除了在太空看星星 去國際空間站還能干點啥

實習(xí)記者 胡定坤

日前，美國國家航空航天局(NASA)在商業(yè)航天上再次出招，根據(jù)其最新公布的國際空間站商業(yè)政策文件，將在科學(xué)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開放產(chǎn)品制造、生產(chǎn)和廣告等其他商業(yè)應(yīng)用。其中最引人注目的莫過于最早從2020年開始，將開啟私人以游客身份付費到空間站的太空旅游。

未來，要想登上國際空間站是否有錢就可以?除了當(dāng)“旅館”，國際空間站還能做哪些買賣?NASA為何要在國際空間站念起“生意經(jīng)”?其未來前景又如何?科技日報記者帶著這些疑問采訪了航天領(lǐng)域的有關(guān)專家。

普通人游太空完全有可能

NASA宣稱，游客到國際空間站不僅要支付5800萬美元的“運輸費”，還要承擔(dān)每天3.5萬美元的“生活費”，或者每月100萬美元的“包月費”。在大多數(shù)人印象里，要想進(jìn)入太空，首先要有“萬里挑一”的身體素質(zhì)，才能適應(yīng)火箭發(fā)射過程和太空失重環(huán)境。既要健康似超人，又要身價如富豪，太空旅游的客戶是否有點少?

“事實上，只要經(jīng)過科學(xué)訓(xùn)練，普通人完全有可能進(jìn)入太空。”全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩表示，2001到2009年間，俄羅斯曾使用“聯(lián)盟號”飛船開展過太空旅游服務(wù)，先后將7名太空游客送到國際空間站。這些人有男有女，年齡最大的60歲，都是身體健康的普通人。

龐之浩談到，航天員可以分為四類。一是作為駕駛員的飛行專家，主要從戰(zhàn)斗機(jī)飛行員中選拔;二是從事機(jī)械臂操作、出艙活動等工作的任務(wù)專家，主要從航天工程師中選拔;三是在載人航天器上進(jìn)行復(fù)雜的科學(xué)實驗的載荷專家;四是我們常說的太空游客。前兩類是職業(yè)航天員，對身體素質(zhì)要求高，凡是得過哮喘、耳鳴、貧血、骨折、開胸、痛風(fēng)、皮炎等疾病的均不合格，因為人在太空時，多種環(huán)境和工作因素有可能導(dǎo)致舊病復(fù)發(fā)或誘發(fā)新的疾病，他們的訓(xùn)練時間要達(dá)到3到5年。后兩類是非職業(yè)航天員，載荷專家一般要訓(xùn)練兩年半，身體較好的太空游客僅需訓(xùn)練半年。

所有要上太空的人都必須經(jīng)過訓(xùn)練，否則在太空失重環(huán)境中無法生活自理。“太空游客要通過訓(xùn)練掌握在太空中吃、喝、拉、撒、睡等生活技能并克服對失重環(huán)境的心理恐懼感。”龐之浩介紹，當(dāng)然，訓(xùn)練也會對太空游客的身體素質(zhì)進(jìn)行篩選，只是標(biāo)準(zhǔn)相對較低，例如職業(yè)航天員要能夠承擔(dān)八九個重力加速度的過載，而太空游客可能四五個就行。此外，太空游客也不能有較大外傷及后遺癥，患潛在慢性病、精神神經(jīng)類疾病更不行。2006年，日本的榎本大輔就因腎結(jié)石未能“上天”，將機(jī)會讓給了全球首位太空女游客安薩里。

“但是，太空游客的低標(biāo)準(zhǔn)確實也會帶來一些危險。”龐之浩指出，2008年4月，韓國女航天員李素妍在返航過程中遭遇飛船故障，以“彈道式”軌跡著陸，過載達(dá)到10個重力加速度。未經(jīng)過高標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練的太空游客一旦遭遇這種場景后果難以預(yù)料。

依托空間站開發(fā)多種商業(yè)項目

空間站上可能開展的商業(yè)應(yīng)用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止接待太空游客那么簡單。首先，在依托空間站進(jìn)行各種科學(xué)實驗是人們最容易想到的商業(yè)應(yīng)用之一。2018和2019年，我國已兩次向全球征集空間站科學(xué)實驗和技術(shù)試驗項目。

龐之浩告訴記者，在國際空間站中可以開展醫(yī)學(xué)、生物、材料、物理、太空技術(shù)等多個領(lǐng)域的科學(xué)實驗。比如可以利用空間站中的微重力環(huán)境實施“特殊”的材料實驗，也可通過觀察蜘蛛在空間站的“吐絲”情況研究微重力對生物的影響。另外，國際空間站曾開展“星期六工程師”項目，即航天員利用業(yè)余時間做一些科普性質(zhì)的實驗。

