为国际空间站注入“科学”的血液
Daniel Clery　文　　Shea　译
	随着欧洲的“哥伦布”号实验舱和日本的“希望”号实验舱的到位，国际空间站将完成从太空中的政治延伸向真正的科学实验室的转变。 　　在推迟了两个月之后，2008年2月7日美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机终于点火升空。它此行的目的是把欧洲空间局（ESA）的“哥伦布”多用途实验舱送上国际空间站。这将为国际空间站注入“科学”的血液，使它不再成为一些人眼中专为航空企业创造“就业机会”的附属品，而真正成为能取得丰硕成果的科学平台。 　　价值10亿欧元的“哥伦布”实验舱是ESA第一个载人航天设施，也是其目前在载人航天领域的最高成就。“‘哥伦布’为我们翻开了新的一页。现在我们在地球轨道上有了真正的一席之地，”ESA“哥伦布”项目主管伯纳多·帕蒂（Bernardo Patti）说。但是对于欧洲的科学家和工程师而言，这真是一个好事多磨的过程。由于建造延期和美国“哥伦比亚”号航天飞机的失事，“哥伦布”实验舱最终抵达国际空间站的时间比最初计划的晚了5年多。而且和国际空间站的其他舱体一样，“哥伦布”实验舱的大小也比10年前ESA原计划的要小很多。 　　尽管最初的雄心有一点受挫，但是欧洲的科学家们还是相信“哥伦布”实验舱会给国际空间站带来一些新的东西。由于上涨的建造成本、航天飞机机群问题以及小布什总统2004年公布的立主月球和火星的新航天政策，已经使得美国宇航局（NASA）把国际空间站作为实验室使用的能力显得捉襟见肘。其结果是，NASA绝大多数在国际空间站上开展的研究项目都集中在了长期空间飞行对人体的影响上。 　　ESA的主管们说，“哥伦布”将使国际空间站重拾最初的信条，为包括生物学、流体力学、材料科学以及药物研究和技术研发在内的基础研究提供平台。“我们不会跟随美国的步伐把路越走越窄，”ESA空间站计划主管阿兰·舍凯特尔（Alan Thirkettle）说。 　　计划于2008年发射的日本“希望”号实验舱将进一步拓展国际空间站的科学潜力，与此同时2009年国际空间站的常驻人员将按计划从现在的3人增加到6人。舍凯特尔说，这将创造出“多一个数量级的实验时间”。德国马普地外物理研究所的物理学家格雷戈·墨菲尔（Gregor Morfill）补充说：“ESA的‘哥伦布’和日本的‘希望’将完成国际空间站从太空中的政治延伸向真正的科学实验室的转变。” [图片说明]：欧洲全力打造的“哥伦布”实验舱。版权：ESA/NASA。 　　确实，对于那些对国际空间站的批评依然记忆犹新的科学家和空间局官员来说，他们衷心地希望能还国际空间站以其本来面目。帕蒂说：“现在我们不得不来证明我们自己。” 艰辛的道路 　　在1984年美国总统罗纳德·里根（Ronald Reagan）正是邀请国际社会和NASA一起建造一个空间站之后，欧洲提出了一揽子的计划，包括一个国际空间站上的实验舱，一个能自由飞行的自动实验舱（它在需要的情况下可以和空间站对接以便维修和补给）以及一颗与空间站共享计算机和通讯技术的极轨地球观测卫星。欧洲的宇航员将会乘坐“赫耳墨斯”往返于空间站和地面，“赫耳墨斯”是一种小型的航天飞机可以搭载3名机组人员和3吨的物资。 　　1989年第一次由承包商给出的成本估算就远远超出了ESA的预计，而且欧洲各国政府不断压榨ESA的空间站计划。“赫耳墨斯”航天飞机和自由飞行实验舱被迫取消。极轨卫星则被移交给了ESA的地球观测理事会。到20世纪90年代中期的时候，计划中只剩下了尽管比原先计划小得多但也有10个电话亭大小的“哥伦布”实验舱，以及一系列被称为“自动运输飞行器”（ATV）的无人货运飞船。使用欧洲的“阿利亚娜”5型火箭发射，ATV可以运送7.5吨的空气、水、食物、燃料、科学设备以及个人物品，向空间站的各个部分提供补给。一旦运送的货物都卸载完毕，它就会装上垃圾和废弃物在重返大气层的过程中烧毁。第一架ATV计划于2月份发射。 　　ATV同样也是ESA和NASA在国际空间站使用上复杂交易的一部分。“它（ATV）就是我们支付（使用国际空间站）的租金，”舍凯特尔说。为了回报NASA使用航天飞机发射“哥伦布”实验舱，欧洲负责建造了两个用于连接国际空间站上各个舱室的“节点舱”。第一个节点舱是“节点”2号，也被称为“和谐”号节点舱，2007年10月已由“发现”号航天飞机发射就位。“哥伦布”实验舱和日本的“希望”实验舱都将被安装在这个节点上。另外，为了支付空间站上提供的空气、水、电力以及其他服务的费用，“哥伦布”实验舱里面10个有效载荷中将有5个提供给NASA使用。 　　尽管建造长7米、重19吨的“哥伦布”实验舱的工作从20世纪90年代末就开始了，但是对它的考验一直就没有停歇过。2001年，由于空间站成本激增，美国国会和NASA官员开始考虑最大限度地削减国际空间站的规模。