ROSS：后國際空間站時代的俄羅斯空間站

文/湯川學(xué)

▲ROSS第二階段概念圖

▲和平號空間站

目前地球軌道上有兩個空間站正在運行，一個是正在建設(shè)中的中國空間站，另一個是已經(jīng)建設(shè)完成并正式運行了十多年的國際空間站。

國際空間站是一個多國合作共同建成的空間站。從主體結(jié)構(gòu)上講，整個國際空間站可以被分為俄羅斯段和歐美段。但近年來，由于歐美與俄羅斯在各方面的矛盾與沖突越來越激烈，時不時就會出現(xiàn)合作不愉快的新聞，甚至還有俄羅斯聯(lián)盟飛船在軌疑似被鉆孔的事件。尤其是在今年的俄烏沖突爆發(fā)后，歐美與俄羅斯之間的關(guān)系日趨緊張，而雙方在地面上的直接和間接的沖突也不可避免地影響到在太空運行的國際空間站。

就是在這個時候，有關(guān)俄羅斯規(guī)劃建設(shè)新空間站的消息開始頻繁出現(xiàn)，也引發(fā)了一些討論。在此說一句題外話，有些媒體為了吸引眼球而故意扭曲俄羅斯方面的言論，說俄羅斯將在2024年退出國際空間站，而故意省略了原話中跟在2024年后面的“后”字，一字之差，謬以千里。而且俄羅斯國家航天集團現(xiàn)在仍然在想辦法延長俄羅斯艙段的使用壽命。

各個艙段都已經(jīng)深度整合了的國際空間站，想要分家是一件極為困難，并且對各方都完全沒有好處的事情。因此有理由推測，哪怕歐美與俄羅斯的沖突再激烈，國際空間站也不會分家，國際空間站將會保持如今的樣子，持續(xù)運行到退役，這是雙方想要利益最大化的唯一選擇。

俄羅斯新空間站的演變

在蘇聯(lián)時期，蘇聯(lián)曾經(jīng)在軌道上建造過空間站歷史上最大最重的空間站之一——和平號空間站，但到1991年12月25日蘇聯(lián)解體時，許多艙段都還未發(fā)射，“和平號”仍然沒有建造完成，而大量在蘇聯(lián)時期提出的計劃，乃至已經(jīng)在進行中的任務(wù)都因資金和能力不足等問題被取消，其中就包括了和平號的下一代空間站——和平2號空間站。

“和平2號”有著許多不同版本、不同傾角、不同用處的草圖，但無一例外都沒能走下圖紙，成為現(xiàn)實。隨著俄美關(guān)系在蘇聯(lián)解體后迅速升溫，俄羅斯在1993年與美國達成合作，蘇聯(lián)的和平2號空間站和美國的自由號空間站，這兩個原本屬于兩個陣營的空間站項目，以時代的巨變?yōu)槠鯔C，經(jīng)過一些妥協(xié)與協(xié)調(diào)，融合成了一個空間站，即我們所熟知的國際空間站。原本用于“和平2號”的核心艙DOS-8被用在了如今的國際空間站上，成為了俄羅斯艙段乃至整個國際空間站最為重要的艙段之一。

▲建設(shè)中的東方航天發(fā)射場

▲地面上的“碼頭號”

俄羅斯與歐美在國際空間站上的合作總體來說還是順利的，但是縱觀整個國際空間站的運行歷史，哪怕是在合作初期，美國和俄羅斯之間的合作也并非完全融洽，在艙段的發(fā)射細節(jié)上、航天員的調(diào)度上，在是否允許自費太空游客上國際空間站上等問題上都有過或大或小的分歧。對俄羅斯 方 面 來 說，2001年3月23日，和平號空間站這個曾經(jīng)屬于蘇聯(lián)、后來屬于俄羅斯的龐然大物從軌道上墜落時，讓相當多曾是蘇聯(lián)人的俄羅斯人十分遺憾。俄羅斯對想要再建造一個完全屬于自己的新空間站的想法在“和平號”墜落后就從未消失過。2001年4月，時任俄羅斯航空航天局局長尤里·科普特夫首次公開表態(tài)稱，俄羅斯在未來會有一個屬于自己的空間站。當然，他也說必須在俄羅斯的經(jīng)濟好轉(zhuǎn)，能夠支撐計劃實現(xiàn)時，這個計劃才能成為可能。