記者了解到，NASA已經(jīng)通過“國際空間站國家實驗室”計劃承接了50多家公司的商業(yè)科學(xué)研究項目，并且正與11家企業(yè)合作在國際空間站安裝14個商業(yè)科研設(shè)備，以輔助NASA和國際空間站國家實驗室的研究工作。

“事實上，國際空間站早就開始嘗試更進(jìn)一步的商業(yè)應(yīng)用。”北京千域空天咨詢有限公司創(chuàng)始人藍(lán)天翼談到，NASA一直在和Nanoracks公司合作，由Nanoracks負(fù)責(zé)研發(fā)并運營空間站上的微小衛(wèi)星發(fā)射裝置，客戶只需按照5萬美元1公斤的價格付款，就可以搭載貨運飛船將衛(wèi)星送入空間站，再由空間站發(fā)射進(jìn)入太空。加拿大UrtheCast公司則通過與俄羅斯航天局合作，在國際空間站俄羅斯艙段安裝了兩部對地觀測裝置。

“Nanoracks甚至‘牽線’將路易威登(LV)旗下阿德貝哥(Ardbeg)公司生產(chǎn)的威士忌送入空間站，為其做了一次航天廣告。”藍(lán)天翼補(bǔ)充到，此次NASA進(jìn)一步放開了在空間站“制造、生產(chǎn)”的限制，類似“Made In Space”公司提出的在軌3D打印、組裝衛(wèi)星等商業(yè)模式都將進(jìn)一步發(fā)展。

2018年，中科院太空應(yīng)用重點實驗室張偉等撰文將國際空間站的商業(yè)項目歸納為吸引商業(yè)公司合作開展醫(yī)學(xué)、生物、材料等領(lǐng)域的研究、吸引商業(yè)公司為空間站開發(fā)硬件設(shè)施、將空間站作為星載設(shè)備的“試驗田”、以空間站為“旅館”開發(fā)太空旅游以及在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步建設(shè)商業(yè)空間站等五個大類。

為深空載人探測做準(zhǔn)備

“國際空間站的運營費用很高，美國要負(fù)擔(dān)70%左右，NASA一年需要在此支出三四十億美元。現(xiàn)在，NASA又要建立月球空間站，又要載人去火星，經(jīng)費不能被國際空間站占用。”龐之浩說，此次NASA進(jìn)一步推進(jìn)國際空間站的商業(yè)化，目的就是通過商業(yè)化運營減少其每年在該項目上的資金支出，將更多的財力用在深空載人探測上。“美國政府計劃到2025年將國際空間站全部交給商業(yè)運營。”

“將更多的資金用于更遠(yuǎn)的地方是奧巴馬和特朗普兩屆政府的共同目標(biāo)。”藍(lán)天翼表示，近年來，NASA一直在從使用商業(yè)火箭和飛船、降低運輸成本，以及開發(fā)商業(yè)應(yīng)用、降低運營成本這兩個方面減少對空間站的資金投入。

藍(lán)天翼稱，實際上，政策中寫的很多工作，NASA已經(jīng)在做，文件起到的是將其“公開化”的作用，以后可以明碼標(biāo)價地開展。

“NASA的目標(biāo)是推廣整個近地軌道的商業(yè)應(yīng)用，而不僅限于一個空間站。”藍(lán)天翼談到，2018年，NASA要求波音、藍(lán)色起源等13家公司提出國際空間站及近地軌道的商業(yè)化運營設(shè)想，今年5月，有11家公司提交了方案。此次NASA公布的國際空間站商業(yè)政策和這些公司提出的設(shè)想和建議密切相關(guān)。

那么，國際空間站商業(yè)化的前景如何呢?

“在空間站上開展商業(yè)應(yīng)用的前景是比較光明的。”龐之浩談到，對于很多國家來說，建設(shè)一個空間站超出其能力范圍，但卻有意愿投入資金利用空間站開展太空實驗。日本就曾計劃將其空間站艙段的一部分租給韓國使用。另外，美國的比格羅公司和俄羅斯軌道科技公司也都在開展“太空旅館”的研制，太空旅游也有一定的市場。

“但是，空間站的商業(yè)應(yīng)用能否真正達(dá)到省錢的目的仍需驗證。”藍(lán)天翼說，就太空游客而言，NASA報價中絕大部分都是給火箭發(fā)射方的“運費”，真正給空間站的只有每天3.5萬美元，就算空間站一直住滿游客，每年的收入相比其運營費用也是杯水車薪。

“近年來，LV、香奈兒等品牌都推出了太空主題產(chǎn)品。”藍(lán)天翼指出，這主要源于太空的新潮和吸引力。這些奢飾品公司每年都投入巨額廣告費，所以空間站未來的廣告收入或許不菲。

空間站里能做這些科學(xué)實驗

在NASA正在規(guī)劃的國際空間站商業(yè)應(yīng)用中，商業(yè)太空實驗是和接收太空游客并重的盈利模式。

那么，國際空間站中，到底都能做哪些太空實驗?zāi)?

