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谈谈“国际空间站”的科学实验
    时间:2012-9-6     点击率:35130

    
谈谈“国际空间站”的科学实验

   
 徐硕昌

    “国际空间站”是世界航天史上最大的航天工程和第一座国际合作建设的空间站,定位于科学技术研究的太空轨道实验室,图1给出国际空间站的概貌。由美国和俄罗斯牵头,欧洲航天局、日本、加拿大和巴西等国家和机构于1998年开始联合研制建造,经过十余年努力、耗资750亿美元(伙伴国占200亿美元)建成并投入使用。至2011年11月2日“国际空间站”有人值守的11周年之日,共进行了1400多项科学实验。这些实验促进了医药、生物、环境科学等方面的发展,並加深了人类对宇宙的了解。我们从以下的视频“国际空间站 (浓缩版)” http://v.youku.com/v_show/id_XMzIwNzc4MzIw.html ,可以看到航天员在国际空间站生活和工作的景象。
    美国航天员堂•佩蒂特(Don Pettit)在网上发布了他在“国际空间站”上做的一系列科学实验(特别是最近的泡中泡实验),吸引了广大的网民关注,世界各国新闻媒体均予以了报道。《力学园地》亦作了全面介绍。本文将从评述他的实验开始,谈谈空间站不同发展阶段所进行的科学实验的演变,从战略观点分析:为什么美国科学家中对“国际空间站”持反对观点者会把它说成“鸡肋”?这里有宏伟的设想、艰难的历程和现实的无奈。论及我国载人航天,我们要感谢美国对我们高技术限制、不要我国参加国际空间站研制,否则我们也许成不了第三个独立掌握载人航天关键技术的大国。


    图1 国际空间站

    1. 从佩蒂特的“泡中泡”科学实验谈起

    在“国际空间站”的航天员把他们在太空失重条件下生活和工作的视频上传到Digg.com上,佩蒂特的诸多实验的视频也在其中。原来这是美国宇航局(NASA)与美国物理学会启动的一项合作计划,与全世界的学生、教育工作者和科学迷分享在空间站这个轨道前哨拍摄的视频。佩蒂特和其他航天员在空间站上利用从地球带来的日常物品展示物理学现象,而后将拍摄的视频上传到网站并在视频的末尾向观看者提出问题。他们拍摄的视频系列名为“地球外的科学”。这些实验不是空间站上专门的、专业科学实验。如果拿歌剧来类比,可以说他们是票友的表演。在物理学中,气泡和液滴属于同一学科的专题门类。华裔航天科学家王赣骏则是力学家出身,1985年4月他在“挑战者号”航天飞机上利用声悬浮装置进行的“失重条件下液滴的运动”实验研究就是一项专业科学研究。在上天之前,他在美国加州理工学院喷气推进实验室中己对这一实验作了为时长达十年地基实验的前期准备,在此要对他的太空实验研究作一个专门的介绍。
    首先,我们要纠正一下网上对微重力和失重是怎样产生的文章中出现的一些不正确提法。这里,我特别强调微重力不是零重力,否则微重力科学就不必存在。人类畅想星际航行、在太空中建立空间工厂的梦想,虽经历半个世纪载人航天的艰苦努力还实现不了,就在于当初把太空失重状态认为是零重力状态。如何实现人类这一梦想就寄托在“微重力科学及其应用”这个新兴学科的发展上。
    在“国际空间站”中,航天员轻得像羽毛一样、被浮在空中,这就是空间站中的失重现象。失重不是因为离地球远而产生的,直接计算空间站轨道处地球重力加速度就能证明这点。设地球表面处重力加速度为g,轨道距地面高度为h,此处重力加速度为g' , 地球半径r=6400公里。由于重力加速度g' 与距地心的距离平方成反比,所以

