今天至18日，國(guó)際空間站將經(jīng)過(guò)南京上空，如一顆星辰般劃過(guò)天際。然而，這座已經(jīng)運(yùn)行了20多年的空間站也將迎來(lái)“退休”。前不久，美國(guó)國(guó)家航空航天局宣布國(guó)際空間站將繼續(xù)服役至2030年，然后于2031年1月墜落到太平洋一個(gè)名為“尼莫點(diǎn)”的無(wú)人居住海域。

“尼莫點(diǎn)”在哪？國(guó)際空間站和中國(guó)空間站有何不同？為什么要引導(dǎo)墜毀？“天宮”里都有哪些小秘密？《科技周刊》記者特邀江蘇航天領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行解讀。

01

空間站：

制備新物質(zhì)材料的“溫床”

1998年，國(guó)際空間站開(kāi)始建造，2001年完工直到現(xiàn)在，它已經(jīng)在距離地球400公里的軌道上運(yùn)行了20多年。

國(guó)際空間站由美國(guó)國(guó)家航空航天局、歐洲航天局、俄羅斯聯(lián)邦航天局、加拿大航天局和日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)等共同合作開(kāi)發(fā)。在此后的20多年里，各種不同功能的模塊陸續(xù)被安裝到空間站上，逐漸組成今天長(zhǎng)73米、寬109米、總質(zhì)量達(dá)400多噸的龐然大物。

“國(guó)際空間站是一個(gè)大型空間實(shí)驗(yàn)室，它涵蓋了物理科學(xué)、生物學(xué)與生物技術(shù)、技術(shù)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證、人體研究、地球與空間科學(xué)以及教育活動(dòng)與推廣6大研究領(lǐng)域?！苯K省天文學(xué)會(huì)科技傳播專(zhuān)家、南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院副教授湯靖師總結(jié)道。

“對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō)，太空可謂是理想的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。”湯靖師說(shuō)，國(guó)際空間站是在微重力環(huán)境下長(zhǎng)期研究物理現(xiàn)象的理想場(chǎng)所,可以研究微重力環(huán)境下各種物理和化學(xué)過(guò)程，制備在陸地條件下無(wú)法獲取或難以獲取的新物質(zhì)與材料。同時(shí)，微重力環(huán)境下，細(xì)胞核組織生長(zhǎng)方式與形狀可能與地面不同。這對(duì)于生物學(xué)研究生命科學(xué)基本問(wèn)題和開(kāi)發(fā)生物科學(xué)新產(chǎn)品有著重要幫助。

國(guó)際空間站在20年內(nèi)取得了許多的科研成果。阿爾法磁譜儀是一個(gè)計(jì)劃安裝于國(guó)際空間站上的粒子物理試驗(yàn)設(shè)備，由丁肇中教授構(gòu)思設(shè)計(jì)，中國(guó)與法國(guó)、意大利共同建造。其目的在于探測(cè)宇宙中的奇異物質(zhì)，包括暗物質(zhì)及反物質(zhì)。2011年5月16日，阿爾法磁譜儀隨“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)升空。目前，阿爾法磁譜儀已經(jīng)收集了超過(guò)900億宇宙線事例。

在著名的雙胞胎實(shí)驗(yàn)中，斯科特和他的雙胞胎哥哥馬克共同參與了該實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。斯科特·凱利在國(guó)際空間站上度過(guò)了創(chuàng)紀(jì)錄的340天8小時(shí)42分鐘。馬克·凱利留在了地球上?？茖W(xué)家們期望通過(guò)對(duì)比他們兩人的身體變化，能更進(jìn)一步地了解太空生活對(duì)人體的影響。除此之外，還有空間DNA測(cè)序和空間蔬菜種植等重要成果。

在談及中國(guó)空間站和國(guó)際空間站的不同時(shí)，湯靖師表示，兩者在設(shè)計(jì)時(shí)的出發(fā)點(diǎn)就不一樣?！皣?guó)際空間站是一個(gè)國(guó)際合作的產(chǎn)物，由美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家共同建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。而中國(guó)空間站則更符合我國(guó)自身的需求。這一點(diǎn)會(huì)體現(xiàn)在空間站的體量上和設(shè)備上。” 此外，國(guó)際空間站的核心艙曙光號(hào)已經(jīng)有20年的歷史，中國(guó)空間站核心艙“天宮一號(hào)”在設(shè)備上會(huì)相對(duì)更加先進(jìn)一些。

