俄羅斯公布的最新空間站模型

“另起爐灶”事出有因

隨著國際空間站逐漸“步入暮年”，各參與國陸續(xù)開展了先期研究和未來布局。其中，俄羅斯2021年部署了科學(xué)號多功能實驗艙和停泊號節(jié)點艙，原計劃在國際空間站退役后，以多個俄羅斯艙段為基礎(chǔ)，構(gòu)建起獨立空間站。不過，隨著形勢變化，這個計劃已被代號為“羅斯”的軌道服務(wù)站方案取代，現(xiàn)役國際空間站俄羅斯艙段屆時有可能作為過渡訓(xùn)練場所，未來不排除轉(zhuǎn)讓給美國，或者直接廢棄。

科學(xué)號多功能實驗艙和新碼頭號節(jié)點艙

其實，俄羅斯對于國際空間站頗有微詞。長期以來，俄羅斯航天單位承擔(dān)了大量國際空間站建造和維護工作，飛行任務(wù)人次數(shù)超過40%，但開展在軌應(yīng)用活動相對較少，實驗項目僅占總數(shù)的約20%，可以說“任務(wù)負擔(dān)和應(yīng)用成果不匹配”。

一方面，國際空間站俄羅斯核心艙段發(fā)射最早，卻功能有限，后期部署的多個俄羅斯艙段規(guī)模較小，兼顧科學(xué)實驗、航天器對接、航天員出艙等多種功能，并非專用研究設(shè)施，限制了俄方在軌實驗?zāi)芰ΑＫ?，俄羅斯一直認為“在國際空間站上的投入與效益不匹配”。

另一方面，俄羅斯去年評估了相關(guān)艙段狀況，發(fā)現(xiàn)大部分設(shè)備老化，航天員用于國際空間站設(shè)備維護和維修的時間越來越多，進行科學(xué)實驗的時間越來越少。如果要長期正常使用既有艙段，維護資金可達數(shù)億美元，對于俄航天單位是不小的負擔(dān)。而且，俄方評估認為，2024 年以后繼續(xù)運行國際空間站將存在“額外的風(fēng)險”。

在多方面因素作用下，近期俄國家航天集團總裁表示，俄羅斯已經(jīng)決定2024年后退出國際空間站，并同步建設(shè)本國空間站。不過，后來俄方補充稱，在本國新一代空間站建設(shè)取得重大突破之前，仍會繼續(xù)使用國際空間站。

太空新基地有“絕活”

目前，俄羅斯新一代空間站規(guī)劃了7種類型艙段，包括實驗兼核心艙、生產(chǎn)實驗艙、商業(yè)游客艙、氣閘艙、非加壓平臺艙、節(jié)點艙、充氣艙。

按計劃，“羅斯”的建設(shè)過程分兩個階段展開。第一階段預(yù)計在2028年啟動，包括發(fā)射核心模塊，使用新型補給飛船及全新的運載火箭，完成2個科學(xué)和動力模塊、1個節(jié)點艙和1個擴展氣閘艙的組裝。第二階段預(yù)計在2030年開始建設(shè)，將為空間站增加3個模塊和一系列科學(xué)設(shè)備，足以支持4名航天員工作生活。

俄羅斯公布的最新空間站示意圖

不過，空間站設(shè)計仍未最終確定，俄羅斯航天單位利用新成果以及運營國際空間站的經(jīng)驗教訓(xùn)，面向空間應(yīng)用和試驗開展，提出了很多新構(gòu)想。

在組成結(jié)構(gòu)方面，國際空間站采用桁架式結(jié)構(gòu)，擴展性好，但也帶來了建造復(fù)雜、需要更多發(fā)射次數(shù)和大量艙外作業(yè)的問題。“羅斯”計劃采用模塊化、開放式結(jié)構(gòu)，建設(shè)速度更快，而且在某個艙段壽命耗盡后，可以直接補充新艙段替換。理論上，只要保證定期維護、更新，俄羅斯新一代空間站將具備永久在軌工作能力。

在運行軌道方面，國際空間站的軌道傾角是52度，只能觀測到5%的俄羅斯領(lǐng)土。而“羅斯”預(yù)定的運行軌道傾角是97度，接近極地，便于覆蓋遙測俄羅斯全境，還能為航天員提供更廣闊的視野，又可獲得更長的光照時間，有效解決空間站供電問題。

