郭筱曦 李力（ 北京空间科技信息研究所 载人航天工程办公室）

2014年1月8日，美国航空航天局（NASA）局长查尔斯·博尔登与美国白宫科学技术政策办公室主任约翰·霍尔德伦发表联合公报，宣布奥巴马政府已批准将“国际空间站”现有的运行期限至少延长4年，即延至2024年，目的是让美国航空航天局和其他航天机构实现更多的关键目标，包括发展和支持商业航天与载人空间探索，使“国际空间站”的价值最大化。但近日来，由于俄乌冲突引发的美俄太空合作关系紧张，可能会影响“国际空间站”在2020年之后的运营模式，甚至延寿。

1 延寿讨论进程

延长“国际空间站”运行寿命的讨论和猜测已持续多年，到联合公告发布之前，美国政府的官方姿态是只为其提供资金至2020年。

“国际空间站”首个舱段曙光号功能货舱于1998年发射入轨，建造工作随之启动。“国际空间站”美国部分的离轨时间最初定于2016年。美国航空航天局没有预料到的是，“国际空间站”设计和建造过程中的预算远远超过了最初的预计，其建造进度也一再拖延，主要原因就是2003年初发生的哥伦比亚号航天飞机失事事件，此后美国航空航天局两度停飞航天飞机，“国际空间站”的建造进度受到很大影响。

2010年3月，美国航空航天局、俄罗斯联邦航天局（Roscosmos）、欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）和日本宇宙航空开发机构（JAXA）的领导人会面讨论“国际空间站”延寿可能性。在一份联合声明中，各合作伙伴再次肯定充分开发空间站科学、工程、应用和教育潜力的重要性，并表示没有明确的技术限制阻碍“国际空间站”从当前的规划期延长运行至2020年，且有可能到2028年。

截至2013年底，共有93艘俄罗斯“联盟”系列载人飞船/“进步”系列货运飞船，37架次航天飞机，3艘“龙”飞船（货运），2艘“天鹅座”飞船（货运），4艘日本“H-2转移飞行器”（货运）及4艘欧洲“自动转移飞行器”（货运）到访过“国际空间站”。站上共进行过177次航天员舱外活动以支持站体建造和维修。

2 各方反应

美国国内

美国航天界很多人都提倡将“国际空间站”计划延长至2028年。延寿决定对于空间站拥护者来说至少是部分胜利。政府想让“国际空间站”延寿需要得到国会的支持。美国航空航天局外联副局长戴维·韦弗称，美国航空航天局已经开始接触参众两院的核心成员，反应是积极的。而实际上，多名国会核心成员公开表达了他们对于这一决定的支持。

参议院拨款委员会主席参议员芭芭拉·米库尔斯基表示赞成延长“国际空间站”运行期限的决定，继续站上的重要研究意味着纳税人能从中得到最大回报。参议院商务委员会空间小组委员会主席参议员比尔·纳尔逊也支持延寿，以他所在州的肯尼迪航天中心为例说明情况，继续运行“国际空间站”能提供更多工作机会。

众议院科学委员会资深成员众议员埃迪·约翰逊对于政府已经与国际合作伙伴关于“国际空间站”延长运行到2024年开始重要对话表示满意，期待看到政府提案及延寿期间“国际空间站”活动优先级和目标的更多细节。空间小组委员会资深成员众议员堂娜·爱德华兹给出了类似观点，但同时表示任何延寿决定都需要确保有必要的资源，从而不会对美国航空航天局在科学、航空和载人探索领域的其他重要任务产生不利影响。众议院拨款委员会副主席众议员约翰•克伯森认为延寿是必然结果，且他很高兴看到美国航空航天局明白确保美国继续占据制高点的价值。

国务卿约翰·克里指出，“国际空间站”能够“推动创新和经济发展，促进科学进步，并激励下一代探索者从事科学、技术、工程和数学领域研究和事业”。副国务卿威廉·伯恩斯最简洁地概括了“国际空间站”延寿的重要意义：“拓展人类足迹到太阳系更远处、更深更快地推动创新以及使地球上更多人受益于探索和发现，与我们每个人都息息相关。”

美国商业航天联合会和航天基金会等非官方航天团体也发表声明表示支持。美国商业航天联合会会长洛佩兹·阿莱格里亚发表声明称，“国际空间站”是美国航空航天局载人航天计划皇冠上的明珠，延寿决定正值关键时刻，为“国际空间站”实现其广泛且多层面的潜力铺平了道路。美国航天基金会强烈支持“国际空间站”延寿至2024年的决定，尽管2024年还很远，但现在及早打算十分重要，恳求国会遵循政府的决定，批准并全额资助延寿计划。