    g'/g=r2/(r+h)2

    由于h比较r是小量,取一级近似得:g’=(1-2h/r)g 。即使 h=1000公里,可以得到在如此高的轨道上有g’=0.7g ,仍不是微重力。那么,空间站中失重是怎样产生的呢?原因是当空间站绕地球作圆周运动时,除了受地球的向心引力,还要受惯性离心力的作用,两者方向相反、相互抵消从而出现失重现象。严格地说,只在质心上完全抵消、成为零重力,其他地方仅接近于零。人们在地面也会感受到失重现象,比如当你坐电梯下降时,下降过程中产生的惯性力会抵消地球引力,从而出现失重。如果你在电梯下降时是站在一个磅秤上,就会看到体重变轻了。极端情形让电梯自由下落,你的重量就变成零。在失重条件下,当惯性力和地球引力的合力的加速度小于g的十万分之一时称为微重力。或者说,比值g'/g小于10-5的失重条件称为微重力,比此值大的失重条件则称为低重力。
    现在再回来说王赣骏的液滴实验。当时科学家认为这项实验成果可广泛应用到太空冶炼及金属和非金属加工等领域。美国宇航局认为他的科学实验成果可以向美国的纳税人去作交待,在向国会申请航天飞机的经费时,“最鼓舞人”的理由是太空科学实验的成果将会带来数百亿美元半导体及金属等各类产品的商业价值和数百亿美元的制药价值。还有对要不要有人参与空间实验的争论,王赣骏在航天飞机上的实验过程给出了肯定的答案。
    我国載人航天工程起步于华裔航天科学家王赣骏先生的来访(1985年7月),当时,由航天部发起,中国科学院、有关部委和高等院校参加,在秦皇岛召开了我国首届载人航天科学技术研讨会。航天部部长任新民和航天界的主要科学家亲自出席,中科院力学所、金属所和硅酸盐所各派了一名代表参加。我是力学所的代表,我们三人是科学院最早进入空间材料科学研究领域的拓荒者,我作了题为“空间材料科学中的流体力学问题”专题报告。会议讨论了王赣骏太空实验研究的意义,以及对于失重条件下旋转液滴稳定性和分裂过程的研究的必要性。由于我已对双星分裂演化理论作过10余年的研究,知道这两个问题是基于相同的力学模型,只是作用力不同而已:前者是表面张力;后者是万有引力。我明确指出:王赣骏的实验成果只是阶段成果,他在美国宇航局所以被那么重视不在实验本身而是其它非学术性的原因。
    会议的重点是由航天部一院和五院等单位介绍国外火箭推进系统、飞船、航天飞机和空间站等載人航天工程的进展和发展趋势並对我国如何应对提出建议。1986年开始执行“863计划”(高技术研究发展计划)时,航天技术被列为七大领域中的第二项。实施“863计划”后,成立了863计划航天技术专家委员会。1987年4月专家委员会下达《关于大型运载火箭及天地往返运输系统的概念研究和可行性论证》的招标通知,共有6个方案应标。开始时,多数意见是认为从研制航天飞机开始的起点高,直到争论三年后的1992年,中国载人航天计划才确定为飞船、空间实验室和空间站三步走的方案,称为“921工程”(中国載人航天工程)。航天飞机是一条求全、冒进和不成功的道路,是时间帮我们作了正确的决策。实际上是由于“挑战者号”航天飞机失事,苏联、日本和英国的空天飞机项目相继下马和我国航空基础差难以实施航天飞机方案等三大因素使我们决策从飞船起步的。第一届专家委员会通过“921工程”为我国载人航天项目立项;第二届专家委员会完成“三步走”具体方案的论证;我作为专家委员会综合组成员经历了论证全过程。以后凢届专家委员会是具体组织三步走方案的实施。今日我国的载人航天的成功是几代航天人努力的结果。

