尘埃落定！国际空间站进入倒计时

今天是太空与您相伴的【第2667期】

最近，俄罗斯国家航天集团与美国宇航局达成重要共识：国际空间站的工作寿命至少将延长到2028年，最终有可能在2030年完成历史使命，以可控方式脱离轨道，坠入南太平洋预定海域。那么，国际空间站退役离轨工作将如何实施？科研人员需要重点解决哪些难题？美俄各自怎样规划未来载人航天事业？双方是否还有合作机会？

整体一次性离轨防风险

众所周知，国际空间站由多方负责的10余个舱段紧密耦合而成，结构极其复杂。有观点认为，国际空间站似乎可以尝试“分体离轨”方案，也就是在退役前陆续分离各主要舱段，由各方自行负责舱段离轨作业。

然而，国际空间站各舱段间电力供应、生命保障、热控系统等深度互联，经过长期在轨运行后，存在一些难以彻底排查、弥补的缺陷，如果强行将它们物理分离，难免会面临巨大风险，不排除引发航天器大规模失控甚至灾难性事故。更何况协调诸多国家和国际组织行动，执行各舱段离轨操作，其复杂性和综合成本必将远远超出预想。因此，目前国际航天界的主流意见倾向于让国际空间站整体一次性离轨。

国际空间站已进入服役末期

国际空间站总质量超过400吨，想要整体安全“退休”，将是航天史上规模最大、技术难度最高的可控离轨行动，核心目标是确保这个庞然大物精准坠入远离航线和人类居住区的南太平洋“航天器坟场”。

根据传统方案，国际空间站退役离轨重任将由俄罗斯舱段及进步系列货运飞船负责。未来，多艘进步系列货运飞船将被改造为太空拖船，对接国际空间站各舱段，分批持续实施制动点火，配合俄罗斯舱段推进系统，逐步精确地降低国际空间站轨道高度。

然而，国际空间站俄罗斯舱段存在不容忽视的设备老化、气液泄漏风险，未来数年内不排除会发生意外。因此，美国宇航局正在积极筹划备份方案，具体又分为两种：

一个方案是利用现有的美国商业货运飞船，如诺·格公司的“天鹅座”或SpaceX公司的“龙”，加装额外的大推力推进模块，使其具备辅助国际空间站离轨能力，甚至承担主控离轨任务。

另一个方案更加雄心勃勃，美方计划研发专用型国际空间站离轨航天器，并由此衍生出载荷指标、变轨性能更出色的太空拖船，未来将执行多样化任务。目前，SpaceX公司已获得美国宇航局数亿美元资助，支持开发国际空间站离轨航天器。

彻底解体确保地面安全

国际空间站可控离轨的最大风险在于，这个庞然大物高速穿越稠密大气层的过程中必须彻底解体，而且碎片落点必须被严格限制在预定海域，避免造成地面人员伤亡或财产损失。

为此，在国际空间站离轨过程中，对精度的要求可谓达到了极致。太空拖船或专用型离轨航天器每次实施制动点火的时机、推力方向和大小一旦出现微小偏差，经过轨道衰减过程中的“放大效应”，很可能导致国际空间站残骸最终再入点和落点区域发生成百上千公里的偏移。

门户绕月轨道空间站效果图

地球高层大气密度受太阳活动影响，不时会发生剧烈变化，进一步提升了国际空间站轨道预测和控制难度。预计整个国际空间站离轨过程至少将持续数月，科研人员需要依靠最先进的轨道动力学模型进行无数次迭代计算，并借助全球雷达、光学望远镜组网实时监测数据，及时细致修正，被外界形容为“在惊涛骇浪中钻研微雕”。

国际空间站离轨过程中必须时刻提防太空坠物风险。比如，主桁架、大型实验舱舱壁、推进剂贮箱等核心结构为了在严酷的太空环境中长期运行，普遍设计异常坚固。即使穿越大气层会经受数千摄氏度高温和巨大的气动压力，它们也未必会烧蚀殆尽。

这在航天史上不乏前车之鉴：1979年，重约77吨的美国“天空实验室”再入大气层，大块碎片散落在澳大利亚西部；1991年，重约40吨的苏联礼炮7号空间站退役，包括完整舱门在内的大量残骸坠落在阿根廷境内。