国际合作伙伴

即使有了国会的支持，延寿决定还要得到俄罗斯、日本、加拿大和欧洲航天局成员国等国际合作伙伴的同意才有意义。尽管多数合作伙伴表达过在2020年之后继续使用空间站的意愿，但要他们正式达成意见一致并承诺必要资源仍可能花费数年。

公报发表次日的会议是由国际宇航科学院（IAA）组织的航天机构领导人峰会（以下称华盛顿峰会），会上很多成员国代表都表达了对“国际空间站”延寿方案的支持。

俄罗斯联邦航天局载人航天项目局局长阿列克谢·克拉斯诺夫表示这是一个积极信号，而且与俄罗斯的想法一致。2011年10月，克拉斯诺夫就曾表示俄方认为单纯从技术角度考虑，“国际空间站”服役期完全可延长至2028年，且俄方已制定相关计划，但“国际空间站”延长运行到2020年之后会面临一些财政考验。

俄罗斯在2008年时提出计划用第三代多舱段近地轨道空间站“轨道载人组装和试验复合体”（OPSEK）取代日后服役期满的“国际空间站”，在其离轨时使俄罗斯的几个已在轨舱段与其分离，重新配置为以一个球形节点舱为中心的“轨道载人组装和试验复合体”空间站，设想作为未来前往月球、火星甚或土星任务的载人行星际飞船组装点。2010年，随着“国际空间站”延寿，新空间站计划也相应向后推了，俄航天官员后来发表声明证实此计划仍记录在案。

意大利航天局（ASI）局长恩里科·萨杰塞、法国国家空间研究中心（CNES）主席让·伊夫·勒加尔、德国航天中心（DLR）执行委员会主席约翰·迪特里希·韦尔纳都表达了对“国际空间站”延寿的支持。但日本宇宙航空研究开发机构理事长奥村直树表示对美国的决定感到惊讶，日本宇宙航空研究开发机构和其他合作伙伴一样只承诺到2020年，会立刻在日本政府内部展开关于进一步延寿的研讨。

尽管形势乐观，但让国际合作伙伴出资援助才更具挑战性。韦尔纳指出德国是“国际空间站”运营成本欧航局份额的最大出资方，其他成员国对继续参与会持更为保留的态度，部分成员国因经济危机正在削减经费，欧航局方面关于“国际空间站”未来走向的讨论过程也非常复杂。

欧洲航天局载人航天主管托马斯·赖特尔曾指出，欧航局所做的任何支持“国际空间站”运行的决定都要联系到欧洲在地球轨道以远载人探索规划中的作用。2013年1月，欧航局与美国航空航天局正式达成协议，为其在研的“猎户座”飞船建造服务舱；2014年1月，欧航局宣布已与美国内华达山脉公司签订协议，为其根据美国航空航天局“商业乘员”计划在研的追梦者号小型载人飞机提供硬件。日本也会从空间站延寿中获益，且美国航空航天局已经在与日本宇宙航空研究开发机构讨论多订购3艘“H-2转移飞行器”的事宜。

3 “国际空间站”延寿的主要障碍

延寿公告被视为“国际空间站”的一个重大里程碑，但即使是美国航空航天局官员也承认这仅是漫长进程的开端，接下来还要争取美国国会和国际合作伙伴的支持。阻碍他们做出决定的主要因素包括技术和财政方面。

技术障碍及评估

首先，“国际空间站”个别舱段面临超期服役问题。到2024年，首个舱段曙光号功能货舱（设计寿命15年）以及团结号节点舱等在轨将超过26年；于2000年发射的舱段和部分，如星辰号服务舱、P6桁架段和寻求号，在轨将满24年。在2011年之前，航天飞机能将站上的故障或破损部件运回地面进行维修。但航天飞机已经退役，商业货运飞船未来能否具备这一功能还未可知，大型部件的运输则更加困难。“国际空间站”能否安全且状态良好地运行至达到设计寿命之后？美国航空航天局的答案是：可以。

波音公司的技术评估

波音公司针对“国际空间站”延寿所做的技术评估于2013年秋季完成并提交给美国航空航天局，重点是空间站的美国在轨段。风险评估主要关注舱段和其他结构与桁架的衔接点处的应力，高压供氧管线循环回路，以及太阳电池翼年久退化导致的供电不足等隐患。其他老化问题可能不会立即构成安全性风险，但会造成累积损害。最主要的是微流星体撞击问题，此外还包括辐射、热循环和桁架结构反复挠曲等问题。美国航空航天局表示今后每年都会重新进行评估。