    2. 空间站不同发展阶段的科学实验的演变

    从1961年4月12日前苏联航天员加加林乘坐“东方”1号进入太空,至今己过半个世纪。人类建造空间站也有40年历史,世界上第一个载人空间站是前苏联1971年发射的“礼炮”1号。半个世纪以来,国际载人航天取得了很大成就,也经历很多挫折。至今,各国共发射了10个不同规模的空间站,包括前苏联发射的7个“礼炮号”和“和平号”以及美国的“空间实验室”,现在还在运行的“国际空间站”。让我们比较一下1946年布劳恩构想的空间站(图2),可以发现实际的空间站和它有多么大的不同。布劳恩的空间站由一个园环构成,让它绕对称轴旋转来产生人造重力。因为三位宇宙航行的先驱者,即俄罗斯的齐奥科夫斯基、美国的哥达德和德国的奥伯斯都认为:人类很难适应失重条件下的生活,必须利用空间站的旋转创造重力。


    图2 布劳恩的空间站构想图(1946)

    纵观近代航天史,国际上空间站的发展可划分为三个阶段:
    1) 第一阶段(1961 —1970 年)。研制发射单人和多人飞船, 进行单飞或编队飞行, 主要任务是获得和积累对太空环境条件的认识,掌握载人航天基本技术。这一阶段通过载人飞船的太空飞行,初步了解载人航天飞行的环境和要求,掌握有关影响人体的太空环境因素,研究人体对长期航天飞行环境的适应性,设计改进环境控制和生命保障和乘员支持等功能系统,为后来载人空间站的研制和应用建立了最初的基础。1966 年,美国“双子星座”8 号载人飞船与目标航天器实现人类首次太空交会对接;1967 年,苏联“宇宙”186 号与“宇宙”188 号两个无人航天器首次实现自动交会对接。两个航天器在太空手动与自动交会对接的实现,为后来在近地轨道上建造100 吨级的空间站奠定了基础,同时也为空间应用开辟了新方向——在空间站上开展试验,寻求提高航天器性能的新技术、新部件或新系统,以支持未来的载人航天任务。


    图3 苏联苐一代空间站:礼炮1号到礼炮5号

    2) 第二阶段(1971 —1985 年)。研制并发射了单舱空间站,开展了多个科学技术领域的研究试验活动,初步明确了空间站应用的方向和范畴,载人航天的工程技术水平得到较大提高。这一阶段中,对太空的高真空、微重力、强辐射等环境特点有了进一步认识。这些环境对多种科学研究和技术开发具有重要价值,开始明确以科学技术研究实验作为空间站应用的主要任务。“礼炮”号和“天空实验室”不仅开展了医学和生物学研究试验和初步的空间材料科学实验,而且进行了对地球、行星、太阳和宇宙的观测。

       
    图4 苏联苐二代空间站:礼炮6号和礼炮7号

    图5 美国第二代空间站天空实验室号

    图6 苏联第三代空间站和平号

    3) 第三阶段(1986 年至今)。研制建造了“和平”号多舱空间站,并正在建造多舱段的、长期运行的“国际空间站”。该阶段通过多舱空间站的建造和应用实践,使空间站应用从试验性向业务性转化。和平号空间站是世界上第一个多舱空间站,采用化整为零、分期发射、在轨装配和逐步扩展的方式建造。其内部空间与单舱空间站相比大大扩展,应用能力显著提高。和平号开展的空间应用项目涉及了几乎所有需要“上天”开展的现代科学研究领域。它包括:
    1) 深空观测与研究;
    2) 地球和近地空间研究;
    3) 空间生命活动(包括人对太空的适应性);
    4) 空间材料加工等。
    前苏联与俄罗斯通过“和平”号空间站取得的应用成果与经验,为“国际空间站”上的俄罗斯实验舱开展科学与技术试验活动奠定了坚实的基础。
    表1 载人航天器的主要特征参数

特征参数

  第一阶段

1961 —1970

  第二阶段

1971 —1985

  第三阶段

1986 —现在

航天员人数(最多时)

3

5

10

航天员最长驻留太空时间(天)

18

236

438

航天器质量(吨)

13

90

286

研究试验设备质量(吨)

