大风号

空间站时代的来临

03-23 22:28 来自北京

未来空间站发展新纪元

国际空间站，由航天飞机奋进号（STS134）任务期间拍摄。图片来源：美国国家航空航天局

国际空间站（ISS）已持续载人运行多年，目前正逐步进入退役阶段。根据计划，各参与航天机构将陆续安排航天员完成最后一次驻留任务并返回地球，随后该空间站将受控再入大气层，在飞行中烧毁。这一空间站所留下的遗产举世无双，其后续的多个在轨空间站项目将面临极高的技术与运营标准。尽管如此，全球范围内仍有众多航天计划及商业机构积极筹备建设新的空间站，致力于推动近地轨道的可持续发展与应用。

摄影：【NASA Hubble Space Telescope】 / Unsplash

一些航天机构，例如美国国家航空航天局（NASA）和印度空间研究组织（ISRO），计划建设新的空间站。与此同时，中国正推进天宫空间站的扩建工作，以提升其整体规模与能力；俄罗斯国家航天集团（Roscosmos）则提出利用现有国际空间站部分模块，构建一座由俄罗斯主导、面向国际合作伙伴开放的新空间站。在商业领域，多家企业正积极参与空间站相关项目，提出了多种技术方案与合作构想。

随着多家航天机构计划迈出下一次重大飞跃——重返月球、登陆火星及更远深空，空间站已成为实现这些目标的渐进式发展路径中的重要一环。而近地轨道的运行轨道也可能因此变得日益繁忙。

第一站

空间站是建立人类长期太空驻留能力的重要方式。自载人航天早期阶段起，空间站便成为人类探索太空的下一步重要目标。在此之前，美国国家航空航天局与苏联航天计划处于高度竞争状态——即太空竞赛，双方致力于在各项关键里程碑上率先实现突破，例如：首颗人造卫星（斯普特尼克号）进入太空、首位人类（尤里加加林）进入太空，以及首批宇航员（尼尔阿姆斯特朗与埃德温巴兹奥尔德林）成功登陆月球。

随着阿波罗任务的成功，共有六艘登月舱和十二名宇航员成功登陆月球表面，太空竞赛就此告一段落。此后，美国国家航空航天局与苏联开始思考下一步的发展方向。在多次进入太空之后，双方将重点转向发展支持长期驻留太空的技术，实质上从抵达太空转向了驻留太空。

苏联礼炮7号空间站（左）与美国国家航空航天局天空实验室空间站（右）。图片来源：俄罗斯能源火箭航天集团美国国家航空航天局

在登月竞赛中退居次要地位后，苏联通过礼炮计划率先取得进展。该计划实施期间，成功发射了四座载人科学实验空间站以及两座以礼炮计划名义运行的载人军事空间站（即阿尔马兹空间站）。礼炮系列空间站开展了有关长期太空飞行挑战的研究，并进行了多种科学实验。

这些空间站还创造了多项航天纪录，包括任务持续时间、舱外活动（EVA）次数，以及首次在轨乘组轮换。礼炮号空间站确立了模块化空间站的发展传统，成为从单模块、单一对接口空间站迈向更复杂构型的关键一步。这一理念随后在苏联—俄罗斯和平号空间站中得以实现，该空间站自投入使用起长期在轨运行。

该空间站由七个舱段组成，包括基于礼炮号空间站设计的和平号核心舱、开展科学实验的量子1号和量子2号舱段、晶体号舱段（用于微重力条件下的材料制造）、光谱号舱段（用于地球观测相关研究）、自然号舱段（用于地球遥感观测）以及对接舱。此外，和平号空间站还为国际航天合作树立了范例，曾通过国际宇宙计划欧空局—和平号计划以及航天飞机—和平号计划等项目，与多国开展联合任务。

与此同时，美国建造了自身首个单模块空间站天空实验室，该站由一枚改装后的土星五号火箭第三级改造而成，并由同一枚火箭发射升空。天空实验室是美国首座长期在轨运行的空间站，配备有轨道实验室、太阳观测实验室和地球观测设备，开展了大量科学实验。

尽管美国国家航空航天局（NASA）曾计划建造自由号空间站以接替天空实验室，俄罗斯联邦航天局（Roscosmos）也曾计划建造和平二号空间站以接替和平号空间站，但这两项计划于1993年被取消，转而共同参与国际空间站（ISS）项目。至1998年，NASA与Roscosmos已将国际空间站的基础舱段送入轨道，并于2000年开始执行长期驻留任务。此后，NASA、Roscosmos、加拿大航天局（CSA）、欧洲航天局（ESA）以及日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）持续向空间站添加各类舱段与设备，不断提升其运行能力与科研水平。

航天飞机亚特兰蒂斯号与俄罗斯和平号空间站对接的图像，由和平号19任务乘组拍摄。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）