經(jīng)過幾年醞釀后，2008年，OPSEK空間站方案被提出。這個空間站在計劃中將會使用國際空間站俄羅斯段的部分艙段來建造，如在去年已經(jīng)發(fā)射到國際空間站上的科學(xué)號艙段。OPSEK的搭建流程很長，搭建時會先從國際空間站俄羅斯艙段開始，該空間站在分離時會帶走幾乎整個俄羅斯部分，并且在一開始將由星辰號核心艙來負責(zé)空間站的移動與升軌機動，直到一個新的核心艙的到來。如今我們知道，以上這些情況都沒有發(fā)生，OPSEK在2017年左右便流產(chǎn)。OPSEK的論證過程歷經(jīng)波折，經(jīng)過了多次方案改動，在論證過程中也不乏來自俄羅斯能源局里專業(yè)人士的質(zhì)疑。在資金、技術(shù)、方案可行性的多重困難面前，OPSEK最后毫不意外地并未付諸行動，最終只停留在了論證階段。但是，這個空間站的論證過程明顯影響到了最新的俄羅斯自主空間站方案，也就是接下來我們將會討論的新空間站方案——俄羅斯軌道服務(wù)空間站（ROSS）。

俄羅斯軌道服務(wù)空間站

俄羅斯軌道服務(wù)空間站（ROSS），也有叫法叫俄羅斯軌道空間站（ROS），這個空間站的名字未來還有可能會變更，但這些名字所指代的空間站都是同一個，以下為了方便，就直接簡稱ROSS了。

▲ 雄鷹號飛船

▲ 雄鷹號的框架

▲ 安加拉A5發(fā)射圖

ROSS概念首次提出并引發(fā)討論是在2021年4月左右，并很快就有了大概的構(gòu)型圖。我們先了解一下目前已知的一些基本情況：ROSS將會是一個全新的空間站，這個空間站將不會采用任何遺留自蘇聯(lián)時期的空間站模組和構(gòu)型，這意味著ROSS是一個全新設(shè)計的空間站；ROSS不會采用任何來自國際空間站上的俄羅斯模塊，說明ROSS是一個全新制造的空間站；ROSS將采用的軌道十分特殊，目前官方公布的ROSS軌道傾角約為97度，軌道高度約為370千米，是一個傾角極高的太陽同步軌道，這種軌道常常被氣象衛(wèi)星、太陽觀測衛(wèi)星所采用，但從未被之前其它任何空間站所采用，這意味著ROSS將會成為世界上第一個在太陽同步軌道運行的空間站。在目前的官方資料中，ROSS的載人策略與國際空間站和中國空間站的長期有人在軌駐留的載人策略不同，ROSS在軌的大部分時間里將不會有航天員在軌駐留，而是處于自動運行的狀態(tài)，由地面遙控進行指定任務(wù)，當然，航天員將會按照需求進入空間站，進行在軌試驗、在軌維修和太空行走等任務(wù)。

在目前的官方資料中，ROSS將會分為兩個階段來建成。第一階段建設(shè)將開始于2028年，并在2030年結(jié)束，結(jié)束時空間站重量約為55噸，加壓空間約為217立方米。第二階段將在2030年后開始，目前規(guī)劃的第二階段結(jié)束時，空間站重量約為122噸，加壓空間約為505立方米，大約是目前國際空間站俄羅斯艙段258立方米左右容積近兩倍。用于建造ROSS的火箭將不會是發(fā)射過所有蘇聯(lián)和俄羅斯空間站模塊的質(zhì)子系列火箭，而將由安加拉A5的改進型安加拉A5M發(fā)射。發(fā)射ROSS模塊的發(fā)射場也將不會是大家熟知的位于哈薩克斯坦共和國境內(nèi)的拜科努爾發(fā)射場，而是位于俄羅斯遠東地區(qū)阿穆爾州的新發(fā)射場——東方航天發(fā)射場。