0. 25

11. 3

11. 3

构形

载人飞船

单舱空间站

多舱空间站

工作寿命

几天

数年

10 年以上

 
    根据40 多年载人航天器及其应用的发展实践,近期(2030 年前) 在空间站应用方面应重点开展以下四个方面的研究、开发或服务:
    1) 基础科学和应用科学研究;
    2) 空间技术与空间产品的研发与试验;
    3) 空间站应用设备和应用技术的开发和改进;
    4) 空间技术宣传普及、太空教育和其他人文科学活动。
    现在再回来说说冯•布劳恩和他的空间站。冯•布劳恩(1912.3.23-1977.6.16)是德裔美国火箭专家,二战期间他为德军研制V-2火箭,战后他在美国陆军领导研制导弹,先后研制成功“红石”、“朱庇特”、“潘兴”导弹以及“朱庇特”C火箭,成功发射了美国苐一颗人造地球卫星“探险者1号”。1958年10月,布劳恩成为新建立的美国宇航局领导成员,1960-1970年任马歇尔航天中心主任,1961年任肯尼迪总统的空间事务科学顾问(分管“阿波罗”登月工程,领导“土星号”运载火箭的研制工作),1969年7月领导研制了世界的最大的火箭“土星”5号并第一次把人送上了月球,1970-1972年任美国宇航局副局长。布劳恩是历届宇航局领导中最卓越的科学家,业余爱好写作。他撰写的著作有《火星计划》,《高层大气物理学和医学》,《航天医学》,《越过空间前沿》,《征服月球》,《火箭学和空间旅行央》和《月球》等。
    布劳恩在他的《越过空间前沿》书中题为《进入空间的序曲》那一章中,描述了怎样用一个巨型三级火箭将一个轮形空间站送入1728公里高的轨道上(参见图2)。这个巨型火箭高80.8米,直径19.8米,比24层办公大楼还要髙,和一艘轻型巡洋舰差不多重。它的第一级火箭装有51个发动机,第二级有34个。布劳恩所描述的第三级火箭,至少在概念上和现代的航天飞机十分相似。这第三级火箭装有5个发动机,能够装载36吨货物,功能和航天飞机很相近。此外,更重要的是布劳恩所设计的火箭可以从美国东海岸的一个基地起飞(例如佛罗里达的空军试验场可作为发射场),把人和货物运送到永久空间站。然后这个火箭像飞机一样,自主飞行,靠机翼滑翔在机场的跑道上降落。布劳恩所指的那个发射场正是现在的肯尼迪空间中心所在地。他的带翼的、像飞机飞行和降落的设想,正是今天航天飞机所采用的方法。
    1952年3月22日,布劳恩在《柯里尔》杂志上把十年前考虑过的载人空间站的设想发表,他估计要创立建造这样的空间站所需技术,可能要作为时十年的不懈努力,耗资40亿美元。为了把空间站的部件一件一件地发射到运行轨道,他设计了一种巨型火箭:起飞时的重量大约七千吨,竖立起来约有80米高,底部直径约20米。火箭有三级,头两级配备有返回地球时的特殊降落伞,第三级能装载乘员和有效载荷、可以带90吨推进剂和26吨货物。而且装配有翼,能以飞机或航天飞机的方式降落。起飞轨道必须在水面上,以便头两级能由回收船回收。
    他对各级脱离顺序、飞行轨迹以及进入轨道速度的设想,同上世纪60年代后期“阿波罗”飞船发射过程是惊人地接近。只是后来由于火箭技术迅速发展,实际上可以设计小得多的火箭来发射。整个空间站要通过多次发射,在空中轨道上进行对接组装。轮形航天站直径75米,他设计由20部分组成,材料是柔韧的尼龙和塑料纤维。每个部分都是一个独立的舱,可以折叠起来送入轨道。装配之后,整个轮形舱像内胎一样充气,供乘员呼吸。这20个部分之间,有和潜艇上相似的安全分隔封门。轮形空间站边缘装置一台小型切向火箭发动机,使空间站旋转产生离心力以形成人造重力。
