俄羅斯新空間站亮點(diǎn)不少挑戰不小

俄羅斯公布的最新空間站模型

“另起爐灶”事出有因

隨著(zhù)國際空間站逐漸“步入暮年”，各參與國陸續開(kāi)展了先期研究和未來(lái)布局。其中，俄羅斯2021年部署了科學(xué)號多功能實(shí)驗艙和停泊號節點(diǎn)艙，原計劃在國際空間站退役后，以多個(gè)俄羅斯艙段為基礎，構建起獨立空間站。不過(guò)，隨著(zhù)形勢變化，這個(gè)計劃已被代號為“羅斯”的軌道服務(wù)站方案取代，現役國際空間站俄羅斯艙段屆時(shí)有可能作為過(guò)渡訓練場(chǎng)所，未來(lái)不排除轉讓給美國，或者直接廢棄。

科學(xué)號多功能實(shí)驗艙和新碼頭號節點(diǎn)艙

其實(shí)，俄羅斯對于國際空間站頗有微詞。長(cháng)期以來(lái)，俄羅斯航天單位承擔了大量國際空間站建造和維護工作，飛行任務(wù)人次數超過(guò)40%，但開(kāi)展在軌應用活動(dòng)相對較少，實(shí)驗項目?jì)H占總數的約20%，可以說(shuō)“任務(wù)負擔和應用成果不匹配”。

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(gè)俄羅斯艙段規模較小，兼顧科學(xué)實(shí)驗、航天器對接、航天員出艙等多種功能，并非專(zhuān)用研究設施，限制了俄方在軌實(shí)驗能力。所以，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)現大部分設備老化，航天員用于國際空間站設備維護和維修的時(shí)間越來(lái)越多，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗的時(shí)間越來(lái)越少。如果要長(cháng)期正常使用既有艙段，維護資金可達數億美元，對于俄航天單位是不小的負擔。而且，俄方評估認為，2024 年以后繼續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，并同步建設本國空間站。不過(guò)，后來(lái)俄方補充稱(chēng)，在本國新一代空間站建設取得重大突破之前，仍會(huì )繼續使用國際空間站。

太空新基地有“絕活”

目前，俄羅斯新一代空間站規劃了7種類(lèi)型艙段，包括實(shí)驗兼核心艙、生產(chǎn)實(shí)驗艙、商業(yè)游客艙、氣閘艙、非加壓平臺艙、節點(diǎn)艙、充氣艙。

按計劃，“羅斯”的建設過(guò)程分兩個(gè)階段展開(kāi)。第一階段預計在2028年啟動(dòng)，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(gè)科學(xué)和動(dòng)力模塊、1個(gè)節點(diǎn)艙和1個(gè)擴展氣閘艙的組裝。第二階段預計在2030年開(kāi)始建設，將為空間站增加3個(gè)模塊和一系列科學(xué)設備，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(guò)，空間站設計仍未最終確定，俄羅斯航天單位利用新成果以及運營(yíng)國際空間站的經(jīng)驗教訓，面向空間應用和試驗開(kāi)展，提出了很多新構想。

在組成結構方面，國際空間站采用桁架式結構，擴展性好，但也帶來(lái)了建造復雜、需要更多發(fā)射次數和大量艙外作業(yè)的問(wèn)題?！傲_斯”計劃采用模塊化、開(kāi)放式結構，建設速度更快，而且在某個(gè)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(guān)測到5%的俄羅斯領(lǐng)土。而“羅斯”預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(cháng)的光照時(shí)間，有效解決空間站供電問(wèn)題。

此外，俄羅斯新一代空間站將運行在太陽(yáng)同步軌道上，觀(guān)測效率更高，當天即可拍遍全球?？臻g站配備多種光學(xué)和雷達觀(guān)測設備，以及監測外層空間的儀器，將涵蓋對地觀(guān)測、軍事偵察、科學(xué)研究、太空旅游等大多數空間應用范疇，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(shí)驗方面，國際空間站為俄羅斯提供的科學(xué)實(shí)驗資源較為有限，在科學(xué)號實(shí)驗艙部署前，老舊的星辰號艙段承擔了超過(guò)50%的實(shí)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(wú)菌、微重力、真空及超級陽(yáng)光輻射等珍貴的空間實(shí)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)、航天醫學(xué)等領(lǐng)域開(kāi)展前沿探索研究，促進(jìn)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(gè)特殊之處。其一，航天員或許不會(huì )持續在軌，既是為了節約持續補充水、食物和氧氣的成本，也是為了應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月，參與科學(xué)實(shí)驗、機柜更換維護等工作。其二，空間站上有望部署“傳說(shuō)已久”的短半徑離心機，嘗試制造人工重力，在更遙遠的未來(lái)充當深空探索中轉站，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(chēng)其“將代表一種不同的載人航天哲學(xué)”，但仍面臨很多現實(shí)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(wú)法同超級大國時(shí)代相比了。一旦俄羅斯宏觀(guān)經(jīng)濟形勢不確定，航天發(fā)展規劃就會(huì )受干擾，導致計劃進(jìn)展緩慢、調整頻繁。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(kāi)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。

以本應技術(shù)成熟的國際空間站俄羅斯艙段為例?？茖W(xué)號實(shí)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(mén)泄漏、推進(jìn)劑貯箱污染、艙外推進(jìn)劑管線(xiàn)閥門(mén)老化、星敏器與紅外探測器熱防護罩漏裝等一系列問(wèn)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(shí)驗艙

不料，科學(xué)號實(shí)驗艙入軌后接二連三出現異常，先是紅外傳感器測試失敗，然后變軌過(guò)程中艙段飛控軟件故障；與國際空間站對接后，出現計算誤判，意外使用姿控發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火，使國際空間站轉動(dòng)角速率超標近5倍，軸傾斜540度。此后，各方用1年時(shí)間，通過(guò)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(shí)驗艙暴露的問(wèn)題已經(jīng)被逐一解決，通過(guò)這個(gè)綜合項目，俄方初步實(shí)現了載人航天體系重建與人才鍛煉的目標，將為后續載人航天事業(yè)發(fā)展注入新的活力。展望未來(lái)，“羅斯”會(huì )怎樣建設、運行，能否重振俄羅斯載人航天事業(yè)的輝煌，令人期待。