永久性太空站

1984年1 月25 日，美國總統里根在“國情咨文”中提出，開發宇宙是美國80 年代的4 大目標之一。美國將投資80 億美元，另外將設法取得英、法、日等國20 億美元的合作，在今後的10 年內建立一個永久性的軌道太空實驗站。 所謂“永久性太空站”，就是在一個低偏角軌道上一直保持一個繞地運行的多功能載人實驗基地。

基本介紹

• 中文名：永久性太空站
• 外文名：Permanent space station
• 開始實施：1993 年

前奏——天空實驗室

建立太空站對美國來說並非第一次。1972 年底“阿波羅”計畫結束後，美國在第二年5 月14 日發射一個小型的載人空間站——“天空實驗室”。這個“天空實驗室”是用“阿波羅”計畫留下的設備改造成的，全長14.63 米，直徑6.5 米，是個重約80 噸的圓柱形筒體。它的內部分隔為實驗工作室、指揮服務室、餐室、起居活動室、盥洗室等。由於“天空實驗室”的內部容積頗大，所以幾個人生活在裡面比在“阿波羅”飛船上要舒服得多。

把“空間實驗室”太空站發射送上地球軌道的仍然是“土星V”運載火箭。不過因為“空間實驗室”僅僅作繞地球的軌道運行，不象“阿波羅”飛船那樣要奔向月球，所以對運載火箭推力的要求就低得多了，只要“土星V”的第一級和第二級火箭，就能把它送到離地面435 公里的軌道了。“空間實驗室”的尖端部分有對接裝置，太空人都是從“阿波羅”飛船的指揮中進入“實驗室”的。

“天空實驗室”的電源來自於太陽能電池翼。可是在它進入軌道後僅63 秒鐘，一個太陽能電池翼便發生故障。艙內電力不足，氣溫升高，無法住人。

11 天后，第一批3 名太空人乘“阿波羅”飛船進入“天空實驗室”。這3 名太空人遵照國家航空和航天局的指令，首先修復了太陽能電池翼，使這個價值2 億美元的“天空實驗室”“恢復了青春”。這以後，他們用望遠鏡觀測太陽，檢測人體在宇宙中的情況，拍攝地面照片，試驗金屬焊接，一共在軌道上生活了28 天才返回地面。

第二批3 名太空人是1973 年7 月28 日進入“天空實驗室”的，他們在裡面生活了59 天。第三批太空人是同年11 月16 日進入軌道的，在軌道太空站里生活了84 天。這兩批太空人繼續進行天體物理學、生物學、生理醫學等方面的試驗，獲得了7 萬多米數據磁帶，拍攝了數萬張照片。這以後，美國沒有再向這個太空站派遣太空人。1979 年7 月11 日，繞地飛行3.4981 萬圈的“天空實驗室”墜毀了。

永久性太空站的計畫

近幾年來，美國航空和航天局一直致力於設計一個理想的太空站。它既要能滿足科研、工程和商業利用的需要，又要有發展餘地，能隨著科學技術的進步而不斷更新及增加人員。

1986 年5 月14 日，美國航空和航天局正式宣布的情況表明，這個擬建的永久太空站上設4 個艙，共可提供200 立方米的居住加壓空間。每個航天艙長13.4 米，直徑4 米。其中的兩個艙由美國自己承建；另外1 個由日本製造；歐洲航天局提供第四個艙和兩個軌道平台。這4 個艙組成航天站的主體，供太空人和工作人員生活和從事科學實驗。此外，它還有兩個較小的貯藏艙，和一個能停放長7 米多的飛行器的“停車場”。

航天站的動力系統由太陽能電池板和反射器構成，可以提供75 千瓦電能。這個站上將新設計一個“封閉的”環境系統，氧氣和水可以循環使用，這在美國航天史上還是第一次。食物和氮氣將由太空梭每年補充四次。來往的太空梭可以在太空站的兩個艙口停留，其它宇宙飛船和平台將在構架的5 個地方停放。

據美國航空和航天局的計畫，為把總重量約35 噸的太空站所有部件送上467 公里高空的軌道，太空梭預計將飛行15 架次。太空人在軌道上拼裝太空站需要在空間“行走”672 小時；以後每年對太空站的保養需要在空間“行走”391 小時。

