国际空间站之前的空间站简史

在阿波罗宇航员踏上月球一个世纪之前，科幻小说就向公众讲述了未来在月球上建立前哨站并在地球上空运行的场景。在随后的几十年里，这些最早的空间站概念演变成可以向月球和火星发射载人航天器的轨道平台。NASA 成立后，在建造如今绕地球运行的国际空间站之前，它继承了人们的梦想，尝试了各种布局和功能的空间站。

科幻小说中最早的概念

1869 年 10 月至 1870 年 2 月，《大西洋月刊》的读者通过爱德华·埃弗里特·黑尔的科幻小说《砖月亮》了解到了在地球上生存的想法。黑尔的故事讲述了一个直径 200 英尺的砖球，旨在绕地球运行，作为船只的导航辅助。但是砖月亮意外地载着人进入了轨道。黑尔在续集中写了这个故事的续集《砖月亮上的生活》，其中的人物找到了在新家中生存的方法。他们不仅生活在人造卫星中，还与地球进行通信，将砖月亮变成了通信卫星。

五十多年后，“空间站”一词由罗马尼亚火箭先驱赫尔曼·奥伯特 (Hermann Oberth) 创造。他在 1923 年的一篇文章中设想了一个绕地球运行的平台，作为前往月球和火星的任务的起点。奥地利人赫尔曼·诺登 (Herman Noordung) 也分享了他的想法，他在 1928 年发表了一个轨道前哨站的蓝图，该前哨站由多个模块组成，每个模块都有自己独特的功能。

奥伯特和诺登都设想过他们的空间站将由巨型火箭发射，而远在大洋彼岸的美国工程师罗伯特·戈达德正在朝着开发这些火箭的方向迈进。戈达德是首批成功试验液体推进的人之一，他利用的反应比当时流行的黑火药火箭强大得多。他并不是唯一一个。在德国，一个名为 Verein für Raumschiffahrt（太空旅行协会）的业余火箭组织也在液体推进火箭方面取得了一定成功。1932 年，VfR 的一名成员沃纳·冯·布劳恩被德国陆军选中继续他的工作，为军队开发液体火箭。

二战前和二战期间，德国的军事资助使火箭技术日臻成熟，到战争结束时，冯·布劳恩的团队已经拥有一枚可以正常运转的 V-2 火箭。这项技术被美国和苏联科学家采用，但大部分剩余硬件和关键团队成员于 1945 年移居美国，包括冯·布劳恩，不久之后，他的简历上就增加了“航天推广者”的称号。

通过与《科利尔杂志》和沃尔特·迪斯尼合作制作《明日世界》电视连续剧，冯·布劳恩将他对轮状空间站的设想带给了公众。这个轨道平台将是一个地球观测站、一个微重力实验室以及一个天文台。它也将成为月球和火星任务的起点，成为人类探索太阳系内部的基石。

新航天局的空间站

1958 年，这些未来空间站概念开始逐渐成为现实。NASA 成立的目的是管理所有航天计划，其首要目标是抢在苏联之前将宇航员送入太空。NASA 预计会将第一位宇航员送入太空，因此早在 1959 年就已将空间站视为其第二个项目，这将帮助该机构学习如何在太空中生活和工作，然后作为载人登月任务的起点。但尤里·加加林抢在一位美国宇航员之前进入轨道，打乱了 NASA 的长期计划。约翰·肯尼迪总统考虑了美国在太空领域的所有可能下一步行动，并认定登月任务比空间站更能展示其技术优势。

整个 20 世纪 60 年代，NASA 一直专注于登月目标，但空间站的计划从未真正付诸实施。受阿波罗高额资金和国家对航天事业日益增长的兴趣的推动，1964 年，NASA 的主要后阿波罗计划再次认真考虑建立轨道前哨。四年后，该计划正式提上日程。

1969 年，NASA 提议建造一个可容纳 100 人的空间站，名为“太空基地”。其想法是建造一个平台，作为科学和工业界资助的微重力实验的实验室，以及核动力太空拖船的母港，用于运送宇航员往返月球前哨。轨道组装计划于 1975 年完成，NASA 很快就意识到，使用消耗性火箭（如将阿波罗送上月球的土星系列）建造和供应太空基地的成本将超过空间站的建设成本。NASA 不亏损的唯一方法是建造和供应可重复使用的运载工具，这是一种在多次任务中将物资和宇航员运送到太空基地的航天飞机。这成为了太空运输系统，更通俗的说法是航天飞机。

