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最近，俄羅斯國家航天集團與美國宇航局達成重要共識：國際空間站的工作壽命至少將延長到2028年，最終有可能在2030年完成歷史使命，以可控方式脫離軌道，墜入南太平洋預定海域。那么，國際空間站退役離軌工作將如何實施？科研人員需要重點解決哪些難題？美俄各自怎樣規劃未來載人航天事業？雙方是否還有合作機會？

整體一次性離軌防風險

眾所周知，國際空間站由多方負責的10余個艙段緊密耦合而成，結構極其復雜。有觀點認為，國際空間站似乎可以嘗試“分體離軌”方案，也就是在退役前陸續分離各主要艙段，由各方自行負責艙段離軌作業。

然而，國際空間站各艙段間電力供應、生命保障、熱控系統等深度互聯，經過長期在軌運行后，存在一些難以徹底排查、彌補的缺陷，如果強行將它們物理分離，難免會面臨巨大風險，不排除引發航天器大規模失控甚至災難性事故。更何況協調諸多國家和國際組織行動，執行各艙段離軌操作，其復雜性和綜合成本必將遠遠超出預想。因此，目前國際航天界的主流意見傾向于讓國際空間站整體一次性離軌。

國際空間站已進入服役末期

國際空間站總質量超過400噸，想要整體安全“退休”，將是航天史上規模最大、技術難度最高的可控離軌行動，核心目標是確保這個龐然大物精準墜入遠離航線和人類居住區的南太平洋“航天器墳場”。

根據傳統方案，國際空間站退役離軌重任將由俄羅斯艙段及進步系列貨運飛船負責。未來，多艘進步系列貨運飛船將被改造為太空拖船，對接國際空間站各艙段，分批持續實施制動點火，配合俄羅斯艙段推進系統，逐步精確地降低國際空間站軌道高度。

然而，國際空間站俄羅斯艙段存在不容忽視的設備老化、氣液泄漏風險，未來數年內不排除會發生意外。因此，美國宇航局正在積極籌劃備份方案，具體又分為兩種：

一個方案是利用現有的美國商業貨運飛船，如諾·格公司的“天鵝座”或SpaceX公司的“龍”，加裝額外的大推力推進模塊，使其具備輔助國際空間站離軌能力，甚至承擔主控離軌任務。

另一個方案更加雄心勃勃，美方計劃研發專用型國際空間站離軌航天器，并由此衍生出載荷指標、變軌性能更出色的太空拖船，未來將執行多樣化任務。目前，SpaceX公司已獲得美國宇航局數億美元資助，支持開發國際空間站離軌航天器。

徹底解體確保地面安全

國際空間站可控離軌的最大風險在于，這個龐然大物高速穿越稠密大氣層的過程中必須徹底解體，而且碎片落點必須被嚴格限制在預定海域，避免造成地面人員傷亡或財產損失。

為此，在國際空間站離軌過程中，對精度的要求可謂達到了極致。太空拖船或專用型離軌航天器每次實施制動點火的時機、推力方向和大小一旦出現微小偏差，經過軌道衰減過程中的“放大效應”，很可能導致國際空間站殘骸最終再入點和落點區域發生成百上千公里的偏移。

門戶繞月軌道空間站效果圖

地球高層大氣密度受太陽活動影響，不時會發生劇烈變化，進一步提升了國際空間站軌道預測和控制難度。預計整個國際空間站離軌過程至少將持續數月，科研人員需要依靠最先進的軌道動力學模型進行無數次迭代計算，并借助全球雷達、光學望遠鏡組網實時監測數據，及時細致修正，被外界形容為“在驚濤駭浪中鉆研微雕”。

國際空間站離軌過程中必須時刻提防太空墜物風險。比如，主桁架、大型實驗艙艙壁、推進劑貯箱等核心結構為了在嚴酷的太空環境中長期運行，普遍設計異常堅固。即使穿越大氣層會經受數千攝氏度高溫和巨大的氣動壓力，它們也未必會燒蝕殆盡。

這在航天史上不乏前車之鑒：1979年，重約77噸的美國“天空實驗室”再入大氣層，大塊碎片散落在澳大利亞西部；1991年，重約40噸的蘇聯禮炮7號空間站退役，包括完整艙門在內的大量殘骸墜落在阿根廷境內。