国际空间站即将退役

最初，国际空间站的设计任务寿命为15年，美国国家航空航天局曾计划于2016年使其脱离轨道。但由于其在科学研究方面的重要价值以及国际社会的持续支持，该任务已多次延期。2018年通过的相关法案进一步将国际空间站的运行期限延长至2030年。

2022年8月，美国国会通过了《芯片与科学法案》中的类似条款，该法案随后由拜登总统签署成为法律。尽管俄罗斯官员曾宣布将在2024年后退出国际空间站（后推迟至2025年），但俄罗斯宇航员仍继续与美国国家航空航天局及其他航天机构开展联合任务。截至目前，俄方尚未正式确定最终的退出日期。

不幸的是，国际空间站持续在轨运行导致最古老的舱段已服役超过20年。这多年来引发了各类维护问题，也带来了一些健康方面的顾虑。就维护而言，这些舱段出现了结构疲劳、持续性微小漏气以及设备性能退化等问题，每年维护费用维持在约10亿美元左右。例如，服务舱曾多次出现高于正常水平的空气泄漏现象，尽管已实施多次维修，此类问题仍反复发生。

就后者而言，航天员和宇航员长达二十多年的持续驻留，使空间站内部积累了大量微生物，可能对健康构成潜在风险。美国国家航空航天局曾发布一项针对国际空间站内微生物与真菌的综合研究结果，发现其中存在种类多样的微生物群落，部分可能属于机会性致病菌。俄罗斯科学院生物医学问题研究所所长奥列格奥尔洛夫在一次接受俄罗斯媒体采访时表示，已关注到这些风险。

对国际空间站俄罗斯舱段栖息环境开展的微生物监测结果分析表明，该栖息环境状况正在恶化。这是一个客观过程。综合结果显示，在最近各次考察任务所采集的样本中，有65％的样本检出的微生物数量超过了规定限值。在从国际空间站栖息环境中分离出的细菌群落中，已鉴定出具有医学意义的菌种，这些菌种可能引发过敏反应以及某些类型的软组织和上呼吸道疾病。

在国际空间站环境分离出的细菌菌群中，已鉴定出若干具有医学意义的菌种，这些菌种可能引发过敏反应以及某些类型的软组织感染和上呼吸道疾病。

随着国际空间站逐渐临近退役，各航天机构对其进一步延寿持保留态度，人们的关注正转向这一久经考验的太空科研平台将由什么接替。

月球门户

在不久的将来，美国国家航空航天局（NASA）计划将月球门户空间站部署于绕月轨道。该空间站是NASA、欧洲航天局（ESA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）以及加拿大航天局（CSA）共同开展的合作项目。其概念设计源于2012年至2018年间开展的一系列研究工作，最初被称为深空居住舱（DSH）。至2015年，该项目被纳入NASA下一代空间技术探索伙伴关系（NextSTEP）研究计划，并开始获得相关研发资金支持。

2018年，国际空间探索协调小组（ISECG）将月球门户空间站认定为开展月球探测、火星及更远深空任务的关键基础设施。该空间站采用模块化设计，核心部分由动力与推进模块（PPE）和居住与后勤前哨站（HALO）组成。后续将陆续部署欧洲提供的补给、基础设施与通信系统（ESPRIT）、国际月球居住模块（LunarIHAB）、加拿大第三代机械臂系统（Canadarm3）以及乘员与科学气闸舱模块。

该空间站还将与可重复使用的月面设施配套，这些设施统称为阿尔忒弥斯基地营，作为美国国家航空航天局（NASA）月球表面可持续性构想的一部分。基地将包括一辆月球地形车（LTV），用于在着陆区运送乘员；一个加压的可居住移动平台（HMP），用于在月面进行较远距离的出行；以及一个月面基础栖息舱（FSH），可在较短的月面驻留期间容纳最多4名乘员。

5月2日，美国ZF发布了2026财年预算申请，其中提议取消月球门户空间站项目。然而，该预算案于7月4日正式成为法律，其中仍为月球门户项目拨款26亿美元，并要求在2026至2028年间支出7。5亿美元。与此同时，有关将月球门户空间站用于其他航天任务的讨论也持续展开。

这包括现任局长贾里德艾萨克曼提出的政策蓝图雅典娜计划，其中他探讨了将现有模块或推进相关硬件改造用于核动力拖船的可能性。不过，艾萨克曼和美国国家航空航天局（NASA）均未宣布过此类计划。

天工

中国天宫空间站的建造始于2021年4月天和核心舱的发射，随后于次年完成问天实验舱与梦天实验舱的在轨组装。该空间站是在天宫一号（2011—2016年）与天宫二号（2016—2019年）任务积累的经验基础上建设而成，并自2022年6月5日起持续开展载人驻留任务。