但航天飞机是未来的事。目前，NASA 拥有来自三次取消的月球任务的过剩阿波罗硬件，并选择将其转变为一个名为“天空实验室”的短期空间站计划。空间站本身由改装的 S-IVB 上面级组成，并于 1973 年 5 月在最后一枚土星五号火箭上发射。在接下来的一年里，天空实验室接待了三名机组人员，最终证明人类不仅可以在太空生活和工作，他们还可以参与大规模轨道建设工作。第一批天空实验室机组人员进行了紧急太空行走，成功释放了卡住的太阳能电池阵列，有效地拯救了空间站。

天空实验室从未打算成为一个长期的空间站；它不是为补给、加油或推进到更高轨道而设计的。1974 年 2 月，最后一批机组人员离开后，空间站被废弃，其轨道也随之衰减。NASA 曾短暂考虑使用航天飞机轨道器将其推进到更高轨道并重新访问空间站，但太阳活动的增加使地球大气层扩大，大气层边缘对空间站的拖拽力超出预期。NASA 根本无法及时准备好航天飞机。1979 年 7 月，天空实验室在西澳大利亚上空重新进入地球大气层。

真实空间站的起源

随着天空实验室计划的展开，NASA 开始着手可重复使用的航天飞机，以便于建造和维护一个长期的空间站。但该项目最初由 NASA 构想，但事实证明，该项目过于雄心勃勃，超出了其在阿波罗计划后缩减的预算。20 世纪 70 年代初的经济、政治、社会和文化环境不利于开展与阿波罗计划同等规模的另一个项目。NASA 被迫在轨道前哨站和建造它所需的运载工具之间做出选择。后者获胜了，空间站项目被搁置，NASA 开发其航天飞机。

由于空间站的未来不确定，NASA 开始探索与国际合作伙伴合作以分担其成本的可能性。1973 年，美国和欧洲正式达成合作伙伴关系，欧洲航天局将向 NASA 提供称为太空实验室的微型实验室模块。这些小型装置旨在发射到航天飞机巨大的有效载荷舱中，并作为实验设施在轨道上运行长达三周，为后来的空间站概念提供验证。第一个太空实验室于 1983 年作为 STS-9 有效载荷的一部分进入轨道。

从梦想到现实

1984 年 1 月 25 日，罗纳德·里根总统在国情咨文中呼吁 NASA 与国际合作伙伴合作，在十年内建成空间站。这是空间站计划迫切需要的政治支持。在国会的支持和总统的正式授权下，NASA 于 4 月成立了空间站计划办公室，并于当年秋天向行业领袖发出了征求建议书。两年后，日本和欧洲签署协议，提供模块，加拿大同意提供机械臂。空间站从这些早期设计阶段开始，采用双龙骨布置，中央桁架用于支撑主要生活和工作区以及太阳能电池板。

但每前进一步，似乎都会遭遇挫折。其中一个问题就是成本不断上升。NASA 最初预计的三座独立设施（主要生活区和两个自动化实验室平台）的造价为 80 亿美元，但事实证明这一预算过于低廉。挑战者号灾难也对空间站造成了影响。七名宇航员的丧生引发了安全担忧，最终决定为空间站上的宇航员提供某种逃生系统。这迫使设计发生变化，从而增加了空间站的重量。

解决方案是用单桁架设计取代双龙骨布置，并使实验室模块整体变小。这项新设计于 1987 年完成。1988 年，里根给空间站取名为“自由”。

布什让美国宇航局踏上火星之路。

1989 年 7 月，上任仅六个月后，总统乔治·布什就试图拥有自己的“肯尼迪时刻”。在纪念阿波罗 11 号任务 20 周年的演讲中，他呼吁美国重返月球，并在 30 年内派遣宇航员登陆火星。他签署了自由号空间站作为这一长期努力的基石。该计划大致分为三部分。20 世纪 90 年代初期，建造自由号空间站成为 NASA 的主要任务。月球任务计划在 21 世纪初恢复，并建立月球基地以供长期探索。这两步将为最早在 2010 年代末实施载人火星任务奠定基础。最终目标是在这颗红色星球上建立永久的前哨。