至于將要使用的載人飛船和貨運飛船，在建設(shè)早期，俄羅斯還會繼續(xù)使用聯(lián)盟MS和進步MS飛船，但是使用的火箭將從聯(lián)盟2.1a轉(zhuǎn)換為聯(lián)盟2.1b火箭，因為“聯(lián)盟2.1b”相比于“聯(lián)盟2.1a”可以多提供約一噸的運力?！奥?lián)盟2.1b”按理說應(yīng)該會進行載人飛行認證，但是在俄羅斯軍隊2022論壇中，進步火箭航天中心表示沒有對“聯(lián)盟2.1b”進行載人航天認證的計劃，所以在此需要打個問號。在未來，將會使用可重復(fù)使用的雄鷹號飛船來執(zhí)行載人任務(wù)，以及載貨和貨物返回任務(wù)。它們也同樣都將從東方航天發(fā)射場發(fā)射。

目前ROSS的整體設(shè)計仍然處于一個相對模糊的狀態(tài)，很多細節(jié)還沒有確定下來，即便如此，很多相關(guān)信息被透露出來。

首先是科學(xué)與動力模塊（NEM）及基本模塊。NEM模塊最初是為國際空間站俄羅斯艙段所研制，但后來這個模塊的建造時間不斷拖延。該模塊將成為ROSS第一批進入軌道的模塊?；灸K將成為航天員生活的場所，提供生命保障，其外型與NEM基本一致，兩個模塊將在節(jié)點艙模塊兩邊對稱分布，NEM和基本模塊上的大型太陽能電池組將產(chǎn)生高達55千瓦的電力，為ROSS提供主要能源。NEM和基本模塊將各有兩個睡眠區(qū)和一個廁所，足以支持4位航天員在軌駐留。

其次是節(jié)點艙模塊。計劃中ROSS的節(jié)點艙模塊其實與目前已經(jīng)在國際空間站上對接于科學(xué)號上的碼頭號節(jié)點艙模塊幾乎如出一轍，如果不出意外，ROSS上的節(jié)點艙模塊應(yīng)該與碼頭號基本一致。還有一個氣閘艙，這個氣閘艙將會在發(fā)射時就已經(jīng)與節(jié)點艙連接在一起。

▲“碼頭號”

▲ROSS第一階段概念圖

此外，還有第二階段將加入ROSS的模塊。目前有關(guān)它們的信息不多，其名字是生產(chǎn)模塊、目的模塊。生產(chǎn)模塊可用于在空間技術(shù)和材料科學(xué)領(lǐng)域進行實驗，其實驗成果可以極大地推動俄羅斯納米技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，這同樣適用于生物技術(shù)領(lǐng)域。目的模塊將用于自動設(shè)備的組件存儲、組裝和測試。一些類似的實驗已經(jīng)在國際空間站俄羅斯艙段中展開。還有一個半加壓的可對接衛(wèi)星平臺，可以與ROSS共同運行，并且在必要時可以與空間站對接加油，并接受在軌維護。但是對于這個衛(wèi)星平臺的功能和作用、具體參數(shù)等，目前知之甚少。

ROSS，俄羅斯的空間站

▲弗拉基米爾·索洛維約夫

在俄空局2022年8月的官方雜志中，國際空間站俄羅斯艙段的主管，蘇聯(lián)航天員弗拉基米爾·索洛維約夫接受了采訪，并為我們簡要介紹了ROSS的方方面面。我們能從這篇訪談看出一些端倪。