但空間站并不是越大就一定越好?！翱臻g站的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本十分高昂，相對(duì)于共同運(yùn)營(yíng)、共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的國(guó)際空間站，中國(guó)空間站更需要找到一個(gè)能夠維持長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的折中點(diǎn)?！?湯靖師說(shuō)。

02

終點(diǎn)太平洋：

2031年國(guó)際空間站將被引導(dǎo)墜毀

其實(shí)按最初的設(shè)計(jì)，國(guó)際空間站本應(yīng)于2015年退役，但之后服役期兩次延長(zhǎng)，計(jì)劃延至2024年。然而，美國(guó)國(guó)家航空航天局近日宣布，它將繼續(xù)服役至2030年。由于體積龐大，不會(huì)在大氣中完全燃燒，國(guó)際空間站將于2031年1月墜落到太平洋一個(gè)名為“尼莫點(diǎn)”的無(wú)人居住海域。

所謂的“尼莫點(diǎn)”，又叫做“海洋難抵極”，這是科學(xué)家確定的地球表面距離所有大陸最遠(yuǎn)的地方。人類(lèi)很少會(huì)踏足這里，最近的大陸陸塊與當(dāng)?shù)匾惨喔?600千米之遙。許多在大氣層中無(wú)法完全燃燒的航天飛行器碎片集中在這一區(qū)域墜落。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自1971年以來(lái)，美國(guó)、俄羅斯、日本和其他國(guó)家已在這里沉沒(méi)了超過(guò)263塊太空殘骸。所以“尼莫點(diǎn)”又得到了一個(gè)綽號(hào)——“航天器的墓園”。

湯靖師介紹，來(lái)“尼莫點(diǎn)”的航天飛行器也只是少數(shù)?！耙话愣韵裥l(wèi)星這類(lèi)小型的飛行器在設(shè)計(jì)建造之初就會(huì)考慮到如何去棄置，無(wú)須回收的衛(wèi)星會(huì)選擇耐熱性不是特別強(qiáng)的材料，保證其在大氣層墜落中完全燒毀，不留殘骸。”

就在本月初，美國(guó)太空探索技術(shù)公司的獵鷹9運(yùn)載火箭從美國(guó)佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心升空，搭載了49顆星鏈衛(wèi)星。但由于遭到強(qiáng)烈的太陽(yáng)耀斑活動(dòng)而導(dǎo)致40顆衛(wèi)星入軌失敗。40顆衛(wèi)星墜落時(shí)全部于大氣層中燒毀，并無(wú)殘骸。

此外，美國(guó)國(guó)家航空航天局還詳細(xì)說(shuō)明了國(guó)際空間站最后時(shí)刻的終結(jié)規(guī)劃。雖然國(guó)際空間站的服役壽命將在2031年1月結(jié)束，但相關(guān)工作可能會(huì)提前一年或更早時(shí)間就開(kāi)始進(jìn)行。在國(guó)際空間站脫軌前的最后幾天，一些航天器將被派往國(guó)際空間站，不配備人員，只是幫助將其推向地球。這一過(guò)程可以由三個(gè)俄羅斯“進(jìn)步號(hào)”航天器和一個(gè)諾斯羅普·格魯曼“天鵝座”航天器共同完成。

03

“黃金十年”：

注入商業(yè)資本繼續(xù)深空探測(cè)

2月初，美國(guó)國(guó)家航空航天局發(fā)布的“國(guó)際空間站過(guò)渡報(bào)告”中，詳細(xì)說(shuō)明了未來(lái)十年國(guó)際空間站瞄準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)向商業(yè)服務(wù)平穩(wěn)過(guò)渡的運(yùn)行目標(biāo)、發(fā)展近地軌道商業(yè)經(jīng)濟(jì)供需雙方采取的步驟以及過(guò)渡所需的技術(shù)步驟和預(yù)算。