（1）结构完整性

尽管站体看起来似乎是刚性结构，但在各种载荷作用下会弯曲和挠曲。年复一年的挠曲对站体的结构完整性造成威胁。为评估站体结构的长期健康状态，波音公司工程师根据美国航空航天局的预计使用情况开发了详细的计算机模型，考虑到由对接、轨道提升、乘员活动和热循环引起的应力，并结合来自站上加速计和应变仪的实际数据。目的是表征整个站体各处的应力，确定隐患区域并查明延长任务期间的变化趋势。

重复性热应力和机械应力是其中一个关注点。另一点则是确保周期性发动机点火或其他活动不会过度“激励”站体结构，建立某种谐振荡，而谐振荡是需要严格避免的。站上热应力最高的区域之一是位于P6太阳电池翼基座处的集成电子组件。P6桁架段发射于组装阶段初期，且由于该太阳电池翼旋转跟踪太阳，P6集成电子组件承受的热量比其他部组件更高。

波音公司“国际空间站”项目经理表示，绝大多数结构和机械部件都能支撑到2028年，包括P6桁架段在内的部分结构件需要额外进行有限元模型分析，但总体上问题不大。

（2）系统能否承受与结构疲劳无关的灾难性故障

即使结构健全，空间站仍面临着由微流星体撞击或与空间碎片碰撞而引起灾难性故障的可能性。空间站一直遭受着持续、密集的颗粒撞击，其中一些是站体本身的少量碎屑，撞击有可能破坏站体所有的外部结构。空间站设计能够在寿命期限内承受一定程度的撞击，而飞控人员通常对需要空间站机动规避的来袭目标处于警戒状态。

波音公司工程师主要关注空间站上连接至探索号气闸舱的高压氧气瓶和管线等系统。其他同样重要的系统包括氨冷却剂循环回路和散热器，但这些部位即使发生故障也只会影响空间站的运行，而不会威胁它的安全。

（3）关键备件的可用性

确保目前在轨的部组件有可用的备件，或在故障可能发生前已进入发射准备程序。目前有超过1t备件正准备发射，用于升级空间站首个舱段曙光号，另有大量部组件正在生产中，包括高压氧气瓶和氮气瓶及氨冷却剂泵。

太阳电池翼本身就会随时间推移而退化，这是在空间飞行的自然结果，但波音工程师认为它们能满足空间站在2020年前的供电需求。随着太阳电池翼发电效率的不断降低，在空间站运行到今后的某一时刻，现有的太阳电池翼可能只能为美国舱段供电，俄罗斯舱段可能不得不依靠自己的太阳电池翼提供电能。

（4）主要组件的期望寿命

波音公司对电气元件进行了自上而下的分析，以确定易受长时间储存影响而失效的内部系统。已经确定的问题是可编程计算机芯片随时间推移因某种方式损失了内部电荷。

假设主体结构符合要求且使用期内没有出现阻碍因素或灾难性故障，则确保备件的稳定供给仍将是空间站运行到2020年及以后的主要技术挑战。

财政障碍

联合公报仅是一份未备资金的意向声明，此后必须经美国国会批准并提供财政支持，而无论是美国航空航天局还是白宫都没有透露，延寿所须资金将从何而来。当前，美国航空航天局用于空间站运行的投入约为每年30亿美元，延寿4年意味着要从美国航空航天局预算中分出约120亿美元。而如果其他合作伙伴不支持美国的延寿决定，现在由合作伙伴承担的费用也将转嫁给美国。迄今为止，“国际空间站”成本已超过1600亿美元，其中大部分由美国承担，约为1000亿美元。美国的空间政策专家警告，如果预算没有大幅增加，美国航空航天局今后可能无力同时负担“国际空间站”维护和地球轨道以远的探索计划。

其次，受维护成本制约，各国际合作伙伴似乎都越来越不愿意在2020年后将本国为数不多的载人航天经费用于维护一座已在轨运行超过20年的近地轨道空间站。欧航局局长让·雅克·道尔登在华盛顿峰会上宣布欧航局计划在2015年削减“国际空间站”欧洲部分运行经费的30%，但目前拒绝透露细节。

