俄羅斯軌道服務站ROSS情況介紹

楊青格 張帆 （北京航天動力研究所）

俄羅斯離開現役“國際空間站”（ISS）項目后，俄羅斯軌道服務站（ROSS）將成為其在太空領域的前哨。目前，俄羅斯航天國家集團（ROSCOSMOS）已經確定了ROSS第一階段的基本構型和參數。預計2024年秋季，ROSS的“科學和能源模塊”（TEM）將搭乘安加拉－A5M（Angara－A5M）運載火箭入軌。

1 與“國際空間站”分道揚鑣

俄羅斯已經公開表示，將會在2024年正式退出“國際空間站”合作項目。近年來，“國際空間站”組件的磨損越來越嚴重，包括“星辰”（Zvezda）模塊頻繁出現漏氣問題。俄羅斯能源火箭航天公司（RKK Energia）的首席執行官弗拉基米爾·索洛維曾對此表示，到2025年后，“國際空間站”系統將會出現“雪崩式”的故障。

沒有俄羅斯的技術加持，“國際空間站”將走向哪種結局尚未可知。盡管一些新款組件曾經計劃應用于俄羅斯艙段，但最終也不了了之。不僅是因為這些組件的技術過時,更重要的是俄羅斯已經正式決定離開“國際空間站”，另立門戶。

現階段，美國和其他國家正在著手解決“國際空間站”的后續問題。由于俄羅斯“星辰”模塊的動力系統負責空間站的軌道校正，如果直接移除該模塊，將會給“國際空間站”帶來較大影響。

2 設計概念“太空樂高”

ROSS由俄羅斯能源火箭航天公司負責開發。俄羅斯科學院院長亞歷山大·謝爾蓋耶夫認為，ROSS的設計概念接近于樂高積木：即設計具有開放性原則，所有的組件都可以被替換，且易于操作，以便延長ROSS的使用壽命。

根據俄羅斯航天國家集團公布的設計方案來看，就結構而言，ROSS可以視作大型的蘇聯和平號空間站（Mir）。共有5個永久元件通過一個節點模塊彼此相連。未來，可以根據不同的任務再增加其他元件。

俄羅斯ROSS的相關參數

“科學和能源模塊”

現階段，俄羅斯航天國家集團正在準備發射第一個組件，即“科學和能源模塊”。該模塊于2010年組裝，原計劃用于“國際空間站”。俄羅斯航天國家集團現決定將其轉用于ROSS。

“科學和能源模塊”擁有實現自主飛行的所有必要系統：包括控制面板、定向陀螺儀、廚房、衛生間、床位等設施。在俄羅斯航天國家集團發布的一段視頻中還出現了一個機器人模型，可能未來該模塊的一些工作將由機器人“費多爾”（FEDOR）的衍生產品來完成。

“科學和能源模塊”示意圖

與“國際空間站”項目不同，ROSS的主要科學設備將放在外部，而非空間站內部。俄羅斯航天國家集團前任董事長德米特里·羅戈津曾在2022年1月的皇家會議上表示，ROSS的天底板將為空間站提供監視和轉播設備，負責觀察外層空間的設備狀態，監測小行星和彗星等潛在威脅。

此外，ROSS不需要科研人員長期駐守。俄羅斯航天國家集團將采取短期訪問的形式，派遣科研小組前往ROSS，頻率為每年1～2次，每次訪問時間為2個月，小組人員數量為2～4人，主要負責維護機器和監測系統的正常運行。其余時間，ROSS將采取自動化形式完成上述檢測工作。俄羅斯航天國家集團之所以會縮短機組人員的停留時間，不僅僅是由于自動化技術的進步，更主要的是為了保障人員安全。至于重金打造的空間服務站具有哪些實用價值，羅戈津表示，軌道服務站設計的一個重要特點便在于其高度的可修復性，還可根據不同的任務調整目標設備和個別組件，利用率很高。

3 空間服務功能

俄羅斯未來軌道服務站的主要意義在于服務功能。首先，ROSS可以把其他航天器部署在軌道內，將多個模塊組裝成一個整體，從而對其進行維護和調整。ROSS將為航天器提供多種服務平臺，并與軌道核動力拖船協同工作。由核動力拖船將航天器送達ROSS，當航天器完成維修任務后，再由核動力拖船將其運回。

其次，ROSS還可以直接從站內發送衛星，原理類似于使用機械臂從“國際空間站”發射小型衛星。

最后，ROSS還能對非常遙遠的大型空間結構進行組裝。例如：將星際航天器的大型部件從地球上以部件的形式送入軌道，然后由ROSS在軌道內將其組裝成一個整體。當然，上述服務項目目前僅處于初級設計階段，距離真正實施還有很長一段路要走。

