俄羅斯新空間站亮點(diǎn)不少挑戰(zhàn)不小

俄羅斯公布的最新空間站模型

“另起爐灶”事出有因

隨著國(guó)際空間站逐漸“步入暮年”，各參與國(guó)陸續(xù)開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(hào)多功能實(shí)驗(yàn)艙和停泊號(hào)節(jié)點(diǎn)艙，原計(jì)劃在國(guó)際空間站退役后，以多個(gè)俄羅斯艙段為基礎(chǔ)，構(gòu)建起獨(dú)立空間站。不過，隨著形勢(shì)變化，這個(gè)計(jì)劃已被代號(hào)為“羅斯”的軌道服務(wù)站方案取代，現(xiàn)役國(guó)際空間站俄羅斯艙段屆時(shí)有可能作為過渡訓(xùn)練場(chǎng)所，未來(lái)不排除轉(zhuǎn)讓給美國(guó)，或者直接廢棄。

科學(xué)號(hào)多功能實(shí)驗(yàn)艙和新碼頭號(hào)節(jié)點(diǎn)艙

其實(shí)，俄羅斯對(duì)于國(guó)際空間站頗有微詞。長(zhǎng)期以來(lái)，俄羅斯航天單位承擔(dān)了大量國(guó)際空間站建造和維護(hù)工作，飛行任務(wù)人次數(shù)超過40%，但開展在軌應(yīng)用活動(dòng)相對(duì)較少，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)H占總數(shù)的約20%，可以說“任務(wù)負(fù)擔(dān)和應(yīng)用成果不匹配”。

一方面，國(guó)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(guī)模較小，兼顧科學(xué)實(shí)驗(yàn)、航天器對(duì)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(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＫ?，俄羅斯一直認(rèn)為“在國(guó)際空間站上的投入與效益不匹配”。

另一方面，俄羅斯去年評(píng)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(guó)際空間站設(shè)備維護(hù)和維修的時(shí)間越來(lái)越多，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間越來(lái)越少。如果要長(zhǎng)期正常使用既有艙段，維護(hù)資金可達(dá)數(shù)億美元，對(duì)于俄航天單位是不小的負(fù)擔(dān)。而且，俄方評(píng)估認(rèn)為，2024 年以后繼續(xù)運(yùn)行國(guó)際空間站將存在“額外的風(fēng)險(xiǎn)”。

在多方面因素作用下，近期俄國(guó)家航天集團(tuán)總裁表示，俄羅斯已經(jīng)決定2024年后退出國(guó)際空間站，并同步建設(shè)本國(guó)空間站。不過，后來(lái)俄方補(bǔ)充稱，在本國(guó)新一代空間站建設(shè)取得重大突破之前，仍會(huì)繼續(xù)使用國(guó)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(shí)驗(yàn)兼核心艙、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)艙、商業(yè)游客艙、氣閘艙、非加壓平臺(tái)艙、節(jié)點(diǎn)艙、充氣艙。

按計(jì)劃，“羅斯”的建設(shè)過程分兩個(gè)階段展開。第一階段預(yù)計(jì)在2028年啟動(dòng)，包括發(fā)射核心模塊，使用新型補(bǔ)給飛船及全新的運(yùn)載火箭，完成2個(gè)科學(xué)和動(dòng)力模塊、1個(gè)節(jié)點(diǎn)艙和1個(gè)擴(kuò)展氣閘艙的組裝。第二階段預(yù)計(jì)在2030年開始建設(shè)，將為空間站增加3個(gè)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(jì)仍未最終確定，俄羅斯航天單位利用新成果以及運(yùn)營(yíng)國(guó)際空間站的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，面向空間應(yīng)用和試驗(yàn)開展，提出了很多新構(gòu)想。

在組成結(jié)構(gòu)方面，國(guó)際空間站采用桁架式結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展性好，但也帶來(lái)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?！傲_斯”計(jì)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(gè)艙段壽命耗盡后，可以直接補(bǔ)充新艙段替換。理論上，只要保證定期維護(hù)、更新，俄羅斯新一代空間站將具備永久在軌工作能力。