最后，商业载人亦会受到财政紧缩影响。2010年，根据奥巴马政府为美国航空航天局“商业乘员”计划申请的每年8亿美元经费预测，到2015年之前，商业太空公司将能够进行载人发射。即使空间站按原计划于2020年退役，五年的商业乘员服务时间也足以刺激近地轨道商业市场的发展了。但事实上进展并不顺利。美国航空航天局局长在2013年4月曾证实，除非国会批准从2014财年到2016财年每年8.214亿美元、共计34.3亿美元的拨款申请，否则商业载人首飞时间将从当前的2017年11月推迟到2018年。

进入2013年以来，美国财政深陷“自动减赤”困局，这是一种全面预算削减机制，在未来10年时间内削减1.2万亿美元的赤字，旨在降低现有项目的规模和范畴。多方预测这一机制将会严重影响美国航空航天局的预算。所幸，从2014年1月13日发布的2014财年美国政府综合拨款法案来看，美国航空航天局本财年的经费与预算申请相差无几，还略高于上一财年的拨款。

综上所述，关于如何权衡载人航天的未来，美国航空航天局和众多国际合作伙伴都面临着相当艰难的抉择。

4 美国在“延寿”问题背后的考虑

巩固载人航天领导地位的需要

美国航空航天局和白宫在公报中明确指出，“国际空间站”延寿将有助于继续巩固美国在载人航天领域的领导地位，保持以美国为领导的国际合作伙伴关系，并在更广泛的领域促成美国的全球领导力。

2013年4月，美国航空航天局局长表示美国将不再追求重返月球的目标，从而确保将全部精力集中于载人小行星和火星任务。不重复已经实现的载人登月成就，转而投向无先例的载人活动，也是美国巩固载人航天领导地位的一种方式。更进一步讲，美国航空航天局未来前往火星或其他深空目的地的载人任务也需要“国际空间站”，不只是作为组装中转站或发射平台，更重要的是作为解决医学和生命保障难题的研究和试验设施，以期满足长期太空飞行的需要。在这方面，美国航空航天局期待将于2015-2016年进行的长达1年之久的美俄航天员联合考察。再考虑到中国将于2020年左右建成自己的载人空间站，时间点恰与之前“国际空间站”的寿命终止时间重合，美国可能不愿将自己在载人航天领域最后的优势地位拱手让人，而使中国空间站成为唯一在轨运行的载人空间站。

空间安全与防御方面的需求

随着空间技术的迅速发展，外层空间得到了广泛的开发和应用。空间力量的作用日益凸显，空间安全备受关注。近年来各航天大国都在积极拓展和提高空间态势感知能力，重点发展天基空间监测能力，抢占空间战场的“制高点”，为未来空间作战提供及时、准确的空间目标信息。在2014财年的预算申请中，美国空军将改进空间态势感知能力继续定为优先事项。截至2014年初，已加入美国双边空间态势感知数据共享国家名单的包括日本、意大利、澳大利亚和加拿大，美、法也将签署最终协议。

“国际空间站”具备自动化的信息收集、传输和处理以及天基观测功能，站上的日本希望号实验舱机械臂及暴露平台具有释放小卫星的能力，因此在空间态势感知方面具有一定潜能，如在轨释放地面难以观测到的小卫星，抵近监测目标。此外，对处于地基观测盲区的小倾角低轨目标也有补充监视的作用。

建站完成后“全面应用”的期望

2011年航天飞机计划的最后一次飞行完成了“国际空间站”的建造，后续还要进行一些较小的调整。俄罗斯计划2014年用一个多用途实验舱替换目前在轨的码头号对接舱，而美国航空航天局也宣布2015年将与毕格罗宇航公司合作在站上临时增加一个试验性充气舱。如今的情况不同于10年前，更多的问题已经不是如何完成建站，而是怎样应用和能应用多久。

如前所述，美国航空航天局和空间站研究拥护者将“国际空间站”视为未来载人探索规划和科学研究的关键和基石，并且能够用作将来商业研究活动的先驱。美国航空航天局认为空间站的真正效益在于它能做的比现在进行的政府研究多得多。

鉴于目前除俄罗斯外的其他国际合作伙伴都对进一步延寿持观望态度，因此，站上研究所获得的收益能否收回他们的巨额投入，将成为他们是否继续投资的关键。历史经验证明，这是一个严峻的挑战，考虑到几十年前关于微重力研究的收益承诺到现在也未能实现。

进一步推进商业航天发展的愿望

延寿决定可能还会影响美国商业载人航天器的发展。目前，美国航天员只能乘坐俄罗斯“联盟”飞船进入“国际空间站”，俄罗斯也因此对美国施行了“坐地起价”，迫使美近年来大力发展商业载人航天。