“隨著美國(guó)商業(yè)載人和貨物運(yùn)輸系統(tǒng)上線，國(guó)際空間站比以往任何時(shí)候都更加繁忙?！边@份報(bào)告說(shuō)，國(guó)際空間站正進(jìn)入第三個(gè)、也將是最碩果累累的十年應(yīng)用期，包括科學(xué)研究、商業(yè)價(jià)值開(kāi)發(fā)和全球合作。在第三個(gè)“黃金十年”中，國(guó)際空間站的目標(biāo)是驗(yàn)證支持深空探索的探測(cè)技術(shù)與人類(lèi)研究技術(shù)，繼續(xù)為人類(lèi)帶來(lái)醫(yī)學(xué)和環(huán)境上的福祉，為近地軌道的商業(yè)前景奠定基礎(chǔ)。

目前，美國(guó)國(guó)家航空航天局已簽訂了一份將商業(yè)模塊與空間站對(duì)接的合同，將把國(guó)際空間站過(guò)渡為一個(gè)或多個(gè)近地軌道商業(yè)運(yùn)營(yíng)目的地（CLD）。美國(guó)工業(yè)界正開(kāi)發(fā)這些CLD進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。對(duì)于商業(yè)資本加入國(guó)際空間站，湯靖師表示，將商業(yè)性質(zhì)的一些模塊加入到國(guó)際空間站的運(yùn)營(yíng)中有它自己的優(yōu)勢(shì)，一方面可以減輕國(guó)家運(yùn)營(yíng)和維護(hù)空間站的成本，另一方面商業(yè)的資本非常適合進(jìn)行一些大膽的探索，進(jìn)行“試錯(cuò)”，為技術(shù)的發(fā)展提供幫助。

有人擔(dān)憂，中國(guó)空間站官方公布的使用壽命只有10年，而國(guó)際空間站的使用壽命已經(jīng)達(dá)到了20年，是不是代表著我們的技術(shù)不行？其實(shí)這是一種誤解。

湯靖師介紹，現(xiàn)在所說(shuō)的使用壽命10年并不代表中國(guó)空間站只能使用10年，不排除通過(guò)定期維護(hù)和更新設(shè)備會(huì)延長(zhǎng)空間站使用時(shí)間。

湯靖師解釋?zhuān)瑳Q定空間站壽命的因素有許多，除了空間站結(jié)構(gòu)材料的壽命外，還要考量技術(shù)設(shè)備迭代和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本等等?！皣?guó)際空間站的使用壽命已經(jīng)達(dá)到了20年，但它也許還能用更久，只是出于運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本的壓力，或是考慮到設(shè)備的迭代更新等因素，將它的使用壽命定為30年，同時(shí)再規(guī)劃建設(shè)新的空間站。所以，決定空間站這樣的硬件到底能使用多少年，可以有許多不同的解讀?！?/p>

同理，中國(guó)空間站目前公布的使用壽命10年可能只是保守的預(yù)估，有較大的回轉(zhuǎn)余地。并且，中國(guó)空間站由我們自主運(yùn)營(yíng)，在空間站的使用規(guī)劃上更貼合我國(guó)的發(fā)展情況。也許當(dāng)技術(shù)發(fā)展到維護(hù)、更新現(xiàn)有設(shè)施不再劃算時(shí)，我們可以期待嶄新的空間站進(jìn)入太空。

鏈接：

如何在地球上觀測(cè)空間站

國(guó)際空間站和中國(guó)空間站都是在380公里到400公里的軌道高度每90分鐘環(huán)繞地球一周，航天員們每天可以看到16次日出和日落。由于體積龐大，軌道高度不高，所以在地球上的大多數(shù)地方都有機(jī)會(huì)親眼看見(jiàn)國(guó)際空間站和中國(guó)空間站。

近期，我國(guó)感興趣的公眾可使用“天文通”“簡(jiǎn)單夜空”等微信小程序或?qū)I(yè)APP查看自己所在地空間站過(guò)境的時(shí)間、方位角和亮度等信息，選擇其中高度適宜、亮度較高的過(guò)境機(jī)會(huì)來(lái)觀測(cè)?！疤煳耐ā蔽⑿判〕绦虿樵?xún)結(jié)果顯示，2月16日至2月18日，國(guó)際空間站都經(jīng)過(guò)南京上空。2月20日至2月24日，中國(guó)空間站都經(jīng)過(guò)南京上空。

大力建設(shè)科技強(qiáng)省

勇當(dāng)科技創(chuàng)新開(kāi)路先鋒