國際空間站重量更大、結構更復雜，如何確保其再入解體更徹底？科研人員正在論證其離軌前的特別處理方案：由航天員配合機器人，預先移除大面積太陽能電池板，因為這些電池板不易解體，可能形成較大的墜地碎片；或者在關鍵的大型承力結構上預裝非爆炸性低當量分離裝置，如線性裝藥切割器，在國際空間站再入大氣層最劇烈階段之前自動觸發，將大型組件拆解成更小的、更易燒毀的殘骸。當然，在國際空間站上安裝爆炸物等又會帶來新的風險。

一旦國際空間站離軌程序啟動，全球性實時監測和預警網絡的作用是至關重要的。各國地基雷達、天文望遠鏡及在軌監測航天器需要密切協作，連續跟蹤國際空間站的軌道衰變狀態、結構完整性。在殘骸碎片可能濺落的數小時乃至數天之前，可能受影響的國家、國際航運組織、航空管理機構等應收到精確預警，敦促人員和船只、飛機遠離危險區域。

顯然，這需要建立起跨越政治隔閡的國際協調與信息共享機制，任何溝通不暢或信息“壁壘”都有可能引發重大公共安全風險。

美俄太空建站各有打算

美俄達成有關國際空間站退役處理計劃草案，屬于現實考量下的妥協：確保國際空間站未來數年安全運行，維持基本的技術協調工作，保障多國航天員在軌安全。這更像是一種“有限接觸管理”，并非重啟合作。

可以說，國際空間站退役，不僅是一個龐大的技術工程項目終結，更標志著美俄載人航天合作“落幕”，雙方加速飛向截然不同的未來。

未來俄羅斯空間站效果圖

在可預見的時期內，美國宇航局載人航天事業的戰略重心將全面轉向“阿爾忒彌斯計劃”，核心目標是支持航天員登月并持續駐留月球表面。作為該計劃的關鍵樞紐，代號“門戶”的繞月軌道空間站有望成為深空科學研究平臺以及載人登月乃至載人深空探索任務的“跳板”。

美國宇航局還在資助多個團隊建設近地軌道商業空間站，維持太空客運、貨運服務。其目標是在2030年前后接替國際空間站，提供微重力研究、空間制造、太空旅游等服務，最終形成經濟可持續發展的近地軌道新生態。

不過，繞月軌道空間站和各商業空間站項目進度普遍不及預期，在美國宇航局預算削減的背景下，其前途命運存在一些不確定性。

而俄羅斯決定分階段建設本國軌道服務站：最初，國際空間站俄羅斯艙段可能在壽命末期分離，為本國空間站發揮“余熱”；隨后，計劃于2027～2028年發射首個全新艙段，再逐步發射各種用途艙段，在軌進行對接、擴展，2035年有望完全建成空間站。

俄羅斯空間站的一個顯著特點是設計軌道傾角較大，以便更頻繁地飛越俄羅斯廣袤領土上空，有利于對北極地區和俄羅斯全境持續進行遙感觀測、通信保障，執行國家安全任務，具有重要的戰略價值。

然而，俄羅斯多年來承受著西方制裁、軍費增加的壓力，對航天產業投入受限，進一步造成人才斷層、工程管理經驗流失等。俄羅斯航天工業難以再獲取西方關鍵電子元器件、精密制造設備和特種材料，導致多個關鍵項目進度延期或性能降級。因此，俄羅斯空間站想要按照預期計劃建成并順利運行，仍存在不少有待克服的挑戰。

外界認為，在短期甚至中期內，美俄在載人航天領域基本上不可能恢復類似國際空間站的深度系統性合作。然而，太空探索的本質屬性決定，長期完全“脫鉤”并不符合美俄的根本利益，雙方仍具備一定的合作潛力。

比如，俄羅斯在大型飛船、外星球著陸器、空間核技術、特定空間站艙段等領域擁有較深厚的技術積累，理論上可以滿足繞月軌道空間站和月球表面任務所需，但前提是美俄重建政治互信，目前尚無明顯跡象。

兩國更現實的航天合作可能涉及“遠離”直接軍事應用、關乎人類共同福祉的科學領域，包括無人深空探測、基礎空間科學研究、空間環境監測、空間碎片治理國際規則制定與協調等，尋求有限的技術對話或數據共享。

來源 | 中國航天報

編輯 | 劉俞希

校對| 劉心繼

主編 | 張文軍

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