從“聯盟”到“聯邦”，俄羅斯新飛船研制不容易

+ 張雪松

美國新一代載人飛船，無論是NASA的“親兒子”獵戶座飛船還是商業航天的載人龍飛船和星際線飛船都已經亮相，今年8月2日和3日，NASA先后公開了商業載人飛船的飛行進度和乘組。美國新飛船投入使用，將擺脫對俄羅斯聯盟號飛船的依賴。

其實俄羅斯也在研制聯邦號新一代載人飛船，但從聯盟號到聯邦號的路可不那么容易……

老驥伏櫪的聯盟號

蘇聯，曾經自稱是牢不可破的聯盟，雖然這個聯盟早已土崩瓦解，但蘇聯時代研制的聯盟號飛船（Soyuz，圖2）卻不斷推陳出新，煥發出頑強的生命力，它現在仍是俄羅斯乃至美國宇航員飛往國際空間站的唯一選擇。當然，這并不意味著聯盟號飛船設計完美無缺，可以說，它只是權宜之計。

聯盟號飛船由科羅廖夫設計局（現在的能源集團）研制，是蘇聯載人登月項目的一部分，它最開始使用聯盟號火箭發射，因此得到了“聯盟號”的命名。聯盟號飛船是一種三艙式飛船，這是它最顯著的設計特點。它首先是一種為登月設計的飛船，需要較長的續航能力，但因發射和再入的限制又無法設計更大的返回艙，所以特意設計了軌道艙，以增加內部空間。

有心栽花花不開，無心插柳柳成蔭。蘇聯登月計劃以失敗告終，但聯盟號飛船卻成為蘇聯載人飛船的主力，延續生命力。聯盟 號飛船擁有一個2.9噸重的返回艙，內部容積4立方米，1.3噸重的軌道艙內部容積5立方米，飛船額定成員3人，同時還能攜帶170千克的貨物前往空間站，下行返回地球也有50千克的運力。

圖1 不知道普京大神光環的加持，能不能令飛船早日上天

圖2 聯盟號飛船

聯盟號飛船的指標并不算出眾，但“壽命”卻無人能及——同時代的阿波羅飛船和航天飛機都已經壽終正寢，退出歷史舞臺，聯盟號飛船卻持續發展到第四代聯盟號TMA/MS型號，導航控制系統不斷升級，并實現了全數字化，飛船重量得到減輕，精度和可靠性也持續提高。

聯盟號飛船固然是老驥伏櫪的典范，但回顧歷史，實際上它只是一個無奈的選擇。20世紀80年代，蘇聯開始研制曙光號（Zarya）飛船，它是一種大型兩艙式飛船。曙光號飛船使用天頂號火箭發射，能重復使用，可以運載8人進行天地往返，它還使用了垂直降落設計，現在看來也相當時髦。然而到了蘇聯末期，財政再無力支持新飛船的研制，面臨無船可用的境況，聯盟號飛船不得不繼續挑大梁，后來甚至“耗死”了“同期生”美國航天飛機。

新飛船研制一波三折

曙光號飛船的研制于1989年擱置并再無后繼，但俄羅斯的航天專家們仍千方百計地推動新一代載人飛船的研制，從早期的紙面設計到后來的聯合研制再到獨立研制，新飛船總算看到了新的曙光。

俄羅斯曾設計了快船號飛船，這種有翼滑翔飛船概念很新穎，但2006年快船停止研制。同年，歐空局和俄羅斯開始聯合研制更現實的先進載人運輸系統（ACTS）飛船，它也被稱為歐洲-聯盟方案。能源集團提出了升級型聯盟方案，它的軌道艙將由歐空局研制，能源集團稱之為聯盟-K，其中K代表快船（Kliper）。ACTS飛船將是一種能夠兼具近地軌道和月球軌道任務的飛船，不過最初外形和聯盟號飛船相差不多。