    布劳恩与其他的三位宇宙航行的先驱(俄国的齐奥科夫斯基、美国的哥达德和德国的奥伯斯)不同,他不仅是理论家而且是实践家,对美国载人航天做出了重要的贡献。从发射美国的第一颗卫星、首位美国人升空、最先登月到航天飞机的研制都是在他领导下实现。唯独空间站与他的设想差别甚大,其原因是当今的三代空间站都不是永久行星际站,也沒有设置空间工厂的构想。即使在冷战期间,实现产业化、商业化的目标也被放在首位。在第一阶段(20世纪70年代前),科学实验均放在《无重力条件下材料的加工和制备》项目下进行,当时失重环境被认为是零重力。第二阶段(20世纪70-80年代)科学实验放在《空间材料科学》项目下展开,那时期的科学实验成果被总结在《空间材料科学》和《空间流体科学和空间材料科学》的二本专著中,由美国宇航局和欧空局合作组织各国科学家共同编写。另外,前苏联也出版了类似专著。第三阶段(20世纪90年至今)科学实验列入《微重力科学及应用》学科。
    从20世纪60 年代开始,各国科学家就利用落塔、飞机、探空火箭及其他各类轨道飞行器(航天飞机、各类空间站)提供的微重力环境进行了微重力条件下的材料加工和空间生物技术方面 的研究。后来,渐渐形成了一个新兴材料科学分支 — 空间材料科学。微重力流体科学就是空间材料科学的理论基础 。1992年,美国国家研究委员会物理、数学及应用委员会的空间研究局微重力 研究委员会在其发表的《微重力研究发展战略》中明确指出:到目前为止,还没有发现有值得拿到空间去生产的材料的实例,在这种实例出现之前,有待在地球上证明在空间制造该种材料是可能的,这正是微重力科学研究的理由所在。该文件还明确做出结论说:“用'材料加工’一词描述是误导, 应代之以'微重力研究’”。这个文件的发表是这个新时期的里程碑。此后,各国科学家放弃了近期建立空间工厂的美好願望,他们认识到:在以空间为基地进行材料制备取得商业成功之前,还需要进行充分的微重力科学基础研究,这将会持续半个世纪。微重力流体科学研究在空间科学中的地位特别重要。微重力流体科学是研究微重力环境下流体介质运动规律的一门新兴学科,它与空间材料科学和空间生物技术一起组成了微重力科学。微重力流体科学的研究范畴包括对流和扩散输运、毛细现象及其不稳定性、多相流及气泡液滴动力学、临界点现象、流体的热物理过程、流体管理和燃烧等。美国有人将微重力流体科学的重点归纳为扩散和双扩散现象、多相流和传热、磁流体力学和电流体力学、电动力学和电化学毛细现象、成核及生长现象、固液界面动力学数值模拟和软件库发展等几个方面。这几个方面反映了目前研究热点,有很强的材料科学背景。虽然各国的分类方法不尽相同,但都大同小异,都得出一个共同结论:今后一段时间的微重力科学研究应该强调基本规律研究,即理解和掌握微重力环境中的流体运动规律以及材料制备过程中的物理化学现象。微重力流体科学不仅在微重力科学中是基础科学,而且在许多与空间有关的科学分支中也起着基础学科作用。空间流体科学、空间材料科学和空间生物科学三部分构成“微重力科学及其应用”这一新学科,这个研究将会持续到二十一世纪40年代末。 在此期间,微重力科学及其应用研究就显得特别重要。这恰是国际空间站成为科学技术研究的太空实验室理由所在。这並非初衷,实为不得已而为之。

