国际空间站即将退役，中国天宫空间站路在何方？
国际空间站即将退役，中国天宫空间站路在何方？
国际空间站的退役计划已经提上日程，而中国天宫空间站的未来规划也备受关注。本文将为您详细解析国际空间站的现状、退役计划以及中国天宫空间站的寿命和未来规划。
根据CNN11月16日的报道，国际空间站的泄露问题日渐加剧。尽管宇航员们一直在修补问题区域，但情况已经到了白热化的地步。另外据美国“太空”网站消息，空间站的泄露问题已经持续了五年，目前美俄双方在泄露是否严重上存在分歧；俄方“不认为存在灾难性解体的风险”，美国则要求停靠在国际空间站的载人“龙”飞船增加临时座椅以备紧急撤离之需。
国际空间站的年久失修并非捕风捉影的传闻，而是板上钉钉的事实。始建于1998年的国际空间站，是16个国家联合参与的合作项目，最初设计的使用年限是15年，也就是到2013年。目前国际空间站正处于超期服役的状态中，且超期服役的零部件有588个之多。
凡事必有终结，俄罗斯计划最早于2028年离开国际空间站，而其他合作伙伴则表示于2030年离开。不论如何，国际空间站将于2030年陨落的事实已经不可避免。美国迫不及待决定了它的死亡方式，还决出了掘墓人——NASA宣布SpaceX战胜美国“次子”诺格（长子波音，三子洛马），赢得了主持这一太空葬礼的“荣耀”，合同价值高达8.43亿美元。
SpaceX将建造发射离轨飞行器（Deorbit Vehicle，DV），将国际空间站送入大气层烧毁。至少在吃瓜这件事上，SpaceX从不让人失望。NASA和SpaceX急不可耐地公布了离轨飞行器的一些细节和渲染图。
SpaceX公布的离轨飞行器推动国际空间站的渲染图，注意尾部蜂窝煤一样密集的推进器。SpaceX
我们除了全程关注国际空间站的“葬礼”细节之外，也有更迫切的事情需要思考——远比吃瓜更重要。据CCTV报道，中国天宫空间站设计寿命10年，如果从2021年算起，将于2031年退役。换而言之，有没有可能是前后脚的事情？从中美如何应对空间站退役，到中美怎么搞下一代空间站，是无缝衔接，且非常有趣的话题。
强大的离轨飞行器
SpaceX的离轨飞行器，将是人类历史上推力空前强大的外太空飞行器，毕竟要推动的是400多吨的庞然大物。从本质上来说，它是货运“龙”的魔改版，整合了多项成熟的技术，同时进行了显著的增强和改进，以适应国际空间站安全离轨和退役的复杂任务。
为了便于理解，我们不妨把离轨飞行器称为“离轨龙”或“出轨龙”。“出轨龙”将配备46个“天龙座”（Draco）推进器，其中16个用于姿态控制，30个用于降低空间站轨道所需的推进操作。与标准型货运“龙”飞船相比，“出轨龙”的推进剂是货运型的6倍、发电能力是其3到4倍、主干段长一倍，主要用于容纳发动机、推进剂箱、发电系统和其他系统。
“天龙座”推进器名气远没有“默林”和“猛禽”发动机那么响亮，但它其实也是SpaceX帝国的基石，广泛地应用于“龙”飞船。“天龙座”使用具有自燃特性的单组元推进剂，具体为四氧化二氮（N2O4）和单甲基肼（MMH），在混合时无需点火装置即可产生高能量燃烧。
Maxar商业成像卫星最近拍摄的国际空间站照片，绝佳的展示了太空巨物之雄壮，和离轨飞行器的对接位。波音可怜的星际飞船位于中间右下方，从空间站的前对接端口伸出。SpaceX 的离轨飞行器将停靠在同一前对接端口，以便在该计划于 2030 年左右结束时安全地将实验室推出轨道。Maxar
“出轨龙”总重约30吨，容纳了16吨推进剂。但是，推进剂越少越好，而不是越多越好，16吨显然经过SpaceX的精心计算。根据齐奥尔科夫斯基火箭方程粗略估算，推动国际空间站完成离轨约需要22吨推进剂。然而，理论计算跟实际工程存在缺口，通过流程上的优化，16吨足以满足要求——“出轨龙”不会只点火一次就完成国际空间站的离轨操作。大致流程如下：
国际空间站运行高度当前约400千米，最后一批宇航员进入国际空间站后，“出轨龙”对接国际空间站，国际空间站轨道高度自然衰减到330千米，宇航员离开，自然衰减到220千米时，“出轨龙”开始推进，通过多次点火，将国际空间站轨道降低到160千米，进而完成离轨燃烧。国际空间站的最终坠落地点还未确定，可能位于南太平洋，坠落区域呈椭圆形，长轴约为2000千米。按NASA的说法，国际空间站的碎片，大的像轿车，小的像微波炉；砸到小朋友跟花花草草都不太好。
30吨的“出轨龙”是一个庞然大物，发射是一个大难题。可复用的“猎鹰”9显然是不行的，只能把15吨的载荷送入LEO轨道，就算不回收第一级，也只能把22.8吨的载荷打上天。“猎鹰重型”火箭LEO轨道运载能力为63.8吨，理论上问题不大，但实际发射这么大的玩意，还不清楚“猎鹰重型”火箭是否需要进行结构补强和相关的优化设计。
不难看出，不论是建造一款离轨飞行器还是发射一款离轨飞行器，都不是一件容易的事情，世界上有把握做成的没几个。SpaceX的“龙”飞船相当成熟，发射运营得心应手，魔改版的研发，进度可控风险可控，这就是SpaceX能击败诺格的关键原因。NASA抛弃诺格，就是担心诺格的方案得从头开始，一不小心，极易成为新一代“鸽神”。
中国天宫空间站只能用10年？
国际空间站从1998年发射首个模块算起，预计到2030年退役，共计服役32年之久。国际空间站面临退役，中国天宫空间站也一样面临着退役的问题。
中国天宫空间站全貌。中国载人航天办公室
中国天宫空间站的设计寿命是10年，但这是非常保守的一个数字。当然，我们没必要钻牛角尖，死抠“42年”和“10年”这两个数字，得出国际空间站一定优于中国空间站的结论。其实国际空间站原始寿命也就15年左右，历经数次延寿。中国载人航天工程空间站系统总指挥王翔曾在央视采访中回应称，空间站的实际使用寿命远比10年的设计寿命要长。
天宫空间站跟国际空间站都采取了模块化设计，通过维修和更换模块化舱段，实际使用寿命将达到15年甚至更长。而国际空间站的设计和建造，美国拉了俄罗斯、日本、加拿大等国参与，有好有坏。好处是分担资金成本和技术成本，坏处是众口难调，节奏不好把握，比如加拿大设计必不可少的机械臂，拖过后腿。天宫空间站则由中国独立建造，各个舱段不求人，更换和维修不需要征求别的国家同意，自然有利于在实操中延长天宫空间站的寿命。
10年也好，15年也罢，天宫空间站退役时，也一样面临如同国际空间站退役时的两个核心问题，其一是中国或许也需开发离轨飞行器，但这个问题还算好回答，毕竟可以摸着SpaceX的石头过河。其二是下一代空间站由谁来造，怎么造？