對于最根本的ROSS的建造意義，弗拉基米爾表示，由于國際空間站和過去所有的蘇聯(lián)空間站都位于低傾角軌道，這樣的好處是能讓火箭盡可能地打更重的載荷，但是壞處是低傾角的軌道上的空間站是無法覆蓋俄羅斯領(lǐng)土的，使得空間站的對地觀測效能無法在俄羅斯的領(lǐng)土上最大化，新的空間站將解決這一問題。此外，目前國際空間站俄羅斯艙段的壽命已經(jīng)逐漸耗盡，俄羅斯段的模塊發(fā)射時間都較早，俄羅斯段的曙光號功能艙和星辰號核心艙已經(jīng)在軌超過20年，俄羅斯航天員們不得不花費越來越多的時間來維護和維修已超過設(shè)計壽命的機載系統(tǒng)，航天員進行科學(xué)實驗的時間越來越少。因此，建造一個更新的、更適合給俄羅斯服務(wù)的空間站是有必要的。并且，ROSS可以在地球磁場保護較少的太陽同步軌道上進行初步的生物醫(yī)學(xué)研究，以研究未來的星際探險中航天員將面臨什么風(fēng)險，探究人體在星際航行中的變化和可能面臨的風(fēng)險。

對于空間站97度的傾角能帶來什么好處，弗拉基米爾表示，現(xiàn)如今國際空間站的51.6的傾角只能讓國際空間站經(jīng)過約10%的俄羅斯領(lǐng)土，而采用了約97度傾角的ROSS可以觀察100%的俄羅斯領(lǐng)土。ROSS不僅可以觀測俄羅斯全境，還可以用光學(xué)、紅外、紫外等探測器以及雷達探測地球兩極，研究極光現(xiàn)象，為全球提供更加精準的天氣預(yù)報；可以每90分鐘就執(zhí)行一次，將使俄羅斯能夠跟蹤地球兩極附近各種物體的活動，提供新的科學(xué)研究方向。

對于為何航天員不常駐ROSS，弗拉基米爾表示，俄羅斯在幾十年的空間站運營中發(fā)現(xiàn)，航天員在空間站上的科學(xué)產(chǎn)出和實驗進行得并不總是那么高效，并且在空間站上長期在軌駐留，為航天員提供食物、衣服、氧氣和水是非常昂貴的。此外，由于ROSS的特殊軌道，在ROSS上的航天員受到的宇宙輻射相比于國際空間站上更大，更容易傷害身體，這對任務(wù)的持續(xù)時間造成了一定的限制。根據(jù)初步計算，單次的航天員乘員組將能夠一次在ROSS上工作一到兩個月，進行調(diào)試維修工作以及太空行走，不會對他們的健康造成傷害。因此，俄空局建議長時間以自動模式運行ROSS，希望在無人運行與有人運行中找到一個最佳的平衡點。

▲ROSS模型

除以上問題外，弗拉基米爾還對ROSS的前景進行了展望。ROSS可以被當做前往月球或火星的跳板，成為俄羅斯前往更遠的目的地的太空港。前往月球或火星的俄羅斯乘員組可以現(xiàn)在空間站中駐留，然后等待前往目的地的飛船到來。這種方案可以減少對于超重型火箭的需要，使用更實惠的重型火箭便可以完成任務(wù)。

從以上內(nèi)容看，ROSS將是一個完全為了俄羅斯利益而生的空間站。在蘇聯(lián)時期，拜科努爾發(fā)射場是唯一可以用來發(fā)射空間站艙段和載人飛船的發(fā)射場，但在蘇聯(lián)解體后，俄羅斯只能以租用的方式來使用拜科努爾發(fā)射場，這對于俄羅斯來說是一個不小的掣肘，于是與拜科努爾發(fā)射場緯度差不多的東方航天發(fā)射場便應(yīng)運而生。ROSS可以完全只依靠這個在俄羅斯境內(nèi)的發(fā)射場完成所有任務(wù)，這對于如今處處被制裁，與哈薩克斯坦的關(guān)系微妙的俄羅斯來說無疑是個好消息。

而從目前的ROSS方案和渲染圖來看，對地球的遙感觀測將會是ROSS的主要任務(wù)之一。ROSS的艙外載荷將相當多，主要遙感觀測范圍除了俄羅斯本土，肯定還將包含北極圈地區(qū)等對于俄羅斯來說有著重大利益的地區(qū)。由于ROSS將是完全由俄羅斯獨立建造的空間站，因此不排除在ROSS上執(zhí)行軍事任務(wù)的可能。這些因素也將使得ROSS的經(jīng)濟意義和戰(zhàn)略意義大大增強。