    3. 国际空间站的现状和结局

    所有宇宙航行的先驱者对空间站的设想都认为空间工厂和行星际站是大型空间站的最终理想模式。美国宇航局在完成“天空实验室”之后,着手研制“自由号”空间站,就想把空间站作为重返月球和登陆火星的中转站。1989年,老布什总统在宣布将派遣美国宇航员重返月球以及登陆火星的计划时,对空间站计划给予了高度评价,宣称该计划是“我们所有太空探索行动中至关重要的一步”。空间站将成为人类在太空的一个基地,人类可以在那里装配大型火箭,然后发射,踏上太空探索之旅,它是“世界间的新桥梁”。但是,美国国会并没有批准里根总统和老布什总统有关建设空间站的预算。直到1993年,一种太空发展新思路逐渐形成,国际关系更加注重友好合作相处而不是对抗。1993年9月,当时的美国总统克林顿宣布俄罗斯作为一个正式伙伴加入到“国际空间站”的建设当中。由于美国在航天飞机技术方面存在问题,发生了诸如“挑战者”号在1986年失事等一系列悲剧,而俄罗斯当时在火箭发射领域处于领先地位,因此俄罗斯的加入不啻是空间站计划的“福音”,无疑可以有效支持该计划的发展。当时,美国宇航局局长丹尼尔•高尔丁颇有深意地说:“一个世界,一个空间站。”
    后来随着“精神”号和“机遇”号成功登陆火星,“国际空间站(ISS)”的命运就在布什总统的一纸宣布之下发生了改变。2004年1月14日,美国总统布什郑重宣布了重返月球以及未来登陆火星的新太空计划,但未提到将“国际空间站”当成美国新太空计划的“跳板”。他只是宣称会把“国际空间站”作为生物医学研究基地,同时美国也有“义务”帮助完成“国际空间站”的建设。布什总统也并未明确指明在“国际空间站”预计于2010年建设完成后,美国如何或者是否计划使用它。如果美国宇航局将重点放在实施重返月球以及登陆火星的计划,并把大部分预算用在这个计划上的话,那么毫无疑问,“国际空间站”前景堪忧。那么空间站将何去何从?为何空间站会从“明星”沦落到“配角”的地步?美国航天专家对此给出下面几个原因:预算严重超支,设计发生变化,2003年“哥伦比亚号”航天飞机失事后对技术冒险性的重新认识,以及国家发展重心的转移。俄罗斯加入“国际空间站”的建设后,使得美国必须放弃将“国际空间站”作为一个发射平台的构想。这是俄罗斯加入带来的一个新问题:如果从俄罗斯发射的火箭想到达“国际空间站”,则需要一条不同的轨道。从佛罗里达发射的航天飞机是以28.5度的倾角进入地球轨道的。但俄罗斯的火箭是从哈萨克斯坦发射升空的,比发射航天飞机的从佛罗里达的位置高。俄罗斯火箭的飞行高度只能低于51.6度,如果超过51.6度,那么火箭在紧急返回地球大气层时,火箭分离舱或宇航员有可能会降落在蒙古和中国北部地区。因此,克林顿政府决定以51.6度的倾角建设“国际空间站”。但专家们指出,如果空间站以51.6度的倾角在地球轨道运行,它可能将无法再起到通向月球和其他行星的“完美出发点”的作用。首先,航天飞机到达空间站不仅更加费力,而且航天飞机上所装载的货物也减少了许多。其次,由于“国际空间站”的倾角过大,从“国际空间站”上向外发射的飞船无法轻易进入太阳系行星以及其它星系行星。如果想实现这一目标,宇宙飞船则需要耗费更多能量,而从地球直接向月球发射反而更容易。“国际空间站”最大用途是成为一个太空科研基地,除了进行一些诸如人类如何在失重条件下生存和在长期太空旅行中高辐射对人体的危害之类的试验之外,它将沒有其他的用途。说到观察天体,它不如哈勃天文望远镜;说到观察地球,它不如对地观测卫星、资源卫星和侦察卫星。
