国际空间站(ISS)服役三十余年后,将计划于2030年左右退役。为了填补空间科学、研究、创新和生物学研究领域由此产生的空白,多个航天机构正在规划后续空间站。
正如第一部分所述,点击这里看前文这些项目包括NASA的月球门户空间站、中国天宫空间站、印度拟建的印度太空站(BAS)以及俄罗斯航天局计划回收利用国际空间站俄罗斯轨道段(ROS)的模块。
然而,商业空间站的计划也层出不穷。这反映了近几十年来私人航天领域的蓬勃发展以及商业航天所取得的创新成就。例如,蓝色起源公司的轨道礁(Orbital Reef)、公理空间站(Axiom Station)、Vast Haven-1、门户基金会的维拉空间站(VERA Station )以及空客公司的环形轨道空间站(LOOP)和星际实验室空间站(Starlab)。这些概念让我们得以一窥近地轨道“商业化”的未来图景。
注:名称翻译可能有误
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空客公司新研发的Loop太空舱配备了离心机和内置温室
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内容
2021年12月,美国国家航空航天局(NASA)宣布已选定蓝色起源(Blue Origin)和塞拉太空公司(Sierra Space)在近地轨道(LEO)打造一个“混合用途商业园区”,用于商业航天活动和太空旅游。
包括亚马逊、亚马逊网络服务(AWS)、三菱重工、波音、红线太空公司(Redwire Space)、创世纪工程解决方案公司(Genesis Engineering Solutions)和亚利桑那州立大学(ASU)在内的多家商业合作伙伴和机构已签署该项目协议。空天论道该合同是NASA商业近地轨道目的地(CLD)计划第一阶段颁发的三份《太空法案协议》(SAA)之一。
这些航天器部署计划(SAA)是NASA在国际空间站退役后,维持美国在近地轨道(LEO)不间断存在计划的两个阶段中的第一阶段。
截至2024年夏季,NASA报告称,蓝色起源(Blue Origin)和塞拉空间(Sierra Space)均已完成多项研发里程碑,包括塞拉空间大型集成柔性环境(LIFE)模块的成功爆破测试。该空间站的设计容量为830立方米(29,310立方英尺),可容纳10人。
两家公司计划在2027年前发射首批模块,目标是在本十年末全面投入运行,与国际空间站的退役时间同步。
轨道焦
Orbital Reef 的模块化设计旨在为商业合作伙伴提供最大程度的定制化和兼容性。据报道,它将配备对接环,几乎可以兼容所有在役航天器,包括 SpaceX 的 Dragon 2、联盟号、追梦者号和波音星际客机。空间站最初将由四个模块组成,包括:
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- 核心舱拥有250立方米( 8830立方英尺)的居住空间,可容纳多达10名宇航员。它将作为空间站其他舱段和对接飞船的中央枢纽。核心舱内设有空间站的指挥控制中心、数据处理中心和通信中心,并配备内部和外部有效载荷、储物空间、应急生命维持系统(ECLSS)、卫生间以及六扇迄今为止飞向地球的最大舷窗。
- 研究舱的尺寸与核心舱相仿,将包含一个有效载荷气闸/穹顶舱,并搭载内部和外部有效载荷,作为一个可根据用户需求定制的多学科实验室。桅杆将通过其可展开的太阳能电池阵列产生100千瓦的电力。空天论道它将收集和散发热量,并作为通信和其他关键系统的总线,包括外部机械臂以及对接和停靠节点。
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- 由塞拉航天公司建造的大型集成柔性环境(LIFE)模块是一个充气结构,长约10米(33英尺),直径约8.5米(27英尺)。该模块可容纳四名宇航员、科学实验设备、健身器材、医疗中心以及用于在太空种植植物的Astro Garden®系统。
- 节点模块的体积为 40 立方米( 1415 立方英尺),将包括两个与国际对接系统标准 (IDSS) 兼容的对接端口、一个用于舱外活动 (EVA) 的气闸,并且能够搭载外部有效载荷并提供定位功能。
公理站
这是由总部位于休斯顿的航空航天公司Axiom Space和全球航天制造商泰雷兹阿莱尼亚宇航公司(Thales Alenia Space)与NASA合作开发的另一种模块化空间站概念。
该空间站概念源于NASA商业载人航天计划(CLD)中提出的在国际空间站(ISS)上添加商业模块的方案。然而,该计划最终演变为一个可自由飞行、独立运行的空间站,它将接替国际空间站,空天论道继续开展相同的科研活动,并支持近地轨道(LEO)的商业活动。
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根据Axiom公司目前的设计,最终的空间站将由五个模块组成,每个模块各司其职。其中包括有效载荷动力热模块(PPTM),它是第一个发射的模块,旨在与国际空间站对接,并协助关键基础设施和有效载荷的转移。随后将依次发射居住舱-1(HAB-1)、气闸舱(AL)、居住舱-2(HAB-2)以及地球观测研究与制造(RAM)模块。
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该公司已与美国宇航局 (NASA) 完成了初步和关键设计评审,泰雷兹阿莱尼亚宇航公司也已开始建造构成 PPTM 的主要结构。完成后,该模块将被运往休斯顿进行最终组装和集成,之后计划于 2027 年或更早发射。该模块最初将连接到目前货运飞船使用的两个端口之一。到 2028 年,它将与同年发射的 HAB-1 对接。
HAB-1 舱长 11 米,直径 4.2 米,可容纳四名宇航员,并拥有足够的空间进行科研和制造。空天论道该舱段将提供推进、制导、导航和空间站控制功能。AL 舱段将于 2020 年代末期建造,随后 HAB-2 舱段也将建造完成,并与气闸舱段结合,构成一个功能齐全的空间站。HAB-2 舱段将额外容纳四名宇航员,使其宇航员容量翻倍。