這項計畫從1993 年起開始付諸實施，預計到1996 年完成。但從1994年年中起，永久性太空站即可住人，通常可由8 名工作人員在內工作和生活。太空梭作為交通運輸工具，每年往太空站飛行8 至10 次，接送人員，補充給養、運送實驗或生產設備及物資。

這項計畫公布後，人們擔心太空人是否有能力在軌道上組裝和維修這個巨大的太空站，這個軌道站是否能適合工作人員的需要。這就迫使航空和航天局修改設計，並考慮是否先建一個“小得多的”太空站作試驗。

永久性太空站有利可圖

建設永久性太空站是一項耗資巨大的計畫。為此，美國除財政撥款外，還在國內外謀求合作。1984 年1 月，里根總統曾致函日本首相中曾根，邀請日本參加太空站的建設工作。同年6 月9 日，里根總統在英國倫敦舉行的七國經濟最高級會議上，向與會的英國、法國、聯邦德國、義大利、加拿大和日本等國的領導人展示了擬議中的載人空間站模型，詳細介紹了永久性空間站計畫的情況，邀請他們投資參加這項計畫，而且表示，投資多的國家將優先同美國一起進行空間研究。

對此，日本方面表現出了熱情。

1985 年4 月12 日，日本宇宙開發委員會正式作出決定，參加美國的永久性太空站計畫。日本將獨立建造一個“宇宙實驗室”艙，由太空梭送上軌道。作為永久軌道站的一個組成部分，它將被安裝在太空站主體下部加壓艙的頂端。這個“宇宙實驗室”艙是多功能的，它分3 個部分：直徑8 米、長八九米的圓筒形“加壓部分”，進行通訊試驗和科學觀察的“暴露部分”，和作為倉庫使用的“補給部分”。日本將利用這個實驗艙進行無重力和真空的宇宙特性試驗，在醫學、生命科學、宇宙通信和新材料等6 個領域完成38 個專題試驗。1986 年5 月14 日，美國航空和航天局宣布，除日本外，歐洲航天局和加拿大也都表示將參加建造永久性航天站的工作。

由於經費緊張，如果建立太空站的費用全部靠航空和航天局撥款負擔，計畫實施肯定要受影響，所以在謀求外國合作的同時，也把尋求投資的目光轉向私人公司。

1984 年8 月，里根總統又在美國《大眾機械》月刊9 月號上發表文章說，雖然建造這個永久載人航天站預計要耗費80 億美元，但是帶來的經濟效益將遠遠超過它的建造費用，再次以“有利可圖”來鼓動私人企業和其他行業投資。

其實對於宇宙的商業利用，在美國的各行各業早已有了一定位置。1963年美國發射了第一顆民用通信衛星，並於1965 年正式投入商業使用以來，目前美國長途電路和數據的2/3 是通過通信衛星傳輸的，它不僅擴大了通訊量，提高了輸送質量，而且增加了經濟收入。

由私人提供資金建造衛星導航系統使金融界和銀行界人士大感興趣。這種系統可以對海上、陸地或正在空中飛行的物體進行精確定位，在坐標上的誤差不會超過幾英尺。它實際上可以提供最短的航線，消除航行中的偏差，避免碰撞事故，從而產生十分明顯的經濟效果。

遠距離遙感衛星是又一種商業服務項目。使用紅外線、雷達感測器等進行對地觀察，具有高效、智慧型和費用低廉等特點，可以找到礦藏、預測農業作物收成，監視人造森林，確定海域浪高，進行世界範圍的天氣預報等等，都是有利可圖的生意。

衛星的商業利用也可用於救援方面。現在利用飛機或地面站營救失事飛機和船隻，由於受作用距離、搜尋範圍、營救手段等因素的限制，遠不能盡如人意。有了營救衛星，就能及時定出失事飛機或船隻的位置，救援人員可以有的放矢進行搶救，不僅事半功倍，而且往往能抓緊挽救人生命所需要的時間。

