象的问题显然会接踵而至。虽然无人探测器已经飞离了太阳系，而人类也不止一次的登上月球，但是如果想要实现长时间的太空生存，甚至建立外星基地，在太空中对相关技术进行充分的基础性研究是必不可少的。

国际空间站计划的前身是美国国家航空航天局（NASA）的自由号空间站，这个计划是上世纪80年代美国战略防御计划的一个组成部分。之后在老布什总统执政期间，星球大战计划被搁置，自由空间站也随之陷入停顿。冷战结束后在美国副总统戈尔的推动下，自由空间站计划重获新生，美国国家航空航天局与俄罗斯联邦航天局接触，重新开始推动这一巨大的科研项目。

国际空间站的各个组件大多在地面上完成建设任务，由美国和俄罗斯的运载工具送入太空后完成拼接。1998年11月15日国际空间站的第一个组件曙光号功能货舱进入预定轨道，同年12月，由美国制造的团结号节点舱升空并与曙光号连接，2000年7月星辰号服务舱与空间站连接。

曙光号与团结号舱（两者间需要加压对接适配舱进行连接，PMA）

2000年9月亚特兰蒂斯号航天飞机输送物资时看到的空间站。图源：NASA

2000年11月2日首批航天员搭乘“联盟号”飞船飞往国际空间站。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 Krikalyov）和尤里·吉先科（Yuri Gidzenko）成为国际空间站的第一批居民。

联盟号在哈萨克斯坦拜科努尔国际机场的发射台。图源：美联社

三人到达黑暗的空间站时所做的第一件事就是打开灯，克里卡廖夫回忆说这“非常令人难忘”。然后，他们将水加热为热饮料，并启动了单独的厕所。吉先科引用牧羊人的话：“现在我们可以生活了，我们有灯，有热水，有厕所。”

比尔·谢泼德（Bill Shepherd）于2000年12月5日在国际空间站的对接室工作。图源：NASA

谢尔盖·克里卡廖夫（Sergei K. Krikalev）于2000年12月6日在国际空间站上工作，将脚固定在Zvezda服务舱中。图源：NASA

从那时起，先后有241位访客曾经进入空间站，大部分是宇航员和科学家，还有几位有钱的太空游客。

唯一一位女性游客阿努谢赫安萨里

装配完成后的国际空间站是一个长110米，宽88米，大致相当于一个足球场大小、总质量超过400吨的庞然大物。除了能维持6名航天员长期生活在这里的设施外，各种科研设备占据了大部分空间。

2011年5月29日从奋进号航天飞机上看到了国际空间站。图源：NASA

超过1300亿美元的建造经费，每年还要支出40亿美元的费用以维持运行，国际空间站是当之无愧的“人类最贵科研工具”。虽然很多人质疑它的经济性，但是无论如何，在这二十年当中，国际空间站确实取得了太多的科学和技术成果：

• 基础疾病研究：阿尔茨海默病。帕金森病癌症。哮喘。心脏病。如果这些条件中的任何一个影响了你的生活，空间站的研究也一样。
• 发现稳定燃烧的冷却火焰：在比一般蜡烛冷2.5倍的温度下，在没有可见火焰的情况下一个油燃料液滴继续燃烧。
• 新的净水系统：水是人类生存的关键。不幸的是，世界上许多人无法获得清洁的水。空间站开发的先进的过滤和净化系统，使宇航员能够回收93%的水。
• 使用蛋白质晶体的药物开发：在空间站上进行的蛋白质晶体生长实验为许多疾病治疗提供了见解，从癌症到牙龈疾病，到杜氏肌萎缩症。
• 对抗肌肉萎缩和骨质流失的方法：空间研究极大地促进了我们对宇航员骨骼和肌肉流失的了解，以及如何减轻这些影响。这些知识也适用于地球上处理骨质疏松症等疾病的人。
• 探索物质的第五种状态：25年前，科学家在地球上首次产生了第五种物质状态，称为玻色-爱因斯坦凝结物（BEC）。2018年，美国宇航局的冷原子实验室成为第一个在太空中产生这种物质状态的设施。这一成就可能有助于深入了解量子力学的基本定律。
• 了解我们的身体在微重力下是如何变化的：当人类前往火星时，我们需要知道我们面临什么挑战。双胞胎实验首次比较了两个基因相同的人类，其中一个在较长一段时间暴露在太空辐射和零重力的环境下。

