|俄罗斯新空间站的亮点有不少挑战

最近,俄罗斯国家航天集团首次公布了将在“军方-2022”国际军事技术论坛上建设的轨道服务站模式。随着国际空间站老化和寿命的临近,政治因素严重阻碍了俄罗斯与西方空间合作,俄罗斯表示,将在2024年后退出国际空间站项目,努力开发独立运行的新一代空间站。那么,俄罗斯下一代空间站预计什么时候建成?有什么新功能?能面对什么样的挑战呢?

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俄罗斯公布的最新空间站模型

“另一个炉子”的事发生是有原因的

随着国际空间站逐渐“步入老年”,各参加国纷纷开展先期研究和未来部署。其中,俄罗斯于2021年部署了科学号多功能实验室和停泊号节点舱,原计划从国际空间站退役后,在多个俄罗斯舱的基础上建设独立空间站。但是,随着情况的变化,该计划变成了名为“Ross”的线路服务站方案,现役国际空间站俄罗斯舱段可以作为过渡期训练场所,以后不排除转让给美国,也可以直接销毁。

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科学号多功能实验室和新码头号节点舱。

事实上,俄罗斯对国际空间站颇有微词。俄罗斯航天机构长期承担了大量的国际空间站建设和维护工作,飞行任务人员超过40%,但轨道应用活动相对较少,实验项目仅占总数的20%左右,可以说是“任务负担和应用成果不一致”。

另一方面,国际空间站俄罗斯核心舱发射最早,但功能有限。后期部署的几个俄罗斯舱段规模较小,兼具科学实验、宇宙飞船对接、宇航员出席等多种功能。不是专门的研究设施,而是限制了俄罗斯的轨道实验能力。威廉莎士比亚,《美国电视剧》)因此,俄罗斯一直认为“在国际空间站上的投入和利益不一致”。

另一方面,俄罗斯去年对相关船舱情况进行了评估,结果显示,大部分设备老化,宇航员花更多的时间维护和修理国际空间站设备,进行科学实验的时间减少了。如果要长期正常使用现有船舱,维护资金可能达数亿美元,对俄罗斯航天机构来说不会构成太大负担。此外,俄罗斯方面的评估认为,2024年后继续运行国际空间站将存在“额外的危险”。

最近,俄罗斯航空航天集团董事长表示,俄罗斯决定2024年后退出国际空间站,同时建设本国空间站。但是之后俄罗斯补充说,在本国下一代空间站建设取得重大突破之前,将继续使用国际空间站。

宇宙的新基地有“节气”

目前,俄罗斯新一代空间站计划有实验兼核心室、生产实验室、商业游客室、气闸室、非压力平台室、节点室、空气室等7种类型的舱房。

按照计划,“罗斯”的建设过程分两个阶段进行。第一阶段预计于2028年开始,将使用核心模块发射、新型补给船和新型运载火箭完成2个科学和动力模块、1个节点和1个扩展气闸的组装。预计第二阶段将从2030年开始建设,为空间站增加3个模块和一系列科学装备,足以支援4名宇航员。

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俄罗斯公布的最新空间站示意图。

但是空间站的设计还没有确定。俄罗斯航天机构利用新的成果和国际空间站运行的经验教训,提出了许多空间应用和试验的新构想。

国际空间站从结构上看是桁架型结构,具有很强的可扩展性,但也带来了复杂的建设、更多的发射次数和大量的舱外工作的问题。“罗斯”采用模块化开放式结构,建设速度更快,一段寿命耗尽后可以直接补充新段。理论上,俄罗斯新一代空间站只要保证定期维护和更新,就会具备永久的轨道工作能力。

在运行轨道方面,国际空间站的轨道倾角为52度,只能观察到俄罗斯5%的领土。“罗斯”预定运行轨道倾角为97度,接近极地,易于覆盖遥测俄罗斯全境,为宇航员提供更广阔的视野,获得更长的光照时间,可以有效解决空间站电力问题。

另外,俄罗斯新一代空间站运行在太阳同步轨道上,观测效率很高,当天可以拍摄全世界。空间站配备了多种光学和雷达观测设备以及监测外层空间的仪器,涵盖了地球观测、军事侦察、科学研究、太空旅游等大部分空间应用领域,有望充分发挥效果,为国民经济提供更大帮助。

就空间实验而言,国际空间站向俄罗斯提供的科学实验资源比较有限,在科学号实验室部署之前,老星号区间承担了50%以上的实验项目,繁琐的维护工作严重影响了宇航员的工作效率。LOS ‘为俄罗斯空间科学研究提供了崭新的平台,创造了无菌、微重力、真空、超级阳光辐射等宝贵的空间实验环境,预计俄罗斯将在材料科学、流体物理学、天体物理学、空间生物学、空间医学等领域开展尖端探索研究,促进科学技术发展。

有趣的是,俄罗斯新一代空间站在载人支援上有两个特别之处。第一,宇航员为了节省持续补充水、食物和氧气的成本,可能不会在轨道上持续,也可能是为了应对空间站部分飞行轨道超出地球磁层的辐射剂量大幅增加的情况。宇航员每年只能在空间站工作几个月,参与科学实验、机柜更换维护等。第二,空间站将配备“传说已久”的短半径离心机,制造人工重力,预计在更远的未来充当深空探测中继站,帮助宇航员前往月球或火星。

“向导”不能被忽视

俄罗斯当局对新一代空间站抱有很高的期望,认为它是“将代表不同的载人航天哲学”的载人航天工程优先事项,但仍然面临着很多现实困难。

首先,俄罗斯投入的资源和综合国力很可能难以支撑载人宇宙的宏伟目标。

俄罗斯空间站建设技术领先,轨道维护经验丰富,但经济总量、空间资金投入无法与超级大国时代相比。如果俄罗斯宏观经济状况不确定,太空发展计划将受到阻碍,计划缓慢,可能经常调整。特别是空间站项目,由于投入巨大,俄罗斯难以独立,空间站“向友好国家开放,用于国际合作研究”。

第二,俄罗斯载人航天系统能力有短板。

以技术需要成熟的国际空间站俄罗斯段为例。科学号试验舱成立于1995年,2012年基本建设完成,但经过阀门泄漏、推进剂罐污染、舱外推进剂管线阀门老化、晟敏机、红外探测器热防护膜泄漏等一系列问题,2021年才发射。

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与国际空间站对接的科学号实验室

出乎意料的是,科学号实验舱进入轨道后接连发生异常,先是红外传感器测试失败,然后在变轨过程中出现舱段飞行控制软件故障。与国际空间站对接后发生计算误判,意外使用姿态控制引擎点火,使国际空间站的旋转角速度几乎翻了5倍,轴倾斜了540度。此后,各方在一年内通过6次太空行走,完成了新舱段和国际空间站的整合。

幸运的是,科号实验舱暴露问题已经一一解决,通过这个综合项目,俄罗斯将初步实现载人航天体系重建和人才锻炼的目标,为后续载人航天事业的发展注入新的活力。展望未来,“ROS”将如何建设和运行,能否重振俄罗斯载人航天事业的辉煌,值得期待。

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