苏/俄空间站:从何处来?要到哪里去?

  俄罗斯副总理鲍里索夫当地时间4月18日表示,鉴于国际空间站(ISS)已经严重老化,空间站运营合约也将于2024年到期,俄罗斯计划自2025年起退出该项目,并着手建造自己的空间站。

  这是俄罗斯对于空间站建设规划的最新表态。然而,对于这种非常烧钱的项目,俄罗斯真的能如期建造自己的空间站吗?

  响彻太空的“礼炮”

  在空间站的研发领域,苏联/俄罗斯占有举足轻重的地位。在登月项目的竞争中落败于美国后,苏联便开始将航天发展重心放在长期可驻人的大型载人空间站上。

“礼炮1号”空间站。

  “礼炮”系列中的1~5号空间站是苏联研发的第一代空间站。“礼炮1号”空间站于1971年4月19日发射,1971年10月11日坠毁,在轨175天,绕地2929 圈,飞行距离约1.19亿公里。“礼炮1号”总长约12.5米,最大直径4米,总质量18.5吨,可居住 6 名航天员,其核心任务是进行对地观测和太空实验。

  空间站由轨道舱、服务舱和对接舱三个主要舱段组成,包括主控制系统、方位与运动控制系统、发动机姿态与机动控制系统、远距离通信系统、电源系统、生命保障系统等, 并装有各种试验、照相摄影和科学实验等设备。为了实现太空对接和载人运输,“礼炮1号”设有一个飞船对接口。在轨期间,“礼炮1号”空间站与“联盟 11号”载人飞船成功对接, 3位航天员进入空间站工作生活24天, 完成了植物种植等一系列医学和科学实验。

  此后至1977年苏联又相继发射了“礼炮2号”至5号4 个空间站,这些都属于第一代空间站。第一代空间站以技术探索为主,只配备了一个对接口,所携带的氧气、燃料和食品等物资都比较有限,航天员在空间站驻留时间比较短,而且空间站在轨运行寿命也比较短。虽然有一些不足之处,但第一代“礼炮”系列空间站的成功标志着载人航天已经从规模较小、飞行时间较短的载人飞船,转向规模较大、运行时间较长的空间应用探索试验阶段,为后续的空间站建设提供了宝贵的经验。

  不久之后,苏联研制了容积更大、结构更复杂的第二代空间站——“礼炮6号” 和“礼炮7号”。“礼炮6号”空间站于1977年9月29日发射,1982年7月 29 日坠毁,在轨1764 天, 绕地28024 圈,飞行距离约11亿公里。“礼炮6号”由过渡舱、工作舱和中间室等3个密封压力舱以及科学实验仪器舱和两个非密封舱组成。

“礼炮6号”空间站。

  “礼炮6号”先后成功对接19艘“联盟”号和4 艘“联盟T”号载人飞船以及12 艘“进步”号货运飞船, 共有苏联、波兰、东德、古巴等9个国家16批合计33名航天员进站工作683天,出舱活动3次,其中两名航天员列奥尼德·波波夫和瓦列里·柳明创造185天飞行记录。在轨运行期间,“礼炮6号”完成了大量科学观测、地球资源观测、人体生物医学研究和技术实验。此外,还进行了大量半导体、晶体生长实验和用结晶炉及合金炉进行的金属冶炼实验。

  1982年4月19日,“礼炮7号”空间站发射入轨道,5月13日,“联盟T-5”号飞船载航天员别列祖瓦和列别多夫进入轨道并于14日与“礼炮7号”对接成功。“礼炮7号”运行期间,航天员基茨姆、索洛维耶夫和阿特科夫创造了在轨时间237天的新纪录,航天员进行了6次舱外活动,累计时间近23小时。航天员共进行了涉及各个方面的120多项实验,拍摄了1万张地球和太空照片,极大地丰富了空间科学宝库,取得了大量的成就。