• 刺激低地球轨道经济：从卫星部署到空间研究，一个充满活力的商业空间经济已经发展起来，现在的价值已超过3450亿美元。空间站一直是支持这一增长的关键部分。
• 微重力中种植食物：种植补充食物的能力可以帮助人类探索远离地球的地方。空间站上探索了许多种植植物的技术，为这些任务做准备。2015年8月10日，宇航员们品尝了他们的第一份太空种植沙拉，宇航员们正在太空中种植萝卜。
• 从空间站部署人造卫星：CubeSat是最小的卫星类型之一，为在太空中进行科学和技术演示提供了一种更便宜的方法。
• 从独特的视角监测我们的地球：能够承载各种内部和外部仪器的能力，使空间站发展成为一个强大的平台，供研究人员研究地球的水、空气、陆地质量、植被等，同时为他们提供超越NASA典型地球遥感卫星的额外视野。
• 收集超过1000亿个宇宙粒子的数据：阿尔法磁谱仪-02为全球研究人员提供了数据，可以帮助人们更好的研究宇宙。
• 更好地了解脉冲星和黑洞：安装在空间站外部的两个工具，NICER和MAXI，已经协同工作，以增进我们对脉冲星和黑洞的了解。
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• 识别太空中未知微生物的能力：能够在太空中实时识别微生物，而无需将其送回地球进行识别，对于微生物学和空间探索世界来说将是革命性的。
• 开放胶体研究领域：牙膏、3D打印、药品和探测火星上流动的沙子似乎完全没有关系，但由于对空间站上的胶体研究，这些物质的内在机理得到了更好的解释。
• 流体物理学研究的进化：流体覆盖了我们的星球，但将它们送上太空可以帮助我们更好地理解它们是如何流动的。对太空流体的研究从基础研究到从先进医疗设备到传热系统等技术应用的测试，
• 微重力3D打印：第一个项目是2014年在空间站上打印的3D。从那时起，我们探索使用回收材料甚至打印人体组织的3D打印。
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长期巨额的资金投入，设备材料的不断老化，让国际空间站看起来越来越接近了它的终点。2020年空间站曾发生漏气事故，虽然在二十天后问题解决了，人们开始担忧类似的问题还会不会发生。俄罗斯航天局曾计划在2020年关闭空间站，后来又推迟到了2024年。如果决定解体报废空间站，让它以螺旋下降方式落入地球，大部分组件将在大气层中燃烧殆尽。这听起来简直是超级“败家”的行为，但是也无可奈何——除非有另外的选择。

经历了19个小时的漫长飞行，Behnken和Hurley进入了空间站。图源：SpaceX推特

2020年5月31日，美国SpaceX公司制造的“龙”飞船在太空中完成与国际空间站的自动对接，将2名宇航员送入了空间站。这是继2012年该公司成功为空间站运送物资之后的又一次新突破：由民营的科技公司独立完成了太空载人航天任务。

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，会建造一个新的空间站组件，在上面展开新材料研究；演员汤姆·克鲁斯和导演道格·里曼计划明年乘坐载人龙飞船进入空间站，在那里拍摄新的动作电影的几个场景；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。

汤姆克鲁斯曾经在影片中攀爬迪拜塔，如果场景换成太空，会不会有更加惊险的画面呢？

最前沿的科学探索往往是短期内无法看到实际回报的，因此人类早期的太空探索，包括建立国际空间站必然是由政府资金投入为主。随着时间的推移，航天技术的普遍化、民营化趋势则越来越明显，把太空作为一个全新的市场开发空间，由各种创意无限且愿意承担资金风险的民营公司接替政府将空间站运行下去，是否能够开创一个全新的太空时代呢？

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