此外，俄羅斯新一代空間站將運行在太陽同步軌道上，觀測效率更高，當(dāng)天即可拍遍全球。空間站配備多種光學(xué)和雷達觀測設(shè)備，以及監(jiān)測外層空間的儀器，將涵蓋對地觀測、軍事偵察、科學(xué)研究、太空旅游等大多數(shù)空間應(yīng)用范疇，有望充分發(fā)揮效益，為國民經(jīng)濟提供更大幫助。

在空間實驗方面，國際空間站為俄羅斯提供的科學(xué)實驗資源較為有限，在科學(xué)號實驗艙部署前，老舊的星辰號艙段承擔(dān)了超過50%的實驗項目，繁瑣的維護工作嚴重影響了航天員的工作效率?！傲_斯”將為俄羅斯空間科學(xué)研究提供嶄新平臺，有望創(chuàng)造無菌、微重力、真空及超級陽光輻射等珍貴的空間實驗環(huán)境，支撐俄羅斯在材料科學(xué)、流體物理、天體物理、航天生物學(xué)、航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域開展前沿探索研究，促進科技發(fā)展。

有意思的是，俄羅斯新一代空間站在載人支持方面有兩個特殊之處。其一，航天員或許不會持續(xù)在軌，既是為了節(jié)約持續(xù)補充水、食物和氧氣的成本，也是為了應(yīng)對空間站部分飛行軌道超出地球磁層而輻射劑量大增的情況。航天員每年可能僅在空間站上工作生活數(shù)月，參與科學(xué)實驗、機柜更換維護等工作。其二，空間站上有望部署“傳說已久”的短半徑離心機，嘗試制造人工重力，在更遙遠的未來充當(dāng)深空探索中轉(zhuǎn)站，幫助航天員前往月球或火星。

“攔路虎”不容忽視

俄羅斯官方對新一代空間站寄予厚望，列其為載人航天工程優(yōu)先事項，稱其“將代表一種不同的載人航天哲學(xué)”，但仍面臨很多現(xiàn)實困難。

首先，俄羅斯投入的資源和綜合國力很可能難以支撐其載人航天的宏偉目標。

俄羅斯空間站建造技術(shù)領(lǐng)先，在軌維護經(jīng)驗豐富，但其經(jīng)濟總量、航天資金投入都無法同超級大國時代相比了。一旦俄羅斯宏觀經(jīng)濟形勢不確定，航天發(fā)展規(guī)劃就會受干擾，導(dǎo)致計劃進展緩慢、調(diào)整頻繁。尤其是空間站項目投入巨大，俄方難以獨立完成，已多次表示，空間站“對友好國家開放，用于國際合作研究”。

其次，俄羅斯載人航天體系能力存在短板。

以本應(yīng)技術(shù)成熟的國際空間站俄羅斯艙段為例?？茖W(xué)號實驗艙始建于1995年，2012年基本建造完成，但又經(jīng)歷了加注閥門泄漏、推進劑貯箱污染、艙外推進劑管線閥門老化、星敏器與紅外探測器熱防護罩漏裝等一系列問題，最終在2021年才發(fā)射升空。

對接在國際空間站上的科學(xué)號實驗艙

不料，科學(xué)號實驗艙入軌后接二連三出現(xiàn)異常，先是紅外傳感器測試失敗，然后變軌過程中艙段飛控軟件故障；與國際空間站對接后，出現(xiàn)計算誤判，意外使用姿控發(fā)動機點火，使國際空間站轉(zhuǎn)動角速率超標近5倍，軸傾斜540度。此后，各方用1年時間，通過6次太空行走才完成新艙段與國際空間站整合。

幸運的是，科學(xué)號實驗艙暴露的問題已經(jīng)被逐一解決，通過這個綜合項目，俄方初步實現(xiàn)了載人航天體系重建與人才鍛煉的目標，將為后續(xù)載人航天事業(yè)發(fā)展注入新的活力。展望未來，“羅斯”會怎樣建設(shè)、運行，能否重振俄羅斯載人航天事業(yè)的輝煌，令人期待。