發射救援衛星是由美、蘇、法、英、加拿大、保加利亞、芬蘭、挪威、瑞典等國達成協定，於1982 年6 月30 日開始實行的。自那時候到1984 年6 月的兩年時間裡，兩顆蘇聯衛星和一顆美國衛星以及一批地面接收站組成的救援網，共救起了215 人的性命。現在全世界約有20 萬架普通飛機和7 千艘船隻裝上了一種信號發射裝置。一旦遇險，就可通過裝置向救援衛星發出求救信號，衛星就能通知地面接收站，就近予以搶救。

永久性太空站的價值

“理想境界”

不過美國的企業界對宇宙的商業利用真正產生興趣，還是從太空梭上天開始的。他們早就發現，宇宙這個真空、失重的自然環境，是生產某些地球上不能生產的稀有物質的理想場所。一些公司通過在太空梭上所做的試驗得出了結論。

1985 年，近10 億顆聚苯乙烯微珠被貼上“太空製造”的標籤，由美國標準局批准正式投放市場。這是一些直徑為10 微米的塑膠圓珠，由太空梭帶入宇宙空間生產的。這些微珠作為量具，可用來度量化學和藥物製造過程中所用的過濾器，以及檢驗一種研究紅血球等微小物質的顯微鏡等。此外，醫學工作者還能用它來測量人體的一些微孔的大小；或注入藥物由它向人體內某個特定的臟器傳遞藥物。以往在地球上生產這種塑膠微珠，由於重力作用，產品總不圓整，往往是蛋形。太空梭在幾乎零重力的軌道上製得的塑膠微珠，顆粒圓整，規格統一，被認為是醫學工業上的一項重大突破。

據報導，在宇宙中還能夠製造一些治病的特效藥品。在美國，因血栓引起肺栓塞和心力衰竭的病人約有100 萬，因此病而死亡的人數每年約5 萬。治療這種疾病的特效藥叫尿激酶，一劑的市場價格為1000 美元。市場每年需求約為50 萬劑，總價值達5 億美元。然而這種藥放在太空生產，成本價格可下降到目前的十幾分之一，僅此一項，即可節約數億美元。

高純度的大塊晶體，如矽片、砷化鎵之類的半導體晶體，是發展電子工業的好材料。在薄薄的晶片上印上電路，再切成1 至2 平方厘米的小片，就是製造電腦必不可少的元件——積體電路塊。在地球上，由於冷熱對流作用等原因，形成的晶體均勻度很差，使許多積體電路塊失效，因此工廠產品的報廢率高達50%至98%，而且純度不足。在宇宙生產晶體不僅能避免這些毛病，還能因生產有大塊晶體，而可以製造超大規模積體電路塊，用以製造超級巨型電子計算機。

空間冶鍊金屬

可以得到象泡沫塑膠那樣多孔的金屬材料，泡沫鋼可以象地球上的鋼那樣堅硬，但重量卻輕得可以浮在水面上。這種特殊鋼在地球上是絕對制不出來的，因為在煉鋼時，即使向鋼水中充氣、氣體也會逃逸到鋼水表面，蒸騰而去。自從通信衛星問世以來，光導纖維引起了通訊史上意義最深遠的一場革命。但是光導纖維信號傳播的遠近與質量好壞，卻與玻玻纖維的純度有極大的關係。而在宇宙空間，就能製造出純度極高的優質光導纖維。

但是，在太空梭上進行這些試驗，畢竟是試驗。載重和容量有限的太空梭，不可能裝載大量生產設備在宇宙空間進行正規生產。所以儘管實業界人士對“宇宙材料加工”這個新的行業有濃厚興趣，也相信它會帶來巨額盈利，但事實上太空梭不能使它付諸實現。如果建成永久空間軌道站情況就大不相同了。

空間維修業務

1984 年4 月，“挑戰者”號太空梭在進行美國太空梭的第十一次飛行期間，就完成了修復一顆失效已3 年的衛星。這顆以探測太陽為主要任務的衛星是1980 年2 月發射的，曾發回了不少有關太陽的資料。可是它在運行十個月後，一個控制裝置燒壞，一個電子儀器箱失靈，衛星失去效用。於是航空和航天局決定把這顆衛星“捕捉”到太空梭貨艙里，修復後再置放入軌道。

