空間平台

世界各國已向太空發射了幾千顆人造地球衞星。這些衞星廣泛應用於通信、氣象、軍事、地球資源探測、科學探測等各方面。

然而，用單個人造地球衞星來開發宇宙資源比較困難。其原因是：由於受到當前運載火箭運載能力等方面的限制，人造地球衞星只能裝單一品種的小型的專用設備。例如，要麼裝上通信設備而成為通信衞星，要麼裝上氣象儀器而成為氣象衞星。因此，人造地球衞星無法完成衞星上沒有對接系統，上天后很難用航天飛機為它加註燃料或更換零件，所以衞星的壽命一般很短，只有幾年。

為了克服上述弊端，科學家正在研製一種將於21世紀初廣泛應用的超級人造衞星——空間平台。

空間平台具有對接系統，可以讓航天飛機停靠。所以，它可以接受航天飛機的多種服務，航天飛機可以為它加註燃料、維修和更換零件。

空間平台的建造採用在太空組裝的方式，即把平台的各個結構件分批送上太空，然後在太空中進行裝配、調試和運行，因而它的重量與尺寸不受限制。這好像組合櫃一樣，可以是3件一套，也可以是5件一套。

空間平台因可以在運行軌道上組裝，也可以在運行軌道上接受服務，因而具有現代人造衞星所不具備的功能。在空間平台上可以進行各種科學觀測和空間武器試驗，還可以開設空間工廠。有人把空間平台比作一個無人值班的現代化大型太空工廠，這樣，現代衞星只能算作“手工作坊”了。 ^[2] 

空間平台有多種類型，常見的有極軌平台、共軌平台、靜止平台、地球觀測極軌平台、科學與應用平台等，而由歐洲空間局提出專用通信平台近年來逐漸受到廣泛關注。由於空問平台不載人，因此無污染、投入少並且能夠協調多學科的關聯工作和各種有效載荷同步工作，成為21世紀應用衞星的發展趨勢。 ^[3] 

空間平台與空間站相比，各有特長。

空間站上有良好的生命保障系統，可以長期載人，可以靈活地開展各項工作，可以從事必須有人進行的一些太空研究項目。而空間平台只有比較簡單的生命保障系統，不能長期載人，但它除能完成許多空間站所能完成的任務之外，還因無人為污染和干擾，姿態穩定性和環境潔淨度要比空間站好得多。這對於空間產品的超淨加工和精確的天文觀測和對比觀測特別有利。

空間平台與空間站可以組成一個系統。人們在空間站組裝大型的天文儀器和生產設備，然後把它們裝上空間平台，並送到指定的軌道上，進行無人高效的工作；或隔一段時間把整個空間平台拖回空間站進行大修。

空間平台是最理想的天文觀測場所。我們都知道，在地球進行天文觀測要受到地面上空大氣層的影響。由於大氣層只能讓可見光和無線電波透過，來自宇宙天體的其他許多信息都被阻擋在大氣層之外。自20世紀60年代天文衞星上天以來，天文學得到了迅速的發展。在太空觀測方面，觀測範圍由原來的可見光和無線電波擴展到紅外光、紫外光直至X射線、伽瑪射線的所有波段，能獲得比地面更清晰的天體圖像，並能獲得來自遙遠天體的粒子，從而可以深入研究太陽、恆星的演化定律。

然而，由於天文衞星的體積、有效載荷量、軌道高度等受到運載火箭發射能力的制約，所以天文衞星只能攜帶單一波段的小尺寸天文儀器，工作在低軌道，難以同時進行全波段的觀測。另外，天文衞星無法接受在軌服務，如加註燃料、修換部件等，所以當天文衞星出現故障或燃料耗盡時，觀測工作便告結束。這不適合天文觀測精度高、時間長的特點。

用航天飛機進行天文觀測也有不足之處。首先，在航天飛機上很難建造大型的複雜的觀測系統。其次，航天飛機只能在低軌道上飛行，且每次飛行的時間不過幾天到十幾天，不能滿足天文觀測的需要。

空間站雖然比人造衞星、航天飛機具有更多的優越性，在它上面可以組裝、運行大型的天文觀測設備，也可以接受航天飛機、宇宙飛船的在軌服務，是一個很好的天文觀測場所，但是，它還不是最理想的觀測場所，因為它上面經常有航天員活動，使空間站的姿態穩定性受到干擾，天文觀測精度也受到影響。另外，空間站上航天員排出的廢水廢氣會造成污染，影響觀測儀器的性能和觀測質量。