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HAB-2 将提供完整的环境控制和生命保障系统(ECLSS) 支持、商业卫星通信,并将配备一个远程机械臂(类似于Canadarm-3),用于辅助对接和与其他型号的对接。RMF 预计将于 2030 年代发射,它将在微重力环境下开展研究、产品开发和太空制造,而一个玻璃穹顶将作为地球观测站。
后续还将安装其他模块,包括太空娱乐企业(SEE-1)模块,这是一个直径六米的球形充气模块,将成为首个太空娱乐工作室。空天论道该模块以同名英国公司命名,预计将成为汤姆·克鲁斯主演的某部电影的拍摄场地。同样,拉斐尔多用途后勤模块(MPLM)计划在国际空间站退役后进行改造,并安装在公理空间站上。
避风港
Haven -1概念是一个临时轨道平台,提供45立方米(1600立方英尺)的居住空间。它将依靠载人龙飞船执行长期任务,使用其生命维持系统,并能够一次维持4名宇航员在空间站停留长达30天。
该空间站还将预装150公斤(330磅)的货物,以支持科学研究和在轨制造。该空间站预计将于2027年初由SpaceX的猎鹰9号火箭发射升空,随后首批4名宇航员将抵达空间站。
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维拉站
大型旋转环境建筑(VERA)概念是一种环形旋转空间站(或冯·布劳恩轮),通过旋转来模拟重力。其概念与斯坦利·库布里克执导、阿瑟·C·克拉克参与编剧的电影《2001太空漫游》中的五号空间站类似。VERA设想的空间站由两个环形结构(一个内环,一个外环)组成,直径84米(275.5英尺),包含369,523立方米(483,318立方码)的加压空间。空天论道这种双环形结构设计可以模拟两种不同程度的重力。
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这也意味着,由于乘客在危急情况下可以转移到内环,因此无需紧急救援车辆(ERV)来疏散外环。内环容积为85,278立方米( 111,540立方码),将容纳乘员宿舍、维护设施和空间站控制中心。这个较小的环面将优先于其他任何设施(外环、电梯、枢纽等)建造,以便施工人员拥有一个非常大的施工场地来建造空间站的其他组件。
Gateway基金会计划使用萨尔贡建造环(Sargon Construction Ring)建造该空间站。萨尔贡建造环由一系列呈环状排列的机器组成,采用一种名为“面板建造”(Panel Construction)的技术。该技术包括将预先安装有惠普尔屏蔽层的船体钢板焊接在一起,从而实现大型加压空间的快速自动化建造。Gateway基金会将VERA空间站视为其拟建的Gateway太空港的关键一步。
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与现有空间站设计相似,同样采用双环面结构,门户空间站直径488米(1600英尺),深76米(250英尺),其1190万立方米(1557万立方码)的加压空间可容纳150名宇航员和多达1250名游客。空天论道内环面为月球重力区(LGA),中心设有大型对接舱,可旋转以模拟月球重力(0.16g)。外环面为火星重力区(MGA),模拟火星重力(0.38g)。
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这两个环形结构将帮助访客适应他们目的地(月球、火星或更远的地方)的重力。从这个意义上讲,“门户”这个名字非常贴切,因为它旨在成为一个轨道上的商业枢纽,使人们能够定期进入太阳系。
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空客环线
由欧洲航空航天巨头空中客车公司开发的LOOP空间站是一个多用途轨道模块,直径8米(26英尺),高度也大致相同。该空间站由一个带有舷窗、气闸和对接端口的刚性外壳组成,这些端口可供来访飞船停靠,并可用于添加更多模块。该空间站设计用于容纳四名宇航员,但最多可容纳八名宇航员。
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空间站内部结构由三层甲板组成,分别用于不同的任务(居住、科学考察、医疗、在轨工厂等),各层甲板通过一条中央隧道连接,隧道周围环绕着温室结构。
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模块化设计使得甲板可以根据需要进行更换或增建,以满足其他用途(娱乐、旅游等)。底层设有一个离心系统,该系统包含多个舱体,用于模拟部分重力环境,供宇航员骑健身自行车。空天论道空间站将配备所有必要的生命维持系统,包括用于体温控制的体表散热器、太阳能发电系统和多种通信系统。
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星际试验室站
由空中客车公司与星际实验室(Starlab Space LLC)合作开发的另一项概念—星际实验室空间站,旨在确保人类在近地轨道(LEO)的持续存在。该空间站高17米(约56英尺),宽7.7米(25.25英尺),可容纳4名常驻宇航员,轮换期间可容纳8名宇航员。空天论道星际实验室空间站计划于2030年启用,旨在实现从国际空间站及其微重力科学研究到下一代商业空间站的无缝过渡。
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设计团队目前正朝着关键设计评审 (CDR) 的目标努力,该评审于 2025 年底开始。
太空探索总能激发人们大胆的计划和雄心勃勃的设计。
随着NASA将目光投向下一个“重大飞跃”,以及商业航天领域的最新进展和几家新兴巨头的崛起,我们或许正生活在自阿波罗时代以来最有利的时期。
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