4 月8 日上午約10 點左右，經過兩晝夜飛行的“挑戰者”號逐漸靠近了這顆太陽探測衛星。負責捕捉衛星的太空人喬治·納爾遜用機械手兩次捕捉這顆衛星，都沒有成功。4 月9 日晚間，馬里蘭州戈達德宇航中心的工程師們經過研究，用無線電訊號穩住了衛星，直到第二天早晨，“挑戰者”號太空梭上的太空人才用機械手捕捉到這顆衛星，修理專家范霍夫坦和納爾遜在貨艙里僅用3 個多小時更換了兩個出故障的部件，於當天又將它送回軌道了。這顆失效三年的衛星又恢復了功能，可以對太陽進行科學觀察了。

同年11 月，“發現”號太空梭在軌道上完成了回收兩顆衛星的任務。“發現”號太空梭上的太空人加德納海軍中校，和物理學家艾倫是專門負責回收這兩顆衛星的。11 月12 日，他們花了將近5 個小時，收回了直徑2.8 米、重量694 公斤的“帕拉帕”衛星。14 日，他們又“抓獲”了第二顆約0.5 噸重的失效衛星“西聯星”中繼站。這兩次回收衛星，被視為是航天技術上的一大突破。此外它也帶來了巨大的經濟利益。

回收衛星

上述兩個空間維修業務例子是在太空梭上進行的，產生的巨大經濟效益是不言而喻的。然而這些業務如果放在太空站上來進行，費用還能降低，盈利也會大得多，因為空間站上可以設定一個專門修理衛星的車間，從事專業化服務。

儲存備用衛星

一旦某個衛星發生故障或失效，立刻將備用衛星發射出去，可保證通訊或其他工作正常進行。然後再回收或修復失效衛星。

建立空間站的另一個主要用途自然在科學研究上。它除了可以進行現在飛行器上所能從事的所有科研項目外，還能作為一個中繼站，為行星探索和進軍宇宙深處服務。

計算機及微電子技術、信息、材料、生物工程和空間技術是當前高技術、新技術的幾個重要領域，是第三次技術革命的基礎。而太空站的建立，對上述五項技術都能起重要的推動作用，帶來巨大的經濟效益。

利用在殯葬上

由佛羅里達州塞萊斯蒂斯集團和休斯敦一家太空服務公司聯合提出的“天葬”計畫，已獲美國有關方面的正式批准，也許在1986 年底或1987 年即可付諸實施。現代“天葬”事實上就是開闢宇宙“殯儀館”。這個殯儀館是個太空飛行器，計畫重136 公斤，裡面能裝入1.0330 萬支鈦制圓柱形小瓶，每個小瓶如婦女用的唇膏般大小。死者由普通火葬場火化後，這家公司將對參加“天葬”的死者的骨灰進行“精煉”，然後注入鈦制圓柱形小瓶。當這個“殯儀館”的1 萬多“位置”“客滿”後，將被發射上軌道。它會以每秒8 公里的速度晝夜不停地繞地球飛行。死者的親屬可以在規定時間內，用望遠鏡觀察這個飛行器，以寄託“哀思”。據說這種“太空殯儀館”能在軌道上飛行6300 萬年。雄心勃勃建立永久性太空站是一個很龐大的計畫，用美國航空和航天局官員的話來說，是60 年代執行“阿波羅”計畫以來最大的一項航天計畫，所以各方面的力量正在被動員起來，成千上萬個技術難題將由科學家和工程師們去攻克。

永久性太空站的具體構想

1985 年4 月，美國航空和航天局就擬議中的永久太空站再次與宇航工業界進行合作，確定方案和從事初步設計工作。波音公司和馬丁·瑪麗埃塔公司負責設計、研製加壓艙。通用電氣公司和美國無線電公司設計自動控制維修平台。

湯普森—拉莫—伍德里奇公司，和羅克韋爾國際公司的一家子公司，將負責設計發電和電力儲存系統。由於軌道上的太空站不象地球有大氣層保護，會因強烈的太陽光照射而產生很高的氣溫，所以這兩家公司還要研製一套散熱系統。

