航天飞机时代即将落幕

出处：《南风窗》杂志   作者：刘华（北京）
南风窗·2005·8·下 ◆ 国际
8月9日，“发现”号航天飞机成功返回地球，完成了“哥伦比亚”号失事后航天飞机的首次飞行。
这次飞行的安全问题，已经是过去若干天世界媒体瞩目的焦点，特别是俄罗斯和中国这样的载人航天国家，自然会关心世界其它国家载人航天器的安全状况。
美俄航天器的安全对比
当今世界，载人航天领域的两个大国，就是美国和俄罗斯。如果从事故记录上来看，苏联/俄罗斯的载人航天器安全性更好，特别是在20世纪80年代以后，从未出现过航天员伤亡事件，而美国方面则损失了14名航天员。这种对比结果，是与两国目前的经济实力与工业水平不完全相符的，究其根本原因，还要从当初两国各自选择的航天道路说起。
上世纪70年代之前，美苏两国都使用载人宇宙飞船作为航天运载工具。登月（苏联一方是无人探月）计划完成后，美苏都面临着如何更有效利用太空的课题，这客观上需要在轨道上设立有人照料的平台。但是，当时使用的载人飞船乘载人员较少，载重较小，不能实现宇航员在太空的长时间活动，无法担负长期的航天任务，不能满足两国新的太空计划需求。
为了解决这一系列问题，美苏走上了不同的道路，苏式方案，是在太空建造大型半永久性的空间站，用载人飞船（就是后来的“联盟”系列飞船）为空间站接送宇航员，用无人飞船（就是后来的“进步”系列飞船）运送补给。空间站在轨道上执行长期有人任务，飞船仅仅起到通勤和运输的作用。
美式方案，则是以航天飞机为核心，日常不在轨道上保持人员。由于航天飞机的货舱宽敞，它可以携带某些大体积的航天器上天。此外，在研制航天飞机时，通常认为航天飞机可以重复使用，成本较低，相对于一次性使用的载人飞船，更为经济。
后来的使用证明，航天飞机的确有优势，它可以同时执行超大货物的运输和安装任务，像“哈勃”太空望远镜以及大型的侦察卫星这样的货物，都可以放在航天飞机货舱里运至轨道，然后由航天员在轨道上进行安装和调试，成功率是很高的。
但是，实际使用也证明，航天飞机的使用费用并不低。当年研制航天飞机时，预计每次飞行费用为3500万美元，但实际上，航天飞机的检修和维护成本远远超过预计，每次飞行费用都在5亿美元以上。此外，单架航天飞机造价约30亿美元（以最新的“奋进”号为标准），当初美国宇航局（NASA）宣称，每架航天飞机都可以执行100次任务，因此每次任务平摊下来的航天飞机制造成本为3000万美元，但目前5架航天飞机共计仅进行了113次飞行，以每架飞机20次计算，每次飞行摊得制造成本超过1亿美元。加上前面提到的5亿美元的维护和检修成本，每次航天飞机半个月的太空之行，都要花去六七亿美元。反观原苏联一方，空间站内部空间可以造得比航天飞机更大，航天员留驻的时间也往往以月计算，“联盟”飞船仅仅作为天地之间的交通工具使用时，载荷小的劣势并不明显。经过实践的检验，载人飞船加空间站的道路，在现阶段而言更为经济。
此外，更重要的问题在于，航天飞机过于庞大复杂。很多人知道，根据系统工程的观点，一个系统的组成部分越多，可靠性则越低。“联盟”飞船大概有不到30万个零件，而航天飞机则有250多万个零件，这其中任何一个小零件出现问题，都可能导致整架飞机出现危险。“挑战者”号与“哥伦比亚”号，各自毁在一个密封圈和一块隔热瓦上，偶然中也体现出当初设计所带来的必然性。
也正因为以上原因，根据布什2004年提出的计划，2010年之前，剩下的3架航天飞机——“发现”号、“奋进”号和“亚特兰蒂斯”号均将退役，美国将发展一款新的载人航天工具——“乘员探索飞行器”（Crew Exploration Vehicle，简称CEV）。CEV与航天飞机有很大不同。它的体积将更小，并将不再像航天飞机那样既载人又载货，而且很可能不再强调航天飞机那样高的可重复性，换句话说，CEV将更像载人飞船，而不是航天飞机。这也是美国对于过去20年道路反思的结果。