国际空间站重量更大、结构更复杂，如何确保其再入解体更彻底？科研人员正在论证其离轨前的特别处理方案：由航天员配合机器人，预先移除大面积太阳能电池板，因为这些电池板不易解体，可能形成较大的坠地碎片；或者在关键的大型承力结构上预装非爆炸性低当量分离装置，如线性装药切割器，在国际空间站再入大气层最剧烈阶段之前自动触发，将大型组件拆解成更小的、更易烧毁的残骸。当然，在国际空间站上安装爆炸物等又会带来新的风险。

一旦国际空间站离轨程序启动，全球性实时监测和预警网络的作用是至关重要的。各国地基雷达、天文望远镜及在轨监测航天器需要密切协作，连续跟踪国际空间站的轨道衰变状态、结构完整性。在残骸碎片可能溅落的数小时乃至数天之前，可能受影响的国家、国际航运组织、航空管理机构等应收到精确预警，敦促人员和船只、飞机远离危险区域。

显然，这需要建立起跨越政治隔阂的国际协调与信息共享机制，任何沟通不畅或信息“壁垒”都有可能引发重大公共安全风险。

美俄太空建站各有打算

美俄达成有关国际空间站退役处理计划草案，属于现实考量下的妥协：确保国际空间站未来数年安全运行，维持基本的技术协调工作，保障多国航天员在轨安全。这更像是一种“有限接触管理”，并非重启合作。

可以说，国际空间站退役，不仅是一个庞大的技术工程项目终结，更标志着美俄载人航天合作“落幕”，双方加速飞向截然不同的未来。

未来俄罗斯空间站效果图

在可预见的时期内，美国宇航局载人航天事业的战略重心将全面转向“阿尔忒弥斯计划”，核心目标是支持航天员登月并持续驻留月球表面。作为该计划的关键枢纽，代号“门户”的绕月轨道空间站有望成为深空科学研究平台以及载人登月乃至载人深空探索任务的“跳板”。

美国宇航局还在资助多个团队建设近地轨道商业空间站，维持太空客运、货运服务。其目标是在2030年前后接替国际空间站，提供微重力研究、空间制造、太空旅游等服务，最终形成经济可持续发展的近地轨道新生态。

不过，绕月轨道空间站和各商业空间站项目进度普遍不及预期，在美国宇航局预算削减的背景下，其前途命运存在一些不确定性。

而俄罗斯决定分阶段建设本国轨道服务站：最初，国际空间站俄罗斯舱段可能在寿命末期分离，为本国空间站发挥“余热”；随后，计划于2027～2028年发射首个全新舱段，再逐步发射各种用途舱段，在轨进行对接、扩展，2035年有望完全建成空间站。

俄罗斯空间站的一个显著特点是设计轨道倾角较大，以便更频繁地飞越俄罗斯广袤领土上空，有利于对北极地区和俄罗斯全境持续进行遥感观测、通信保障，执行国家安全任务，具有重要的战略价值。

然而，俄罗斯多年来承受着西方制裁、军费增加的压力，对航天产业投入受限，进一步造成人才断层、工程管理经验流失等。俄罗斯航天工业难以再获取西方关键电子元器件、精密制造设备和特种材料，导致多个关键项目进度延期或性能降级。因此，俄罗斯空间站想要按照预期计划建成并顺利运行，仍存在不少有待克服的挑战。

外界认为，在短期甚至中期内，美俄在载人航天领域基本上不可能恢复类似国际空间站的深度系统性合作。然而，太空探索的本质属性决定，长期完全“脱钩”并不符合美俄的根本利益，双方仍具备一定的合作潜力。

比如，俄罗斯在大型飞船、外星球着陆器、空间核技术、特定空间站舱段等领域拥有较深厚的技术积累，理论上可以满足绕月轨道空间站和月球表面任务所需，但前提是美俄重建政治互信，目前尚无明显迹象。

两国更现实的航天合作可能涉及“远离”直接军事应用、关乎人类共同福祉的科学领域，包括无人深空探测、基础空间科学研究、空间环境监测、空间碎片治理国际规则制定与协调等，寻求有限的技术对话或数据共享。

来源 | 中国航天报

编辑 | 刘俞希

校对| 刘心继

主编 | 张文军

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