    “国际空间站”于1998 年11 月俄罗斯发射第一个功能货舱“曙光号”正式开工兴建。原计划2006 年建成,但因经费、技术和计划协调等原因,进展缓慢。特别是2003 年“哥伦比亚号”航天飞机失事,导致工程进度大大推迟。“国际空间站”由舱段、桁架、太阳翼及移动机械臂等数十个大型空间构件组成,采取“边建造,边应用”的发展模式。2000 年1 月首批常驻乘员组进驻“国际空间站”,站上的俄罗斯实验舱和美国实验舱开始执行空间应用任务,开展科学与技术研究试验活动。欧洲航天局和日本的实验舱在2008 年才送入轨道,完成与“国际空间站”的组装。这两个实验舱要等待2009 年舱内设备全部安装调试完毕后,才能投入应用。
    “国际空间站”计划的实施分3个阶段进行。第一阶段是从1994年开始的准备阶段,现已完成。这期间,美俄主要进行了一系列联合载人航天活动。美国航天飞机与俄罗斯“和平”号轨道站8次对接与共同飞行,两国宇航员一起开展了一系列科学实验和多次太空行走,特别是训练了美国宇航员在空间站上生活和工作的能力,为即将展开的国际空间站的组装工作积累了经验。第二阶段从1998年11月开始,为空间站初期装配阶段,也是建设国际空间站的关键阶段。11月20日俄罗斯使用“质子-K”火箭把空间站主舱——功能货物舱送入了轨道。该舱重约20吨,13米长,内部容积约72立方米,是空间站的基础舱,可连接空间站的各实验室和宇航员的生活舱。它装有导航、通信、姿态控制、温度控制和气候环境调节等多种设备,可在空间站建设初期提供电源和推进动力。主舱在太空“落户”后,美国的连接舱、实验舱及俄罗斯的服务舱、“联盟”号飞船等将陆续发射升空。连接舱用于存储货物和提供电力,实验舱则可以进行各种微重力环境实验,包括材料加工与合成、生命科学、生物医学实验及流体实验等。它还担负着一些军事实验任务,因此该舱只允许美国宇航员使用。实验舱的发射和对接的完成,将标志着第二阶段的结束,那时空间站已初具规模,可供3名宇航员长期居住。第三阶段则是要把美国的居住舱、欧洲航天局和日本制造的实验舱和加拿大的移动服务系统等送上太空。当这些舱室与空间站对接后,则标志着国际空间站装配最终完成,这时站上的宇航员可增至7人。至2011年11月2日国际空间站有人值守的11周年之日,共进行1400多项科学实验。这些实验促进了医药、环境科学等方面的发展,並加深了人类对宇宙的了解。
    建成国际空间站共耗资多少,说法非常不一,说得最多的高至1500亿美元,我在本文开篇说是750亿美元。这个数据是引自2005年4月上任的美国宇航局局长迈克•格里芬的说法,他特别指明是2000年中美元价值。据估计,他只从俄国参加“国际空间站”后开始计算的。在此前,美国宇航局花在“自由号”空间站的研制费没有计入。航天飞机也主要用在建设“国际空间站”上,其部分的研制费也应该计入。如果这样算,数目就会有1500亿。
    “国际空间站”建成后,如何充分利用、提高效果,一直是多年来困扰航天领域许多专家的问题。“国际空间站”每年的运行、维护费用高达数十亿美元空间站运行维护费用之高,空间应用效益与费用比之低,令人担心“建得起, 用不起”。即使运行费用不成问题,如何充分发挥空间站的优势、提高空间站应用效率,也是空间站长期持续运行面临的严重挑战。2011年航天飞机退役后,“国际空间站”人员和货物运输要完全依靠俄罗斯,就更让美国宇航局忧心。对美国来说,“国际空间站”真的成了“鸡肋”,所以有“宏伟的设想,艰难的历程和无奈的现实”的说法。按美国宇航局的估计,“国际空间站”可以运行到2020年,而俄罗斯宇航局则建议运行到2028年。如果到运行结束后,不把“国际空间站”的运行轨道推高,最终就会像“和平号”空间站的结局一样,坠入大气层中烧毁。
    为什么说航天飞机是一条求全、冒进、不成功之路?布劳恩空间站的构想会如何影响末来空间站的设计?我将在另文论述。