舍凯特尔说：“他们开始质疑整个空间站的规划，并且毫不顾及他们的国际合作者。”风波最终得到了平息，但是由此造成的俄罗斯在空间站设施建造上的延期使得“哥伦布”的发射时间从2002年推迟到了2004年。 　　后来2003年2月“哥伦比亚”号航天飞机在再入时解体使得整个空间站计划被束之高阁。两年之后，由于航天飞机机群依然停飞，NASA开始考虑在完成空间站主体建设的情况下尽可能减少航天飞机发射的次数。一些人提出不再发射“哥伦布”和“希望”实验舱。“这持续了几个星期，而且情况越来越糟，”舍凯特尔说。 　　但是之后迈克尔·格里芬（Michael Griffin）被任命为了NASA的局长，他开始力挺国际空间站计划。 太空中的实验室 　　计划、设计、建造这样一个太空实验舱耗费了大约10年的时间，因此“哥伦布”实验舱所采用的技术并不是最顶尖的，而且5年的推迟使得其在计算机技术和数据传输速度方面与地面上的比起来更显得落后。帕蒂说，ESA已经升级了“哥伦布”实验舱里面的电子设备，并且安装了每秒100兆比特的计算机网络。尽管你现在可以在任何一家商店买到这一速率的计算机硬件设备，但是“哥伦布”上的计算机网络仍将是太空中最快的。 　　人力资源则是另一个挑战。舍凯特尔说：“ESA试图留住必要的人员并且保持科学界对此的兴趣。”当时大量的科研人员在为“哥伦布”准备实验项目的时候还仅仅是博士研究生，但现在他们都已经毕业并且在其他领域找到了工作。 　　就像在美国的情况一样，许多欧洲科学家认为不值得为太空中载人设施所能取得的科学成果花大价钱。他们提出，花在国际空间站和“哥伦布”身上的钱还不如用在机器人探测项目上。例如，由于周围运转的仪器和人员的“走”动，使得你无法在国际空间站上把望远镜精确地指向目标，所以天文学家们一般都不喜欢它。英国莱彻斯特大学空间研究中心主任乔治·弗莱瑟（George Fraser）说：“空间站乎上乎下就像过山车。” 　　不过帕蒂说，许多尤其是大学和政府实验室的欧洲科学家很热衷于进行微重力研究。他希望“哥伦布”几年之后的成果能激发起更多科研人员的兴趣。按照ESA载人航天科学与应用理事会理事长马克·海普纳（Marc Heppener）的说法，2004年最后一次征集实验提案时收到的提案数量是ESA所能资助的3倍。 　　根据一些已经在国际空间站俄罗斯段中进行的实验的结果，马普研究所的墨菲尔也对“哥伦布”的前景充满了希望。墨菲尔所感兴趣的领域是“含尘等离子体”，也就是混入了微观粒子的等离子体，它们会形成类似于宏观晶体和物质在其他物态所呈现出的自相似结构。墨菲尔说，这些实验也可以自动完成，但是“如果有宇航员的参与，你就能发现一些之前意料不到的结果。我们已经取得了巨大的成功，在这个领域表发了100多篇科学论文。” 　　“哥伦布”实验舱在发射前就装载了全部的实验装置，包括一个流体科学实验室、一组生理学实验模块、一个基本生物学实验室，等等。在“哥伦布”实验舱的外面，还有两个外部实验装置。一个将用来检测太空环境对不同技术的影响，另一个将用来安放太阳望远镜。 [图片说明]：“哥伦布”实验舱内部。版权：D. DUCROS/ESA。 　　虽然“哥伦布”上的一些实验要由NASA来负责，并且将用于检测微重力对人体的影响，但是其他许多实验将立足于根本。“‘哥伦布’发回的数据会从整体上推动生理学的发展，”刚在NASA的约翰逊空间中心结束为期9个月的访问的、英国伦敦大学学院的生理学家凯文·冯（Kevin Fong）说。例如，由于缺少了重力，实验将更清楚地告诉我们骨头在断裂后是如何重新接上的。冯说：“目前还没有人能在基本的层面上认识这个过程。” 　　日本的科学家们也期盼着一旦“希望”号到位之后能开展类似的实验。大小犹如豪华观光巴士、重23吨的“希望”号实验舱将会是国际空间站上最大的研究型舱体。需要发射3次航天飞机才能运送完它的所有部件，包括一个供宇航员进行实验的密封舱以及一个外部存储隔间。日本科学家已经安排了含盖蛋白质结晶、流体力学和细胞生物学不同领域的8个内部实验。随后，3个载荷将被安装到外部舱体上，包括一个用来搜寻新星和γ射线暴的X射线望远镜、一个大气检测器和一个用于太空材料实验的装置。“从一开始，科学研究就是国际空间站的重要使命之一。我希望看到在这一方向上的不断进取，”日本东京早稻田大学的天体物理学家、为“希望”号设计仪器的鳥井昭次（Shoji Torii）说。 　　一旦“哥伦布”和“希望”实验舱到位，国际空间站终于能向世人提供一个独有的从事科学研究的机会。这个机会也正是ESA的舍特凯尔所期望的。“我对未来充满信心，”他说，“现在我们终于有机会来让这些昂贵的设备发挥功效了。”
出自：Science 发布日期：2007-11-30

2001-2009 火流星工作组制作


本文遵循“创作共用约定”之“署名-非商业性使用-禁止演绎”3.0约定
任何意见和建议请致电：