  作为第二代空间站,“礼炮6号” 和“礼炮7号”配备了两个个对接口,将载人与运货分开, 可与“联盟”号系列载人飞船和“进步”号无人货运飞船同时对接, 提高了燃料、水、食物和其他消耗品等物资的补给能力, 延长了空间站寿命和航天员在轨时间,也标志着苏联空间站从基本工程研制向实用型的转变。

  承上启下的“和平”

  “和平”号空间站属于苏联第三代空间站,项目计划从1976年开始制定。“和平”号采用多用途轨道组合体结构,其核心舱于1986年2月20日发射,总长13.13米,最大直径4.2米,总重20.4吨,由球形增压转移舱、增压工作舱、不增压服务-动力舱,增压转移对接器四个基本部分组成,可提供基本的服务、航天员居住、生保、电力和科学研究能力。核心舱共有6个对接口,可同时与多个舱段对接。“联盟-TM”号载人飞船为“和平”号接送航天员,“进步-M”号货运飞船则为“和平”号运货。

  在随后10多年内,通过一系列发射任务,“和平”号逐渐完成了主体的搭建,其间还经历了苏联解体,后来的俄罗斯恢复了与美国的航天合作,“和平”号也因为和美国航天飞机计划合作而修改了一部分建设方案(原计划对接苏联“暴风雪”号航天飞机),新增了“光谱”号、对接舱和“自然”号三个舱段。“和平”号于1996年完全建设,全长87米,质量达175吨,有效容积470立方米,轨道高度400 千米。

“和平”号空间站。

  在运营期间,“和平”号空间站共驻留过28批主要考察组和数批访问乘组,共完成78次舱外活动,进行了23000多次科学研究和试验,共有来自12个国家的71人在“和平”号空间站工作过,完成了27项国际科学计划,取得的数据指标远超此前所有载人航天任务的总和。其中,航天员波利亚科夫连续飞行了438天,创造了单次飞行时间的世界纪录。作为美俄国际空间站合作计划的一部分,美国航天飞机与“和平”号空间站共进行了9次对接,进行了设备和航天员的交换,为建造和运营国际空间站积累了经验。

  多国共建的太空“结晶”

  苏联解体后,美国与俄罗斯决定共建一个新的空间站,同时接受其他一些国家的加入申请,这便是标准的第四代空间站——国际空间站,该项目是一个由美国国家航空航天局、俄罗斯联邦航天局、欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构、加拿大国家航天局和巴西航天局联合推进的国际合作计划。

  通过前期在“和平”号积累了足够的经验后,1998年11月20日国际空间站的第一个组件“曙光”号功能货舱发射成功。时至今日,国际空间站已经成为一个宽109米、长73米、高20米、重达419吨、内部容积为916立方米的“巨人”,自从 2000 年 11 月 2 日首次载人任务以来,它已经连续载人飞行20多年。

  国际空间站已有16个舱体在轨,其中俄罗斯占了5个,分别是:

  “曙光”号工作舱

国际空间站。

  “曙光”号工作舱是国际空间站的第一个组件,由俄罗斯赫鲁尼切夫空间中心和美国波音公司共同研制而成。其中赫鲁尼切夫中心负责货运舱的设计、生产和试验。“曙光”号重量为24.2吨,长13米,内部容积约72立方米,可以在不补充燃料的情况下连续飞行430昼夜。“曙光”号作为作空间站的基础,能提供电源、推进、导航、通信、姿控、充压的小气候环境等多种功能。其由“和平”号空间站上的“晶体”舱演变而来,设计寿命13年,电源最大功率为6千瓦,装有可接4个航天器的对接件。

  “星辰”号服务舱

  “星辰”号服务舱由俄罗斯承建,是国际空间站的核心舱,长13米,宽30米,重19吨,造价为3.2亿美元,于2000年7月12日送入太空,当月26日与国际空间站联合体对接。服务舱由过度舱、生活舱和工作舱等3个密封舱和一个用来放置燃料桶、发动机和通信天线的非密封舱组成。生活舱中设有供航天员洗澡和睡眠的单独“房间”,舱内有带冰箱的厨房、餐桌、供航天员锻炼身体的运动器械,并设计有14个舷窗。“星辰”共有4个对接口,可用于接待载人飞船或货运飞船,另外配有定位和电视联系系统,可保障服务舱与俄罗斯科罗廖夫地面飞行控制中心和美国休斯敦地面飞行控制中心的直接联系。

