2022 年俄羅斯航天國家集團太空任務執行情況分析

楊青格 張帆（北京航天動力研究所）

1 引言

2022 年1 月13 日 俄 羅 斯 航 天 國 家 集 團（ROSKOSMOS）前總經理德米特里·羅戈津在接受采訪時表示，2022 年俄羅斯計劃完成多項太空任務，其中包括兩項科學探索計劃：即自動星際站月球- 25（Luna - 25）和火星生物學- 2022 任務（ExoMars-2022），以及“國際空間站”（ISS）合作、多衛星軌道項目“球體”（Sphere）等。此外，俄羅斯航天國家集團將對東方發射場進行現代化升級，鋪設全新的推進劑管道，為“安加拉”（Angara）系列火箭和“聯盟”（Soyuz）系列運載火箭修建全新的發射臺。

2 科學探索計劃未能如期進行

月球-25 任務推遲至2023 年

早在2005 年，俄羅斯便提出未來月球自動監測計劃“月球-全球”，2006 年將其納入《2007-2015 年俄聯邦航天計劃》，并在2011 年決定從根本上對整個項目進行重組，2013 年將其更名為月球-25。自2016 年以來，拉沃奇金科學與生產協會及其附屬單位對月球-25 進行了多輪模擬測試，現在已經處于最后的組裝和測試階段，解決了很多技術問題，如對速度和漂移測量裝置（DISD-LR）進行調試等。

俄羅斯自動星際站月球-25 模型

對俄羅斯來說，月球-25 自動星際站可視作1976 年月球表面自動探測計劃的后續行動。盡管當時的研究結果表明月球上并無任何生命跡象，但后來軌道空間站的相關研究指出，月球在其天然衛星的兩極周圍地區可能含有水冰。于是月球-25 應運而生，旨在尋找潛在的月球水冰。這項任務目前由俄羅斯和中國共同參與，計劃于2032-2035 年期間在月球上建立一個自動科研基地。主要科學目標至少包括2 項：一是通過月震研究月球內部結構（包括確定月核的尺寸），這將有助于人類深入認識月球的起源；二是深入探測月球的自然資源，例如水和其他易揮發物質，以便在執行月球任務時，順利地開發有用的資源。

月球-25 可在月球表面自由軟著陸。根據結構設計可分為著陸裝置和儀器艙，總質量為1540kg，攜帶的科學設備質量為30kg，有效壽命為1 年。其著落裝置帶有減震支架和推進系統等設備，可沿著預先確定的軌道飛行，順利進入月球軌道并完成軟著陸；同時配備特殊的機械手，專用于鉆探土壤和取樣研究，重點為雷公巖；其中子和伽馬射線探測器（ADRON-LR）將用于探測并檢查石灰元素組成和含氫量，探測深度可達60cm。除了土壤之外，月球-25 將利用能量質量光譜儀（ARIES-L）和塵埃粒子探測器（PML）研究月球的外大氣層，即非常稀薄但仍然存在的自然地球衛星大氣層。儀器艙為非封閉式，配備了太陽能電池板和同位素電源，以及空間站的電子設備、科學儀器等。其數字通信和數據傳輸系統非常先進，可在遠達410000km 的范圍內提供穩定的通信信號，覆蓋月球全境。接收數據的速度最低為128Kbit/s，傳輸速度為64Kbit/s。

2021 年11 月11 日，上面級弗雷蓋特已經到達東方發射場

自動星際站月球-25 的原定發射時間為2022年5 月25 日-10 月19 日期間，發射地點選為東方發射場，運載火箭為聯盟-2.1b 火箭（上面級選用弗雷蓋特）。此次太空任務計劃在月球南極附近進行軟著陸練習，并對雷公巖的水冰含量進行接觸研究。但由于航天器上的速度和飛行距離測量儀不符合探月任務的技術要求，現將發射時間改為2023 年7-8 月。根據飛行計劃，聯盟-2.1b 火箭把有效載荷升至目標高度，由弗雷蓋特將月球-25 帶入地球衛星飛行軌道，下一步的飛行階段將由月球-25 自身的推進系統獨立完成。飛行時間將不超過5～6 天。在軌運行數天后，月球-25 將在月球的一個極地地區降落。