在運(yùn)行軌道方面，國(guó)際空間站的軌道傾角是52度，只能觀測(cè)到5%的俄羅斯領(lǐng)土。而“羅斯”預(yù)定的運(yùn)行軌道傾角是97度，接近極地，便于覆蓋遙測(cè)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(zhǎng)的光照時(shí)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(yùn)行在太陽(yáng)同步軌道上，觀測(cè)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(dá)觀測(cè)設(shè)備，以及監(jiān)測(cè)外層空間的儀器，將涵蓋對(duì)地觀測(cè)、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(guó)民經(jīng)濟(jì)提供更大幫助。

在空間實(shí)驗(yàn)方面，國(guó)際空間站為俄羅斯提供的科學(xué)實(shí)驗(yàn)資源較為有限，在科學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)艙部署前，老舊的星辰號(hào)艙段承擔(dān)了超過50%的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，繁瑣的維護(hù)工作嚴(yán)重影響了航天員的工作效率。“羅斯”將為俄羅斯空間科學(xué)研究提供嶄新平臺(tái)，有望創(chuàng)造無(wú)菌、微重力、真空及超級(jí)陽(yáng)光輻射等珍貴的空間實(shí)驗(yàn)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(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(xù)在軌，既是為了節(jié)約持續(xù)補(bǔ)充水、食物和氧氣的成本，也是為了應(yīng)對(duì)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(shí)驗(yàn)、機(jī)柜更換維護(hù)等工作。其二，空間站上有望部署“傳說已久”的短半徑離心機(jī)，嘗試制造人工重力，在更遙遠(yuǎn)的未來(lái)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(duì)新一代空間站寄予厚望，列其為載人航天工程優(yōu)先事項(xiàng)，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(shí)困難。

首先，俄羅斯投入的資源和綜合國(guó)力很可能難以支撐其載人航天的宏偉目標(biāo)。

俄羅斯空間站建造技術(shù)領(lǐng)先，在軌維護(hù)經(jīng)驗(yàn)豐富，但其經(jīng)濟(jì)總量、航天資金投入都無(wú)法同超級(jí)大國(guó)時(shí)代相比了。一旦俄羅斯宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)不確定，航天發(fā)展規(guī)劃就會(huì)受干擾，導(dǎo)致計(jì)劃進(jìn)展緩慢、調(diào)整頻繁。尤其是空間站項(xiàng)目投入巨大，俄方難以獨(dú)立完成，已多次表示，空間站“對(duì)友好國(guó)家開放，用于國(guó)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(guó)際空間站俄羅斯艙段為例。科學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)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(jìn)劑貯箱污染、艙外推進(jìn)劑管線閥門老化、星敏器與紅外探測(cè)器熱防護(hù)罩漏裝等一系列問題，最終在2021年才發(fā)射升空。

對(duì)接在國(guó)際空間站上的科學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)艙

不料，科學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)艙入軌后接二連三出現(xiàn)異常，先是紅外傳感器測(cè)試失敗，然后變軌過程中艙段飛控軟件故障；與國(guó)際空間站對(duì)接后，出現(xiàn)計(jì)算誤判，意外使用姿控發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，使國(guó)際空間站轉(zhuǎn)動(dòng)角速率超標(biāo)近5倍，軸傾斜540度。此后，各方用1年時(shí)間，通過6次太空行走才完成新艙段與國(guó)際空間站整合。

幸運(yùn)的是，科學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)艙暴露的問題已經(jīng)被逐一解決，通過這個(gè)綜合項(xiàng)目，俄方初步實(shí)現(xiàn)了載人航天體系重建與人才鍛煉的目標(biāo)，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(lái)，“羅斯”會(huì)怎樣建設(shè)、運(yùn)行，能否重振俄羅斯載人航天事業(yè)的輝煌，令人期待。