美國當時正在實施“星座計劃”，新一代獵戶座飛船明顯比在聯盟號基礎上簡單升級的ACTS強得多，而ACTS飛船也在不斷改進設計。歐空局還提出使用ATV貨運飛船的推進艙和貨艙升級ACTS的構想，返回艙仍使用聯盟號的設計，大大提高了飛船的內部居住空間。然而，畢竟拼湊的色彩太濃厚，在2007年10月召開的ACTS飛船俄歐研發會議上，雙方決定研制一種類似阿波羅或者說類似獵戶座的新一代飛船，這將是與之前各類升級方案大相徑庭的兩艙式飛船，而且棄用俄羅斯傳統的鐘形返回艙，改用美國常用的錐形返回艙。

事實上，能源公司負責的ACTS飛船的錐形返回艙并非山寨美國飛船，蘇聯曾研制和發射過TKS大型貨運飛船（圖3），它就擁有典型的錐形返回艙設計，而ACTS的返回艙正是源自于此，它的側壁傾角很小，與側壁大傾角的獵戶座飛船截然不同。

對于這一構想，俄羅斯興趣濃厚，但歐空局一直對發展獨立載人航天能力猶豫不決，2008年底雙方中止合作，俄羅斯開始獨立研制新一代載人飛船。2009年4月6日，能源公司獲得了新飛船的研制合同，新飛船被命名為未來載人運輸系統（PPTS，圖4），它是一種兼顧近地軌道和登月任務的飛船。

圖3 TKS大型貨運飛船模型

“聯邦號”舉步維艱

PPTS又稱羅斯（Rus）飛船，原定使用新一代的羅斯-M（Rus-M）火箭發射，Rus-M是一種使用RD-180發動機的模塊化火箭家族，堪稱俄羅斯的Atlas V火箭。俄羅斯航天局曾對Rus-M火箭寄予厚望，但它研制花費太多而且和即將完成的安加拉火箭性能重合，2011年10月Rus-M火箭研制計劃慘遭取消，PPTS飛船將改用安加拉5P火箭發射。

圖4 2009年，PPTS的設計模型

圖5 聯邦號飛船模型

圖6 2013年正式亮相的PPTS

PPTS飛船的設計方案在接下來的幾年里不斷得到完善，比如原來激進的火箭反推垂直降落方案被放棄，最后還是選用常規的降落傘著陸方案。但俄羅斯人對返回艙10次重復使用的計劃始終初心不改。PPTS飛船分為近地版和登月版，前者重量14.4噸，后者20噸，主要區別在于登月版擁有更大的服務艙，具備從月球軌道脫離返回的能力。PPTS飛船的返回艙直徑可達4.4米，正好是聯盟號返回艙的2倍 ，它的內部空間可達17立方米，額定載人4人，基本性能和獵戶座飛船大致相當。

2012年12月，能源公司總裁宣布該公司完成了PPTS飛船的技術設計，如果預算經費正常撥付，飛船計劃2017年開始飛行試驗。遺憾的是，2014年后，俄羅斯經濟萎靡和航天預算的削減，嚴重影響到PPTS飛船的研制進度，如果按照2009年的計劃，2015年PPTS飛船就該上天了，2017年載人飛船也要開始發射了，但2014年底，俄方宣布PPTS飛船的首次發射將推遲到2021年，2015年又宣布首次發射時間將推遲到2022年，首次載人飛行任務則將推遲到2024年。

2015年8月，新一代飛船的征名活動展開，雖然備選名稱中“加加林”的呼聲最高，但2016年1月15日，俄羅斯航天局正式公布的命名卻是“聯邦號”（Federatsiya）。

圖7-8 聯邦號飛船設計示意圖

然而正式命名并沒有帶來好運，聯邦號飛船的研制進度繼續推遲，搭載的火箭又改為新研制的聯盟5號/鳳凰號（聯盟5號幾乎就是俄羅斯版的天頂號火箭）。更不幸的是，2018年，由于聯盟5號火箭的研制進度問題，聯邦號飛船首次發射時間將推遲到2026到2027年，首次載人發射時間自然更要后移。

新一代聯邦號飛船的研制實在步履維艱，而“聯盟”到“聯邦”的研制歷程對比，簡直就是干勁十足的蘇維埃聯盟到萎靡不振的俄羅斯聯邦的縮影。