4 高緯度軌道環境

2022年6月，俄羅斯航天國家集團表示，ROSS將在傾角為96°～98°的軌道上運行（“國際空間站”的傾角為51.6°）。得益于此，該服務站將可以覆蓋整個地球表面，從南極到北極，一覽無余?，F役“國際空間站”僅覆蓋了俄羅斯近20%的領土面積，北部地區幾乎全部在輻射范圍之外，甚至連莫斯科和彼得堡也只是偶爾可以看到很少的一部分。相比之下，俄機組人員可以從ROSS的舷窗（軌道高度為300～350km）俯瞰俄羅斯的全部國土。

傾角96°～98°的軌道環境通常也適用于偵察衛星，以便根據地面上物體的影子確定其形狀。每隔1.5h，ROSS便可以經過北極上空，重點監視俄羅斯的北方海路，守護俄羅斯的國家經濟利益。利用ROSS的導航跟蹤，可以時刻掌握北極冰情的發展、主要含油區和污染區的變化。該空間服務站所在軌道將為科學研究開辟一條新的道路。原有的“國際空間站”軌道傾角為51.6°，周圍的太空環境已經非常清楚。為了取得下一階段的進步，載人航天不能始終局限于某個軌道范圍。因此，俄羅斯航天國家集團決定走向更高的緯度。

然而，高緯度的空間環境非常不利于機組人員的健康。在極地地區，輻射帶接近于地球表面，因此會出現極光。在這樣的環境下，機組人員無法像在“國際空間站”那般，待滿半年甚至1年的時間。俄羅斯科學院醫學和生物問題研究所載人航天輻射安全部主任維亞切斯拉夫·舒爾沙科夫對此表示，總體而言，高緯度空間站的輻射水平將比“國際空間站”高出約30%。同時，太陽質子事件（由太陽耀斑或日冕發射產生的高能量質子和離子流）也將給機組人員帶來巨大的危險。在現役“國際空間站”軌道遇到太陽質子事件后，輻射將增加10倍；但在高緯度空間站遇到太陽質子事件后，輻射將增加50倍。

幸運的是，根據數據顯示，現階段的太陽活動頻率很低，此狀態可以持續幾十年之久。但當太陽輻射低的時候，機組人員還會面臨另一種威脅，即暴露在銀河射線下的機率大幅度增加，最主要的不利影響為記憶力下降。在現役“國際空間站”遇到銀河射線后，輻射將低于1/2；而在高緯度地區，輻射將增加2/3。

俄羅斯航天國家集團并未企圖遮掩未來軌道服務站的危險。他們公開表示，高緯度軌道意味著更高的輻射危險，因此需要大大縮短機組人員的飛行時間。當然，未來軌道服務站的重點并非在于機組人員將會面對的工作環境，而是空間站設備攜帶的巨大功能，以及將要完成的空間任務。因此，只要確保目標設備順利運行，軌道服務站將會為世界提供非常寶貴的科學價值?？紤]到高緯度的危險環境，俄羅斯航天國家集團已經將曾經的旅游艙段設計全部移除。此外，俄羅斯政府還需要采取其他手段，促進未來空間站的旅游效益。

5 發射計劃

俄羅斯政府計劃從本國境內將ROSS送入軌道，因此將發射地點定為東方航天發射場，運載器為安加拉－A5M重型火箭，發射時間為2024年。

目前俄羅斯航天國家集團已經在普列謝茨克發射場進行了3次安加拉－A5火箭的試飛，旨在為日后發射安加拉-A5M重型火箭奠定發射基礎。盡管安加拉－A5在試飛期間成功入軌，但并未將有效載荷送入目標軌道。2023年4月12日，俄羅斯航天國家集團公開表示，2023年秋天將在東方發射場正式發射安加拉－A5火箭，若發射成功，將于2024年準時發射安加拉－A5M重型火箭。后續，ROSS機組人員將乘坐“雄鷹”（Orel）航天飛船前往。據悉，該飛船可容納2～4名人員。第一次試飛（無人駕駛模式）計劃將于2024年進行。

ROSS的創建工作將分為兩個階段進行。第一階段為2024～2030年，將“科學和能源模塊”送入軌道。第二階段為2030～2035年，將其他模塊送入軌道，目前這些模塊還在設計之中。

盡管俄羅斯提出了很多ROSS相關的工作計劃，但這些計劃大概率會延期。鑒于ROSS所需的發射場、運載火箭和航天器也在試運行中，因此具體的發射時間尚未公布。

6 結語

相比現役的“國際空間站”，俄羅斯ROSS采用了非常靈活的設計結構，可以根據不同的任務調整模塊組件，不僅提高了任務覆蓋能力，還降低了產品維護成本。其“科學和能源模塊”結構采用了自主運行模式，減少了機組人員的空間作業難度。此外，ROSS更加側重于服務功能，提高了空間站的實用意義。未來配以核動力拖船技術，將會極大促進深空探索項目，將人類科學軌跡向宇宙深處延展。