运行10年1600亿美元,美俄已放弃空间站!为何中国还要建?

国际空间站从1998年11月15日国际空间站第一个部分曙光号功能货舱发射升空,到2011年2月24日最后一个多用途增压舱安装完成,总共耗时13年,总计耗资1500亿美元。

比较有意思的俄罗斯科学舱(多用途实验舱(MLM))一直跳票到2021年7月29日才与星辰号成功对接,但意外的是对接几小时后,科学舱的计算机出现了故障启动了推进器,结果将国际空间站推翻了几个跟斗,把NASA给吓了个半死,花了老长时间才把姿态给调整回来。

右下侧科学舱

国际空间站花销那么大,究竟花去了哪里?

国际空间站通过30多次航天飞机以及俄罗斯质子号火箭的运输,才在离地面420千米轨道上组装起大约420吨重的庞然大物,长度超过73米,宽度达到了108米,总加压空间达到了915.6立方米,当然空间站不只是建造就完事了,还需要运营与维护。

每年维护的费用需要多少?

国际空间站大约有如下几块固定的费用:

1、常驻宇航员往返天地间的费用

2、空间站每年轨道维持的费用

3、空间站补给飞船的物资与发射费用

4、空间站维护设计改造维修费用

5、实验项目消耗的费用

截止到2010年,国际空间站的各成员国累积投入了1551亿美元,其中美国1311亿美元(直接投入724亿美元,航天飞机费用587亿美元),俄罗斯120亿美元,欧空局50亿美元,日本50亿美元,加拿大20亿美元。

从开建到至今,NASA在国际空间站的费用为每年35亿美元,而到了2011年7月21亚特兰蒂斯号航天飞机最后一次飞行后全部退役,因此美国的宇航员全都由俄罗斯联盟号飞船来承担,从最初的2180万美元/人涨价到了2018年的8100万美元/人,这十年间单独就是“船票”NASA就花了33.7亿美元。

不过后来SpaceX率先开通了货运飞船业务,给NASA的报价是16亿美元/12次,而波音和SpaceX的宇航员往返天地的费用为5800万美元/人。2020年5月30日,猎鹰九号搭载龙飞船与两名宇航员前往国际空间站,并于5月31日对接成功。

2021年5月2日凌晨2时56分,SpaceX的“龙”飞船从国际空间站返回地球,带回了4名宇航员,NASA终于不用在仰人鼻息,窝在俄罗斯的飞船里回地球的丢人日子了。

因此从2021年中开始,NASA在国际空间站上的费用会有所下降,当然除了NASA外还有俄罗斯以及其他14个国家的费用,按各国分摊比例支出,可以想象这费用绝对不会少。

国际空间站费用那么高,为什么我国还要建?

2021年4月29日天和核心舱的成功发射,揭开了我国天宫空间站的建设的序幕,预计在2022年底之前将会执行12次发射任务,将问天实验舱、梦天试验舱送上轨道,完成天宫空间站建设,预计建成后总质量将超过70吨,加上未来的光学舱和扩展舱段,总质量大约在100吨左右。

与国际空间站相比,天宫空间站明显要小很多,但事实上真正用于工作与实验的功能与总量却不比国际空间站少多少,比如由于技术的进步,太阳能电池的功率,国际空间站(ISS)是110千瓦,而天宫空间站(CSS)是100千瓦。

另外全部建成后,体积达到国际空间站的60-70%,有效可利用体积能达到90%以上,并且有很强的模块化能力扩展实验舱,未来最多能扩展4个实验舱,最大总质量可以达到180吨。

中国的空间站优势在哪里?

得益于技术进步,比如太阳能电池就差了一大截,而且没有桁架式布置太阳能电池,另一个则是舱室与实验舱设计布局合理,国际空间站上美俄两国之间互相保密的因素,俄罗斯区和美国区各类接口和标准的不一致导致大量空间资源被浪费,资源利用效率不高。

还有一个则是轨道维持,CSS利用电推维持轨道,燃料消耗率比国际空间站低一个数量级,而现在的国际空间站每年消耗的燃料达到4吨以上,当前曙光舱段上有16个容积为400升的长罐和330升的短罐(各8个),一共能储存5.76吨燃料,星辰号则是由2个400升的燃料罐,只能存储860千克燃料。

而给国际空间站货运燃料补给的M-52进步号飞船只能装载2.3吨载荷,1.3吨是食品与其他货物,只有1吨是燃料载荷,所以从理论上来看,单独就货运飞船而言,它得发射四次才能维持国际空间站的轨道。

进步号无人货运飞船正在逐渐接近国际空间站,准备进行自动对接。摄于2017年2月24日

而我国空间站每年只需要1次补给即可,如果宇航员半年轮班一次,那么外加2次载人飞船发射,如果一年轮一次,那么一次货运一次载人,费用大约只有国际空间站的1/3不到(按次数)。

LHT-100型霍尔氙离子电推

由于天宫空间站是我国独立建造,未来开放给友好国家使用时可以收取一定的费用,除了天敌往返的费用外,还有在空间站内的生活与实验等设施的费用,比如国际空间站进入每人的费用约为5800万美元(生活一个月),也不算是小数目了,搞不好还能赚点零花钱是吧。

除了费用外,目的是什么?

和国际空间站相比花钱确实不多,但如果只是个花瓶的话,就是一块钱也是多不是吗?当然空间站绝不是花瓶,首先它就是一个我国空间技术验证的绝佳场所,它的存在可以让我国航天在未来十几年时间内有一个稳定的支出,运营空间站可以成长起一大批人才,这点非常重要。

另一个则是近地轨道失重状态的环境,比如在国际空间站上展开的冷原子实验,达到了绝对零度上百亿分之一度,这种环境对于科学实验是对一无二的。

而除了科学以外,有部分金属冶炼需要在失重状态下进行,比如纯度极高的99.9999%-99.999999%的材料,需要在悬浮状态下不接触坩埚进行。

还有人体器官的3D打印,血管等结构无法在重力状态下进行,而在失重状态下很多问题都迎刃而解,因此空间站的发展,未来也许将会为人体器官移植打开一条新路。

所以,究竟是有必要还是没必要?尽管耗资那么高,为什么美国要继续坚持运维国际空间站,因为最新的消息是延寿到2030年,而财政捉襟见肘的俄罗斯却打算单干一个空间站,如此香饽饽,我国怎么可能会落后呢,况且我们已经走到了紫禁之巅的脚下,往前一步,未来就可能独步近地空间。