空間平台與天文衞星相比，具有許多優越性。它可以在太空任意組合，可以裝載各個波段的大型天文觀測儀器。它可以接受在軌服務，所以壽命較長，適合進行長期天文觀測。

空間平台與空間站相比，它沒有污染，不受人為干擾，且造價不太高，運行費用和技術難度都較低，不存在生命風險。所以，空間平台是最理想的太空觀測台。 ^[2] 

與人造地球衞星一樣，空間平台也是在地球軌道上運行的航天器。空間平台可分為共軌平台、極軌平台和地球靜止軌道平台三種類型。

共軌平台是在與空間站相同或相近軌道上運行的空間平台。主要用於微重力材料加工，藥品、生物製品提取，可進行空間環境科學、天文學、材料科學、生命科學和航天技術的研究。共軌平台在天基系統中可以獨立工作，也可以協同配合空間站工作，作為空間站的補充。

極軌平台是在軌道傾角為90°左右的極地軌道上運行的空間平台。它飛經地球兩極，能覆蓋全球。主要用於對地觀測，勘查地球資源，研究海洋和氣候環境，建立全球性地球觀測系統。它一般獨立飛行，不與空間站對接。

地球靜止軌道平台是在地球靜止軌道上的空間平台。主要用途有：通信和廣播的通信平台，通信、導航、預警、數據中繼的綜合平台，為深空載人飛行作技術準備的生命科學平台以及研究地球環境因素的對地觀測平台。

當前重點研究和發展的是近地軌道的共軌平台和極軌平台。 ^[4] 

空間平台的特點是：能適應多種學科、多種技術、多種任務空間有效載荷需要；可進行多種組合（如桁架結構組合，公用艙組合，有效載荷艙組合）；適應大型有效載荷和不同儀器、設備需要；能提供大功率（從幾千瓦到幾十千瓦）和高數據傳輸率（10Mb/s～500Mb/s）；定期接受在軌服務（維修、補給和載荷替換）；工作壽命從幾個月、幾年到長期；能同時進行關聯觀測；是理想的空間材料加工、生產工廠；研製平台週期短、見效快。

空間平台是衞星技術的全面繼承和發展，它可克服衞星壽命短、任務單一、費用高的弱點，從而將空間技術推入一個新的發展階段。

空間平台與應用衞星相比，有以下明顯好處：

①空間平台可全面繼承衞星的研製成果，充分利用已驗證的衞星技術和設備；

②空間平台可安裝多種有效載荷，向用户提供公用設施和服務資源，滿足用户不同有效載荷的需求；

③空間平台可實現模塊化設計，將儀器和設備做成軌道上可置換單元，採用標準的機械和電氣接口，易於進行在軌維修、補給、更換，保證有效載荷和公用艙系統繼續運行；

④空間平台，尤其是靠近空間站的共軌平台，可在軌重新配置或增加有效載荷及設備，實現擴展，完成不同的飛行任務，使平台功能得以充分利用，獲得更多的效益；

⑤空間平台可交會、停靠和對接航天飛機、載人飛船、軌道機動飛行器等，實現對其燃料的再加註和消耗品的再補給，以及空間產品、資料的回收，航天員還可更換有效載荷及故障單元。從而可使平台工作壽命大大延長；

⑥空間平台可以做到有人照料飛行，也可以自主地獨立運行，還可停靠對接在空間站上，構成空間站的一部分，可更加經濟而有效地加以使用；

⑦未來的大型空間平台可在近地軌道上組裝，如安裝大型天線、大型天文望遠鏡和其他大型有效載荷等組合結構，效益更加明顯，應用前景可觀。

當然，如果沒有載人飛船在軌道上多次會合、成功對接的基礎，沒有成熟的天地往返運輸系統（載人飛船、航天飛機），發展空間平台也是不可能實現的。所以説，空間平台是衞星技術和載人飛行技術相結合的產物。 ^[4] 