ExoMars 火星項目已經被取消

ExoMars-2022 項目原為俄羅斯航天國家集團和歐洲航天局（ESA）共同承辦，旨在尋找火星上過去和現在生命的跡象、調查火星水資源和化學環境的變化，以及火星大氣中的微量氣體等。

該項目由一個歐產火星車“羅莎琳德·富蘭克林”（Rosalind Franklin）和一個俄產著陸平臺“卡扎克”（Kazachok）組成。其中，著陸平臺由俄羅斯科學院空間研究所提供，可容納12 個儀器包。外表呈圓盤狀，直徑為3.4m，質量約827.9kg，有效載荷（如科學儀器等）質量為45kg。火星車則安裝在平臺頂部，距離地面近1m。下降艙將配備隔熱罩、降落傘、推進器和彈簧系統等設備，全力保障安全著陸。據悉，火星車計劃在任務期間可行駛數千米，與地球保持日均兩次的通信頻率，中繼器為ExoMars-2016 軌道飛行器。

該項目原計劃于2022 年8-10 月發射，地點為哈薩克斯坦的拜科努爾發射場，運載火箭為質子號。當2023 年4-7 月抵達火星后立即開始尋找火星區域內的生命痕跡，同時研究不同時期地球的含水量。然而很遺憾，2022 年7 月12 日下午歐洲航天局召開記者會正式宣布：歐洲航天局已決定終止與俄羅斯航天國家集團的一切合作，包括歐洲火星探索計劃中的ExoMars-2022 項目。且受歐美對俄羅斯的經濟、政治制裁影響，該項目將再無可能重啟。

探測器“羅莎琳德·富蘭克林”和著陸器“卡扎克”的外觀

3 獨立打造全新的空間站

俄羅斯航天國家集團和美國國家航空航天局（NASA）曾就延長“國際空間站”的運行時間至2030 年進行多輪磋商。現在，合作協議的有效期至2024 年（包括2024 年）。俄羅斯航天國家集團和美國國家航空航天局準備了一份關于交叉飛行的協議草案，討論后決定由俄羅斯航天員安娜·基金娜（Anna Kikina）參與“龍”飛船項目，并于2022 年10 月5 日，搭載載人“龍”（Dragon）飛船到達“國際空間站”。據悉，俄羅斯計劃于2022-2025 年期間在“國際空間站”內共完成100 多項空間實驗，重點研究新款抗病毒感染的藥物，同時使用3D 生物打印技術，分解多種病毒蛋白等。

盡管“龍”飛船項目看似很成功，但這也無法阻擋俄羅斯和美國對于“國際空間站”合作的分道揚鑣。2022 年8 月15 日，俄羅斯航天國家集團首次公布了空間站實體模型“俄羅斯軌道服務站”（ROSS）的初步設計。新的空間站ROSS 將會分為兩個階段發射，由4 個模塊構成。按照計劃，俄羅斯將在2035年建成ROSS，屆時可足以容納4 名航天員和眾多配套的科學儀器設備。

在與美國合作空間站項目時，俄羅斯主要負責空間站的推進模塊、天地往返運輸等技術，而成熟的艙內生命保障、設備控制，尤其是電子和信息方面等技術則多依賴于美國。因此ROSS 也在一定程度上代表著俄羅斯對于空間站的獨立自主和勢在必行。

俄羅斯新款空間站ROSS 模型

4 東方發射場的現代化升級已完成

東方發射場作為俄羅斯航天國家集團重金打造的新一代發射場地，目前正在進行多種基礎設施的完善升級，其中包括煤油管道和萘基管道的相互轉換，擴大清潔推進劑的使用范圍。根據東方發射場的官方資訊可知，這些管道將專用于“聯盟”和“安加拉”系列運載火箭。除了煤油和萘基管道，俄羅斯航天國家集團還在東方發射場重金打造了配套的天然氣運輸管道及其基礎設施，專用于未來的甲烷火箭。

同時，俄羅斯航天國家集團還計劃為“安加拉”火箭的新款氫氧上面級建造配套的制氫設施。目前俄羅斯已經開始了氫氧上面級新一階段的研制工作，并于2021 年底完成了主發動機RD - 0146D的點火試驗，推力達9t，結果很理想。新款氫氧發動機RD0150 也已經完成了階段性報告，目標推力定為55t。