系统通过OPC技术实现和DCS之间的通信，通过SIS,ITCC内部协议实现与SIS,ITCC的通信。在该公司8套装置现有OPC Server节点上各加1块网卡并配置独立于现有各DCS的网段和IP地址，统一通过报警管理数据采集Buffer机进行通信。为了保证安全，1号加氢SIS和ITCC设立单独的数据采集机后再连接到报警管理数据采集Buffer机。

“国际空间站”延寿决定将改变包括太空探索技术公司和轨道科学公司在内的美国航空航天局商业货运承包商看待问题的角度，并将拓宽其规划周期，商业航天现在有了更广阔的市场。继续运行空间站鼓励更多的商业公司进入市场，有助于进一步降低航天成本。

“商业乘员”计划同样有望从延寿中获益。美国商业载人的首次发射不会早于2017年，考虑到延寿之前“国际空间站”2020年的运行期限，将最多只有3年时间，用于从美国本土发射美国航天员。目前太空探索技术公司、波音公司和内华达山脉公司已进入“商业乘员综合能力”（CCiCap）进程的冲刺阶段，相应的载人型号“龙”飞船、乘员航天运输－100载人飞船和“追梦者”小型载人航天飞机已完成一系列里程碑，逐步满足美国航空航天局的载人航天安全要求。

延长“国际空间站”运行也许会为美国推动近地轨道商业化运作注入新的动力：与商业公司合作运行“国际空间站”，建立公私合作伙伴关系，逐步将“国际空间站”的财政支持性质从政府转为商业。商业公司有能力吸引资本并提供投资回报，如近地轨道进入途径是商业太空公司和支持者所认为的利润中心，那“国际空间站”的商业运行应不止可能，而且有利可图。盈利可能性将有助于商业空间市场的合法化，并鼓励投资者为商业乘员运输提供资金，达到填补当前资金缺口的额度。通过运行“国际空间站”获利，商业公司可积累所需的空间运行经验和政治影响力。

但俄罗斯副总理罗戈津在“乌克兰问题”激化后表示，美国对俄发起的制裁可能影响派驻“国际空间站”的美国宇航员。5月13日他公开表示，俄罗斯将拒绝美国此前提出2020年后继续维持国际空间站运行的提议。

5 对我国的影响

中国国家航天局（CNSA）新任局长许达哲和中国载人航天工程办公室主任王兆耀都出席了“国际空间探索论坛”。美国航空航天局局长博尔登会见了许达哲。许达哲局长在1月10日的峰会上表示，非常高兴听到“国际空间站”延寿的消息，但并不因为中国对参与这个项目感兴趣，中国正在研制自己的载人空间站，并将于2018-2020年间建成，如果“国际空间站”继续运行到2020年之后，我们在太空上也有了同伴。

波音公司在研的乘员航天运输－100载人飞船示意图

此次峰会的多国设置允许美国和中国的航天机构最高领导人对话，而没有违反禁止中美航天合作的美国法律。该法由参议员弗兰克·沃尔夫（弗吉尼亚州共和党）起草，主要出于国家安全和人权理由。但美国航空航天局表示，过去与中国已有航天项目方面的合作，而美国航空航天局局长博尔登也曾正式参观过中国的载人航天发射场。

博尔登指出，中国已经参与过“国际空间站”活动，包括由“阿尔法磁谱仪”代表的前沿科学计划。但这并不代表中国会被邀请加入合作伙伴关系。据他所说，现有的空间站合作伙伴都不愿重启协议让新成员国加入，起草和制定协议是令人不快的过程，各成员组织都更乐意让其他国家以“参与者”的身份加入。博尔登最后说，在可预见的将来，中美载人航天没有合作可能，至少现在阻碍合作的局势还没有改变。然而，沃尔夫作为分管美国航空航天局经费的众议院拨款小组委员会主席已表态今年不会再次竞选。

对于美国禁止中美航天合作的法案，许达哲表达了开放的态度，他表示中国愿意和世界各国包括美国、也包括其他发展中国家进行合作，秉承合作开发共享太空的理念，着重在载人航天、深空探测、空间科学和空间应用四个领域开展国际合作，让空间开发的成果能够造福全人类。许达哲还表示，中国与欧盟和俄罗斯等国，在航天领域上都有合作，中美因政治因素停止交流，但此次美方特别邀请中方来参加论坛，仍然展现出了积极信号。

不管“国际空间站”是否进一步延寿，由于舱体老化，我国2020年左右建成的空间站都将是一个很有竞争力的空间科学研究平台。在手握核心资源的条件下，我国可以进行更广泛的国际合作，在合作中也将得到更多的实际利益。