太空站的電源

關於太空站的電源，計畫是建一個面積2000 平方米的太陽能電池翼，供應75 千瓦電力。航空和航天局並已設計出一種鎵砷化物太陽能電池，功率可比以前使用的矽光電池大一倍，能滿足太空站65 至100 千瓦的電力需求。早在1983 年，國家航空和航天局就和能源部、國防高等研究計畫局簽訂了一項聯合研製太空核電站的協定，這個太空核反應堆有三個基本設計方案，一個是熱電轉換鋰冷卻快速反應堆；一個是熱離子反應堆系統；另一個是研製裝有斯特林發動機的鋰冷卻快速粒子反應堆。訊息透露，將在1991 年建成一個100 千瓦的小型太空核電站，可供永久性航天站電力，也可在“星球大戰”計畫中為軌道上的雷射發生器或粒子束髮生器提供充足的能量，以擊落敵方的洲際彈道飛彈。

產生電力的方法

此外，一種新的產生電力的方法也在設計研究之中。它是利用拋物鏡面聚焦產生蒸汽來發電的太陽能蒸汽發電系統。最終永久性太空站上將使用哪一種方法來獲得電力，也許將視各項研究的進度、成果產生的利弊而定。

太空站的基本骨架

太空站的基本骨架——桁架構件，由詹森宇航中心負責提出要求，由設在聖路易的麥克唐奈·道格拉斯公司具體設計製造。在這方面，美國已有相當經驗。通訊設施是永久太空站的一個主要項目。太空站上的太空人要同派出去的人員聯絡，要和飛來的人通話，還要和地面、月面、軌道上的通信衛星聯繫，所以必須有許多大大小小的天線，保證十分複雜的線路始終暢通。太空站的通訊和跟蹤系統由美國無線電公司負責。此外，霍尼韋爾公司將提供穩定和自動化控制系統，國際商用機器公司將提供計算機和飛行日期系統。

“太空溫室”運行系統

隨著空間站計畫的提出，美國航空和航天局已設計了一個“太空溫室”運行系統。它可以部分地向生活在太空站的工作人員提供植物。據有關人員介紹，這種“太空溫室”不僅可以節約許多費用，還能豐富空間軌道站上工作人員的餐桌。為了加強計畫管理工作，有助於太空站計畫的實施和縮減經費。美國航空和航天局局長詹姆斯·弗萊徹於1986 年月30 日宣布，任命克利夫蘭航天局劉易斯研究中心主任安德魯·斯托潘為太空站計畫辦事處負責人，這個辦事處將在太空站計畫負責人、航空和航天局副局長約翰·霍奇的直接領導下，管理整個永久太空站計畫的系統工程工作。在這之前，太空站計畫的指揮工作是集中在休斯敦詹森宇航中心的，現在這箇中心將繼續在這項計畫中發揮重要作用。

建立“前哨站”

在著手永久性太空站計畫的同時，美國航空和航天局還在考慮下一步的活動。即在月球上設立一個永久性基地的計畫。這個計畫不僅是為了開採月球上的富氧岩石和其他資源，而且是為了建立一個“前哨站”，以便進一步探索和擴大人類在太陽系的活動，特別是在火星和鄰近地球的小行星上的活動。

這項計畫表明美國要重新回到月球上去，月球的開發已提到議事日程上來了。科學家們的一致意見是：航空和航天局應當在月面建立一個有人管理的永久基地，把它作為開發月球，向月球移民，以及在21 世紀開發和認識宇宙深處的前哨基地。國家航空和航天局負責人表示，美國大約到2010 年，將在月球建立第一個居民區，以後逐步擴展，全面開展商業利用活動。

為此，美國的科學家和工程師們為人類進軍月球作了初步的設計工作。在月球的靠近極角處的隕石坑或火山口裡，可能會有積冰，這些積冰融化後便可解決月球居民的用水問題。月球表面的富氧岩石，可能提供人類呼吸所需要的氧氣。