“國際空間站中主要開展醫(yī)學(xué)與生物學(xué)、生物工程、空間技術(shù)、材料科學(xué)、教育活動、地球物理學(xué)及對地觀測等領(lǐng)域的科學(xué)研究。”全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩告訴科技日報記者，一方面，失重環(huán)境使航天員的生活十分奇妙;另一方面，科學(xué)家也可利用失重對物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的獨特影響，開展太空實驗。

“醫(yī)學(xué)與生物學(xué)研究是太空實驗的重點，也是國際空間站尋找合作伙伴的首選項目。”龐之浩談到，其主要內(nèi)容包括研究人與其他生物對空間環(huán)境的適應(yīng)性及應(yīng)對措施;大量采集人體在空間環(huán)境下的生理新數(shù)據(jù)，以改進(jìn)航天員克服長期航天不利影響的防護(hù)措施，提高醫(yī)學(xué)監(jiān)督與醫(yī)學(xué)保障系統(tǒng)支持載人航天的能力。

龐之浩進(jìn)一步介紹，國際空間站已在這一領(lǐng)域開展了豌豆種植、養(yǎng)蚯蚓、生物醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)等多項太空實驗。在俄羅斯實驗艙和美國實驗艙的科研項目中，醫(yī)學(xué)與生物研究分別占43%和32%。

“生物工程是該空間站實驗的另一重點領(lǐng)域。”龐之浩稱，例如研究、制備在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和藥物學(xué)方面有潛在應(yīng)用價值的生物材料，如微生物、細(xì)菌、植物細(xì)胞和動物胚胎中的蛋白質(zhì)晶體。

空間技術(shù)試驗則主要研究新結(jié)構(gòu)、新材料、新設(shè)備，以及微重力保持、聲學(xué)效應(yīng)、輻射防護(hù)、微流星與空間碎片防護(hù)等新技術(shù)，為下一步載人月球探測和火星探測開展某些需要有人參與的技術(shù)試驗和演示驗證。

“材料科學(xué)方面的實驗主要研究微重力條件下的流體行為、材料性質(zhì)及材料加工工藝等。”龐之浩表示，其中最常見的研究是測試航天器材料如何經(jīng)受惡劣的太空環(huán)境。國際空間站材料實驗成果已經(jīng)應(yīng)用于開發(fā)未來商業(yè)空間站貨運飛船所用的太陽能電池上。

“太空實驗有非常光明的應(yīng)用前景。”龐之浩介紹，例如國際空間站微重力環(huán)境中可以使混合物更為均勻，由此能制成地球上不能得到的特種合金。同樣，也能制造新的泡沫金屬，其基本原理是在液態(tài)金屬中通以氣體，失重環(huán)境可使氣泡不“上浮”，也不“下沉”，均勻地分布在液態(tài)金屬中，凝固后就成為泡沫金屬，這樣可以制成輕得像軟木塞似的泡沫鋼，用它做機(jī)翼又輕又結(jié)實。

龐之浩還說，國際空間站的失重環(huán)境可使熔化了的金屬液滴形狀呈絕對球形，冷卻后可以成為理想的滾珠，耐磨損性更好，這在受重力的影響地面上很難造出。在太空生產(chǎn)的半導(dǎo)體和蛋白質(zhì)晶體都比在地面生長的更沒有缺陷、個體更大、純度更高、更加均勻，有望為電子和生物技術(shù)等帶來重大突破。

記者了解到，太空實驗已經(jīng)帶來了很多科學(xué)突破。比如早期研究發(fā)現(xiàn)國際空間站航天員的骨密度流失率非常驚人，達(dá)到了每月1.5%?？茖W(xué)家隨后制定了通過周期性的高強(qiáng)度阻力鍛煉，輔以富含維生素D的配餐，以防止骨密度流失的解決方案。這一研究成果化解了人類長期太空旅行面臨的一項重要健康風(fēng)險。