布什呼吁登陆火星，随后进行了为期 90 天的研究，以确定该计划的预期时间表、目标和成本。该计划旨在让自由号与人类登陆火星的努力一起发展。它将作为一个轨道试验台，NASA 将在此研究支持长期深空任务所需的技术，机组人员每次在飞船上停留长达六个月，这将是该机构了解人类在相对安全的低地球轨道上太空生存的一种方式。

月球任务的后续阶段将严重依赖自由号。机组人员、车辆和补给将发射到空间站，然后装载到转运飞行器上。然后，该转运飞行器将进入低月球轨道，在那里与游动飞行器相遇，该游动飞行器要么在停泊轨道上等待，要么从月球表面发射，与到达的航天器会合。然后，游动舱将把机组人员带到月球表面，而转运飞行器将返回自由号进行维护和补给。机组人员可以在月球上停留长达一年，由自由号和月球之间运送的同一辆转运飞行器提供服务。火星任务也计划采用类似的安排。

从自由到国际空间站

随着 20 世纪 90 年代的到来，自由号变得越来越沉重和复杂，需要进行太空行走以支持在轨组装等新要求。自由号的成本上升到 383 亿美元，这个数字现在包括了航天飞机的发射，但仍然远低于最初 80 亿美元的估计。1993 年，比尔·克林顿总统再次呼吁重新设计空间站，以降低成本并引入更多国际合作伙伴。提出了三个重新设计的空间站，白宫选择了名为阿尔法的方案。

Alpha 使用了 Freedom 75% 的硬件，不久之后俄罗斯提供了其未飞行过的 Mir 2 空间站的部件以降低总成本。这个新空间站被誉为比 Freedom 更强大的空间站。在重新定义过程中，Alpha 被冠以“国际空间站”的绰号。NASA 的约翰逊航天中心成为该项目的牵头中心，波音公司签约成为主要承包商。

国际空间站计划以航天飞机-和平号计划拉开序幕，这是自 1975 年阿波罗-联盟号测试项目以来美国和俄罗斯的首次合作。1994 年 2 月，宇航员谢尔盖·克里卡列夫成为第一位与 STS-60 机组人员一起乘坐航天飞机的俄罗斯宇航员。一年后，轨道飞行器发现号在 STS-63 任务期间与和平号会合。1995 年 3 月，美国宇航员诺曼·萨加德博士与两名宇航员一起乘坐联盟号-TM 21 号飞船升空，在和平号上停留三个月。任务结束时，轨道飞行器亚特兰蒂斯号与和平号对接，接回机组人员并带他们回家。1995 年 11 月，轨道飞行器亚特兰蒂斯号在 STS-74 任务中发射，并将俄罗斯制造的对接舱运送到和平号，标志着首次将舱体添加到轨道上的工作空间站。这些航天飞机-和平号任务使美国宇航局的宇航员自天空实验室以来首次接触了长时间的太空飞行，也为两国在太空合作和建设多模块空间站方面提供了宝贵的经验。

国际空间站于 1998 年开始正式成型。11 月 20 日，Zarya 控制舱通过俄罗斯质子号火箭发射升空。这是空间站的第一部分，包括电池电源和燃料储存单元，后续模块添加于其上。Unity 节点随后于 12 月推出，1999 年 5 月，航天飞机轨道器 Discovery 为空间站配备了后勤保障并装满了补给品。2000 年 5 月、7 月、9 月和 10 月的四次组装任务中，Zvezda 服务舱被添加，Z1-Truss 服务舱、第三个加压对接适配器和 Ku 波段天线被安装。这些任务还运送了补给品并对空间站进行了维护。空间站终于准备好迎接人类机组人员了。

2000 年 10 月 30 日，远征 1 号搭乘联盟号火箭发射，与国际空间站对接。尤里·P·吉德森科、威廉·M·谢泼德和谢尔盖·K·克里卡列夫的机组人员成为首批在轨道前哨站上生活和工作的人。另外 32 次组装任务完成了国际空间站的建设，在黑尔的故事引起人们的想象近一个半世纪后，空间站的梦想变成了现实。

资料来源：人类对月球和火星探索的 90 天研究报告；美国空间站的历史；美国宇航局的空间站的发展和现状；国际空间站组装时间表；黑尔的“砖月”；“明日世界”电视剧集（第一部分在这里，其余部分可以在 You Tube 上找到或在亚马逊上购买）。