除了推進劑管道建設，東方發射場內的安加拉-A5/A5B 重型火箭和聯盟-5 火箭的發射臺也將竣工，2023 年將由此發射安加拉-A5 火箭與新款載人飛船“奧廖爾”（Oryol）。其他用于發射安加拉-A5 火箭的空間綜合體也正在階段性交付，2022 年底將完成綜合體的內部運輸通道，為發射物資運輸保駕護航。據統計，2022 年東方發射場已經完成4 次大型發射任務。

東方發射場和安加拉-A5 火箭

“球體”衛星模型圖

5 正式運行多衛星軌道星座項目“球體”

俄羅斯多衛星軌道星座項目“球體”（Sphere）由俄羅斯總統普京于2018 年6 月提出，旨在用于衛星定位（導航）、地球監測和通信，實現真正意義上的衛星網絡技術突破，與馬斯克的“星鏈”（Starlink）以及英國的“一網”（One Web）衛星計劃三足鼎立。根據俄羅斯航天國家集團的官方數據可知，“球體”項目計劃向太空部署大約380 顆衛星，分為通信、導航、遙感等多種性能，具體包括通信衛星，互聯網寬帶連接衛星、物聯網衛星以及遙感衛星，希望以此創建一個綜合生態系統服務于“國際空間站”，將空間信息技術大幅提高。

2022 年俄羅斯正式推出“多衛星軌道星座計劃”（SKIF），其中包括“球體”首顆衛星——中軌道高速互聯網通信試驗衛星（Skif-D），用以獲得足額的軌道頻率資源和星座部署空間。據悉，SKIF 計劃在海拔8070km 的兩個軌道平面內設置12 顆衛星、地面控制系統和用戶設備，用以向俄羅斯人跡罕至的偏遠地區以及沿北海航線航行的船艦等提供高速的互聯網服務。每臺SKIF 設備的速度可達150Gbit/s，整個系統的速度甚至可達兆比特。

與“星鏈”系統類似，“球體”項目也將使用空間和地球的聯動通信，使用激光（Laser）開發兩個衛星間的通信終端，以此創建高速光通信通道。對此，俄羅斯航天國家集團提出，將在“國際空間站”上進行實驗測試量子通信和量子數據傳輸。除了激光和量子通信，“球體”項目還包括統一平臺項目（Type series），即為通信和遙感尋求一種可擴展的統一技術平臺。通過糾正設備的服務區域并重新分配光束功率，在未來確保將信號傳輸到另一個頻段，從而實現航天器的自由調整，根據外部條件等因素可將所有資源進行合理的配置。

2022 年的俄烏戰爭無疑成為了“球體”項目的強大推動外因：在“星鏈”的不斷刺激下，俄羅斯正在加緊完善“球體”的覆蓋范圍和輻射強度。2022 年4 月，俄羅斯正式開始擴大“球體”項目，共發射了162 顆軌道衛星，全力解決互聯網數字不平等問題。目前歷時3 年，俄羅斯聯邦政府已經向“球體”項目投資高達3.7 億美元。由此可見，空間安全作為國家安全體系的重要組成部分，理應得到充分的應用和重視。

6 結語

2022 年可謂是俄羅斯航天國家集團非常忙碌的一年，不僅要面對國際太空事業的升級和挑戰，還要解決由其衍生而來的軍事威脅。

探月、探火等載人航天任務多年來一直是世界航天領域的焦點，俄羅斯在月球-25、ExoMars-2022，以及“國際空間站”項目上投入了大量的時間和精力。盡管由于復雜多變的世界形勢，ExoMars-2022 項目不得不被中止，“國際空間站”合作也被迫分道揚鑣，但人類對于月球和火星的追尋絕不會止步于此。俄羅斯的月球-25 將會在不遠的未來更新月球事業的里程碑。

千里之行，始于足下。對于運載器發射來說，發射臺至關重要。當新一代的氫氧火箭再次得到重視后，配套的發射臺也開始成功使用，這充分地展現了俄羅斯航天事業統籌一體的決心。

就軍事威脅而言，俄羅斯快速發展本國的多衛星軌道項目，試圖將航天器的科學意義與軍事意義相融合，讓衛星發揮更大的作用，真正地為國家安全保駕護航。