截至2026年，共有30名航天员搭乘神舟十号至二十二号任务进入天宫空间站，以三人乘组形式执行约六个月的在轨任务；空间站可在任务交接期间同时支持最多六名航天员驻留。据中国载人航天工程办公室介绍，该空间站已开展飞船交会对接、长期有人驻留运行、长期自主在轨飞行、生物再生式生命保障系统（BRLSS）以及自主货运与在轨补加等技术研究。

中国空间技术研究院宣布，天宫空间站将新增三个舱段，使其规模和乘组支持能力大幅提升。中国官方媒体表示，该空间站将积极开展国际合作，支持来自多个国家的航天员开展在轨任务，其中包括欧洲航天局成员国的航天员。这一规划旨在使天宫空间站成为国际空间合作的重要平台。

此次规划中的扩展任务还将延长任务周期，开展更长时间的在轨研究活动。计划中的科研工作包括：深入探索长期太空驻留相关问题、空间医学、太空农业、技术创新，以及对梦舟载人飞船——作为神舟系列飞船的后续型号、具备运送六至七名航天员前往近地轨道或月球能力的新型载人飞行器——所进行的各项试验验证。

在这方面，天宫空间站也将为中国与俄罗斯国家航天集团合作建设国际月球科研站的计划发挥重要作用。说到这一点……

俄罗斯轨道站

近年来，俄罗斯宣布了建设国际空间站后续空间站的类似计划。然而，俄罗斯科学院生物医学问题研究所所长格列格奥尔洛夫曾表示，俄罗斯将在2030年后继续使用国际空间站的俄罗斯轨道舱段，并将其更名为俄罗斯轨道站（ROS），即Rossiyskayaorbital‘nayastantsiya。

这与近年来俄罗斯官员所表述的立场发生了重大转变，此前他们表示有意建造一座新空间站以接替国际空间站。俄罗斯启动自主空间站建设规划始于2009年，当时提出了轨道载人组装与实验综合体（OPSEK）方案。该方案计划以国际空间站俄罗斯舱段现有的六个模块为基础构建新站，但后续调整了发展路径，转而继续参与国际空间站合作项目。

俄罗斯轨道站（ROS）的艺术家概念图。资料来源：俄罗斯国家航天集团

相关计划在2021年后重新启动，当时俄罗斯国家航天集团宣布将退出国际空间站项目，理由是其在轨模块老化问题日益突出。此后，轨道组装与实验空间综合体（OPSEK）构想被调整为俄罗斯轨道服务站（ROSS），该方案不再包含俄罗斯当前在国际空间站上运行的舱段。更新后的建设方案拟分阶段部署四类核心舱段，包括科学与能源舱、通用节点舱、网关舱以及基础舱。后续还将视情况逐步增配若干功能舱段，并探索引入面向商业航天活动的居住模块。

然而，由于受到制裁及国际合作协议终止等因素带来的预算限制，俄罗斯航天规划部门重新考虑了重复利用国际空间站俄方舱段的方案。根据这一调整后的构想，俄罗斯计划在国际空间站任务结束后，将本国舱段分离出来，作为俄罗斯轨道站的核心基础，后续再逐步增建其他舱段。不过，鉴于这些舱段服役时间较长，且存在相关老化与运行状态方面的顾虑（奥尔洛夫曾在2022年就此表达过关切），该方案能否长期维持仍存在较大不确定性。

印度空间

2019年，印度空间研究组织（ISRO）宣布计划于2035年前在轨建成印度空间站（BAS）。根据ISRO多次公开表述，该空间站将依托该机构推进的载人航天任务（加甘扬计划）开展建设。时任ISRO主席希里达尔索马纳特于2023年10月表示：

我们的加甘扬计划旨在实现载人航天能力，一旦实现，我们将在此基础上推进后续的空间站建设模块。该空间站项目的规划周期为未来二十余年至二十五年左右。我们明确将载人深空探索、长期载人航天飞行以及在轨空间实验纳入发展议程。

与中方类似，印方将该空间站视为其未来十年在航天探索、科学与研究领域提升国际影响力的重要组成部分。这包括完成加甘扬载人航天计划，并推进载人登月任务。空间站的建设将分阶段实施，首期工程拟发射首个核心舱段（BAS1），并同步部署太阳能电池阵列及具备国际兼容性的对接端口。

印度拟建的巴拉蒂亚空间站（BAS）艺术家构想图。来源：IBEF

该空间站将采用五模块构型，包括基础舱（BAS1）、核心对接舱（BAS2）、科学实验舱（BAS3）、实验舱（BAS4）和通用工作舱（BAS5）。空间站尺寸为27米×20米（88。5英尺×65。5英尺），运行轨道高度为400至450公里，可支持3至4名航天员长期驻留。印度空间研究组织表示，该空间站将向包括美国国家航空航天局、俄罗斯国家航天集团、欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构在内的主要国际航天机构开放。

这只是由世界主要或新兴航天机构提出的一些计划。敬请期待第二部分，我们将介绍商业航天公司正在探索的许多概念。