总之，航天器的安全，最根本的在于航天器走哪条道路的问题。美俄两国航天器的安全性对比结果，实际上是先天注定的。美国人选择了航天飞机，就肯定会面对如此多的安全隐患。因为相对于现阶段人类的科学技术水平而言，航天飞机是略显超前的。美国人能够将航天飞机做到现在这个样子，已经证明了美国拥有别国难以比肩的技术和工业优势，问题是出在了思维方式上。正如同那个笑话所说：由于钢笔在失重的太空中无法写字，美国花若干时间和若干美元，研究了太空用的圆珠笔，装备给航天员，而俄国人从来都只用铅笔。
当然，航天飞行的安全，还有赖于一些具体因素，它们包括：
1、工业水平。很多时候，设计出一个产品相对容易一些，但制造出合格的产品却很难，航天飞行的特殊环境，要求一个门类齐全的工业体系和良好的工业制造能力。在这一方面，美国无疑是世界上最好的。
2、完善的制度。从一个项目的论证、立项、执行、监理，一直到最后的总结，都应该有一个良好的制度，而这通常需要多年的积累，所以只有航天大国才搞载人航天，并不是没有原因的。
3、足够的预算。这是发展航天的根本条件，没有足够的预算，一切都无从谈起，由于缺乏资金，俄罗斯航天工业目前基本上是在吃苏联时代留下的积累，这种发展无疑是不长久的。
总之，航天飞行的安全，并不仅仅取决于几个零件，它实际上体现了一个国家航天事业的基本状态和水平。
美俄合作——随国际空间站共同黯淡
美国与俄罗斯的太空合作，可以说是各取所需。
对俄罗斯而言，与美国合作的目的很单纯——就是金钱。俄罗斯新通过的2006年航天预算仅有230亿卢布（约合8亿多美元），根本无法与NASA数百亿美元的预算相提并论，其财政状况已经困窘到最近几年做起了太空旅游的生意。虽然已有的3名太空旅客带来了6000万美元的“门票”收入，再加上每年从国际商用发射市场上还能获得约10亿美元的收入，但对于俄罗斯庞大的航天系统来说，还是远远不够的。与美国合作之后，俄罗斯虽然拿不到太多的利益，但起码能够利用国际空间站的预算贴补一下“联盟”和“进步”等飞船的生产线。须知，维持生产线，就相当于维持了一支熟练的科研人员和技术工人的队伍，有了这些人，以后只要有钱，就能随时打翻身仗；反之，如果队伍散了，即使以后俄罗斯财政状况转好，再建立生产线也要很长时间。这种“维持”作用，是俄方得到的最大收益。
对美国而言，与俄罗斯的合作实际上主要也是为了省钱，另有部分原因是为了安全。一方面，国际空间站长期以来是半年轮换一次宇航员，每次3人，如果每次都把航天飞机当作通勤飞船来用，成本太高。此外，航天飞机的安全实际上是个概率问题，最安全的办法就是少飞几次，因此，只要能用别的方式完成的任务，NASA尽量都不会动用航天飞机，使用俄罗斯的飞船，是一个自然而然的选择。
正是由于这种相互需要，美俄之间才有了过去若干年在太空领域较为紧密的关系。但是，目前的这种合作，却随着国际空间站的黯淡前景，一并显得黯淡起来。
去年，布什宣布了新的太空计划，根据这一计划，美国近期内的目标是重返月球，并打算以月球为中继基地，进入深太空，甚至探索火星。但是，“中继基地”这一任务原本是由国际空间站承担的，布什的新计划，实际上宣布了国际空间站计划最后很可能会无疾而终，NASA随之也必然会减少对其的投入预算。因此，俄罗斯将很难再从国际空间站计划中获得多少好处。
另一方面，美国新的太空计划将以CEV作为载人航天平台，如前所述，由于CEV更接近于载人飞船，载员人数少，人货分离，因此美国实际上是走回了载人飞船的道路。因此，俄罗斯的“联盟”与“进步”系列飞船就不再与美国的载人航天工具形成互补关系，而是形成相互竞争关系。这就注定了双方目前的合作将难以长期持续下去。这样的“竞争”发展下去，我们也许可以以最快的速度看到新一代航天器的出现，但是我们也会以同样快的速度，看到国际空间站项目的没落。喜哉？忧哉？只有等事情发生后再作评价了。■