  “码头”多功能对接舱

  “码头”多功能对接舱由俄罗斯“能源”火箭航天公司研制,重约4吨,体积为13立方米,于2001年9月17日安装到国际空间站,主要用于增加国际空间站与地面间的货物、人员运输。“码头”对接舱一端与“星辰”号服务舱连接,另一端的对接装置能与“进步”系列货运飞船和“联盟”系列载人飞船对接。对接舱的一侧还有一个隔舱,当航天员穿上宇航服,调节好隔舱中的气压后,就可以打开隔舱门进行太空行走。

  “探索”号小型实验舱

  该舱段于2009年11月发射,其结构与“码头”对接舱类似,不过安装的设备更为先进。按照俄方的说法,“探索”号可用于对接俄“联盟”载人飞船和“进步”货运飞船,并承担空间站俄“星辰”号服务舱的部分功能,空间站航天员也能从“探索”号出舱进行太空行走。但“探索”号的主要用途还是科学试验,它将增加空间站内俄方科学试验的数量。

  “黎明”号小型实验舱

  “黎明”号小型实验舱在2010年5月由美“阿特兰蒂斯”号航天飞机运送至国际空间站,长约7米,重约78吨,主要用于科学实验。

  走向何方?

  随着时间的推移,国际空间站疲态渐露,多次漏气就反映了老化的问题。俄罗斯副总理鲍里索夫当地时间4月18日表示,鉴于国际空间站(ISS)已经严重老化,空间站运营合约也将于2024年到期,俄罗斯计划自2025年起退出该项目,并着手建造自己的空间站。

制造中的“科学”号多功能实验舱。

  俄罗斯计划在今年7月15日用质子-M运载火箭发射“科学”号多功能实验舱,用于扩展国际空间站的俄罗斯舱段,这是自2011年国际空间站完全建成后,俄罗斯首次部署大型舱段,而且一旦国际空间站退役,“科学”号可能成为俄罗斯空间站核心舱,在其基础进行扩展。

  该舱段从1995年开始建造,作为国际空间站第一个模块“黎明”号舱段的地面备份。2004年,俄罗斯决定节约资金为国际空间站建造一个新舱,并将“备份”改装为完全的飞行模块。“科学”号长13米,直径4.11米,质量20.3吨,气密空间70立方米。内部安装有多种新的补充设备,将为科学实验开展提供有利条件,利用其发动机可以对国际空间站进行姿态控制。该舱段还将取代“码头号”成为新的节点舱,提供货运飞船和实验舱的对接泊位。据悉,“科学”号将为第三名俄罗斯航天员配置两个床位以及空间站内的第二个厕所(“星辰”号服务舱配有2个休息室和一个厕所)。

  “科学”号原计划2007年发射,但经费问题、技术原因和政治等原因一再推迟。如果国际空间站退役,以“科学”号为基础的俄罗斯空间站将出现在世人面前。2020年,俄罗斯能源火箭航天集团公司提出建造新轨道空间站的构想,其建设计划将分为两个阶段进行。第一阶段在2025~2026年建成由核心舱、节点舱和气闸舱组成的空间站,内部空间可容纳2名航天员生活和工作。第二阶段在2026~2028年再为空间站补充4个舱,将内部空间扩展到464立方米,最多能容纳4名航天员在里面生活和工作。

  以“科学”号为基础建造自己的空间站可行性还是非常高的,只要再发射几个舱段就可以建成类似“和平”号的组合式大型空间站。目前,制约俄罗斯建造自己的空间站最大的障碍还是钱的问题。这几年,俄罗斯经济不景气,不少航天项目都没有按计划推进,比如“安加拉”系列火箭、“月球”-25探月项目等,提出的载人登月、重启航天飞机更是纸上谈兵。因此,俄罗斯能否顺利建造空间站只能由时间给出答案。

频道编辑:刘海龙

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