建立居民點

要在月球上建立居民點，當然要解決住房問題。目前，美國研究月面建築材料已取得初步成果。最初，航空和航天局曾考慮用鉛、玻璃、陶瓷、組合材料等作為月球建材，並為此進行了長期研究。1981 年，結構學家林銅柱提出用月球岩土來製造月球混凝土，作為月球基地建築材料的意見。它的最大優點是就地取材。估計月面基地需要1.2 萬噸混凝土，其絕大部分原料可以取自月球，地球只要供應54 噸氫氣即成，這就為航空和航天局節省了千百萬美元。此外，它還具有強度高、耐高溫、抗高放射線、抗磨損、耐真空等特性。

研究月球土

林銅柱的構想得到航空和航天局的重視。1984 年底，航空和航天局月球物質管理處撥出微量月球土供他研究，試驗結果令人滿意。1986 年3 月，航空和航天局再次給他40 克灰褐色的、比鹽粒略大的月球土供進一步試驗用。林銅柱在芝加哥建築技術實驗室用它和礬土、水泥粉和水攙和在一起，形成膠泥狀的濕粘土；過24 小時後它硬化成混凝土塊；再用6 天的時間進行硬度處理，最後製成了一個1 立方英寸的正方體混凝土塊，和口香糖大小的混凝土薄片。經過抗拉和抗壓強度試驗，它比地球上高強度的混凝土的強度還要高5%。

為實施月球計畫，美國的一些公司也進行了研製工作。據說洛克希德公司已成功地研製成了一種新式自動裝配系統，只要兩天時間，就能在太空裝成一個面積有3 個足球場般大的太空平台。

發現氦-3

1986 年6 月15 日美國《芝加哥論壇報》刊發一篇報導，161指出在月球上開採氦的一種稀有同位素氦—3，會帶來很大經濟利益。“阿波羅”宇宙飛船登月時，科學家已發現月球上有大量的氦—3，而這是地球上所沒有的。當時並不知道它有什麼價值。經過約15 年的不懈努力，美國科學家現在提出了一個新理論，用氦—3 作為核聚變的原料，可以建成最最安全的核電廠。在地球上，氫原料的聚變將比裂變發電廠安全1000 倍，而使用氦—3 聚變，則更安全。此外，這種能源產生的能量也更大。威斯康星大學的核工程師們肯定，如果用太空梭那么大的一艘飛船，可以從月球運回20 噸液化氦—3，用以發電，所產生的電力足夠令美國使用一年。

按照美國航空和航天局的構想，人類在月球紮根大致分兩步，第一步在2007 年建立月球基地，第二步建立太空城。

月球基地的藍圖

是：占地8361.5 平方米的圓形三層建築，直徑64 米。每層高4.57 米。屋頂由混凝土製造，上面覆蓋76 至254 毫米厚的月球土。牆壁分內外兩層，外牆厚152 毫米，內牆厚254 毫米，兩層牆的中間夾76毫米厚的月球土。這樣的建築物要求能防宇宙射線、太陽風、隕石撞擊、大氣外泄等等。此外，這個建築物的中央還建有一個圓形的“臨時庇護所”，一旦建築物受損或有什麼變故，人可以入內暫時避難。對如何建立月球基地，美國已有一個初步計畫。它將以永久性太空站為基地，用太空梭進行12 次登月飛行，完成建站過程。

永久性載人太空站計畫

20世紀80年代初美國航天局研製成功 太空梭 以後，開始永久性載人 太空站 的概念研究。1984年美國政府批准永久性載人太空站計畫。這個計畫已發展成美國、歐空局、日本和加拿大參加的國際合作計畫。國際永久性太空站建成以後，可以進行太空材料生產，太空維修、裝配、對地觀測和天文觀察，以及在太空發射衛星等。國際永久性載人太空站採用桁架結構。太空站的大部件由美國太空梭多次發射入軌，然後由航天員在軌道上組裝完成。整個工程計畫分兩期完成。第一期工程的基本構架是一條長達150米的桁架 ，重要艙段有美國的居住艙、實驗艙、資源過渡艙、乘員氣閘艙，歐空局的壓力艙，日本的實驗艙和加拿大的移動機械臂等。第一期工程計畫在90年代中期完成，已命名為自由號太空站。其總重約200噸，可容納8名航天員，總電力75千瓦，微重力等級達10 -5 克.