國外空間平台的研製工作已進行了多年，世界上航天技術發達的國家和地區，如美國、西歐、日本、蘇聯等，都制定了一系列空間平台的發展規劃，提出了各種各樣的空間平台方案。

1983年美國航天局制定了“Z系統空間平台”方案。該平台是高度模塊化的，主要以無人自動方式操作，以航天飛機或空間站上的航天員執行定期安裝、試驗、維修、補給和有效載荷替換。主要有效載荷有：地表圖像和探測遙感器（中等分辨力圖像光譜儀、高分辨力圖像光譜儀、高分辨力寬頻帶微波輻射計、激光雷達大氣探測器和高度計）；微波遙感器（合成孔徑雷達、雷達高度計和散射計）；大氣物理和化學監測器（校準輻射計、干涉儀/光譜儀、多普勒激光雷達、紅外輻射計、圖像光譜儀）。軌道高度500km，主要目標是長期收集全球範圍的數據。以後，又有“工業空間設施”空間平台等方案。

1986年1月28日，“挑戰”號航天飛機的空中爆炸事件，引起美國航天界和國內的一片混亂，建立在天地運輸系統基礎上的空間平台方案的實施，也受到嚴重影響。20世紀90年代以後，空間平台熱開始降温。主要原因是美國“自由”號國際空間站計劃受挫，經費不斷削減，設計一再變更。因此，原先想依託於空間站的一批空間平台計劃也隨之流產。當然，空間平台受到冷落還有造價昂貴、風險太大和技術上難度高等原因。2003年2月1日“哥倫比亞”號的空中解體，更是對美國空間平台發展的沉重打擊。 ^[4] 

歐洲空間局也積極研製空間平台。第一代小型試驗平台質量為1501kg，其中有效載荷900kg，於1983年6月和1984年2月進行二次飛行試驗並回收，飛行獲得成功。第二代的可重複使用平台，如“尤里卡”空間平台，首次飛行任務主要用於材料科學、晶體生長、生命科學等微重力試驗，總質量為4000kg，載荷質量為1000kg。第二次飛行總質量為4200kg，載荷質量為800kg～1200kg。任務是和德國研製的“斯帕斯”空間平台在軌道上進行交會和對接訓練，為解決以後的在軌技術鋪平了道路。“尤里卡”空間平台可以作為未來歐洲空間站系統的一個組成部分。

歐洲空間局發展的極軌平台是“哥倫布”計劃的四個基本單元之一，也是歐洲空間局和美國航天局聯合進行全球性地球觀察測量的多國參加的合作計劃。

歐洲空間局的“有人照料的空間平台”，亦是“哥倫布”計劃的四個基本單元之一，它由壓力艙和供給艙兩部分組成。平台總質量16.25t，有效載荷質量2t，體積12m³，電源系統輸出總功率12.5kW，有效載荷功率5kW，軌道高度463km～496km，軌道傾角28°。平台的主要任務是進行微重力科學（包括材料科學、生命科學和流體物理）研究、材料加工、藥物生產和技術試驗。 ^[4] 

日本的小型空間平台於1982年在日本航天研究所開始方案性研究，是一種可重複使用的多用途平台，主要用於天文、大氣物理觀測（紅外觀測、光學觀測、x射線和1射線觀測）和小型試驗。該平台總重3t，直徑4.46m，高2.8m，兩個太陽能電池最大輸出功率3kw，平均功率1600w。用航天飛機發射、補給和回收，或用“H-2”運載火箭發射，航天飛機補給、回收。另一個“空間能量和環境實驗室”平台的主要試驗項目有：空間等離子體試驗，高級推進試驗，空間雷達試驗，微波能量傳輸技術試驗，二維太陽電池陣和空間激光試驗等。空間平台為這些試驗提供飛行試驗場所。日本還參加了美國和歐洲的極軌平台發展計劃。 ^[4] 

蘇聯於1987年7月從拜科努爾航天發射場用“質子”號運載火箭發射了一顆大型地球觀測平台。軌道傾角71.9°，近地點168km，遠地點282km。兩天後調整到近地點237km，遠地點249km。平台由無人飛船和“聯盟”TM號系列載人飛船提供服務、補給和載荷替換。總質量約15t～20t，是地球資源/海洋觀測平台。此外，“宇宙”1870號航天器為多學科科學平台，提供水文、繪圖、地質、農業、環境及世界海洋數據。 ^[4]