“联盟TMA”飞船的现代化再造

□ 李浩悦 编译

2010年10月8日，俄罗斯“联盟TMA-M”载人飞船于顺利飞往国际空间站。该飞船是2002年发射的“联盟TMA”飞船的最新现代化改型，俄罗斯“能源”火箭航天集团第一副总设计师、飞船系统总设计师叶甫盖尼·安纳托利耶维奇·米克林向本刊战略合作伙伴俄罗斯《航天新闻》记者介绍了这艘新飞船的一些特点。

记者：叶甫盖尼·安纳托利耶维奇先生，请您介绍一下“联盟TMA”飞船改造工作的情况！

叶甫盖尼：改造联盟“TMA”飞船的主要目的是为了发展科技和生产潜力，为制造俄罗斯未来的运输飞船做准备。这项工作所取得的经验和成果，可以用来探索和论证新型飞船的设计方法、技术方案和组织管理措施。

同时，通过对控制系统进行设备改造和软件升级，使“联盟TMA-M”飞船成为现代化的载人宇宙飞船。

记者：对飞船进行升级改造的想法是何时产生的，又是怎样发展的？

叶甫盖尼：自国际空间站上“星辰”号服务舱发射上天以后，我们积累了研制数字控制系统的经验。

联盟TMA-M飞船在总装厂房

“联盟”系列飞船已经运营了40多年，它是世界上最可靠的载人飞船。“联盟”飞船也经历了数次升级改进，每一次改进，都使其能力得到扩展，可靠性、安全性和效率得到提升。相应地，飞船的名字也有所改变，从最初的“联盟”变为“联盟T”、“联盟TM”及“联盟TMA”。2010年10月8日发射的“联盟TMA-M”，它是“联盟TMA”的升级型号。就控制系统变化的规模和程度而言，该飞船在很大程度上也可以认为是“联盟”飞船的第四次现代化改造产品。

升级改造工作可以划分为三个阶段，第一阶段是制造基础型的“联盟-TMA”飞船（它于2002年飞往国际空间站）。该飞船应用了：KS020-М降落控制计算机、带六轴加速计的线性加速度测量组件，带计算机的“海王星”-ME航天员操纵台。

首艘联盟TMA-M飞船在总装测试

第二阶段是制造“进步M-M”货运飞船，它于2008年夏季开始试飞。飞船上原来以“氩”-16中心计算机为基础的计算系统，被更换为能够在飞行中持续工作的新计算系统。新的计算系统由Submicron公司研制，应用了CVM101中心计算机和BUS101-1与BUS101-2协调部件。CVM101是现代化的计算机，配有RISC 3081处理器，能够实现复杂的运动控制算法。飞船上还安装有新的MBITS数字遥测系统。此外，在控制系统中单轴陀螺仪三轴加速计被改换为沿锥面配置的五轴BIPS-M加速计，从而提高了设备的可靠性，并且沿飞船三个机体轴线使用测量信息加速计。BIPS-M是新控制系统最关键的器件。货运飞船控制系统的软件也进行了升级，“进步M-01M”飞船执行各种状态的控制工作后剩余的资源（只读存储器、运算存储器、周期程序工作时间）达到60%，证实其能够用于新的“联盟TMA-M”飞船。

最后，第三个阶段就是研制“联盟TMA-M”载人飞船。该飞船中使用了升级改造的“海王星”操纵台，它安装了新型的计算、信息显示设备、新的接口和软件。操纵台的硬件设备于2009年在“联盟TMA”上进行了测试。

“联盟TMA-M”飞船上所有的计算机设备，如CVM101、KS020-M和操纵台计算机都连入统一的计算网中，形成飞船数字计算综合体（BCVK）。飞船与空间站对接以后，BCVK与国际空间站俄罗斯舱段的计算系统可集成起来。这样，飞船上所有的信息都可以与空间站的控制系统互联互通。例如，当载有航天员的飞船执行向地面紧急返回的情况下，可以在“联盟TMA-M”飞船的BCVK更改导航信息，这也便于执行正常的返回任务。复杂的一体化控制系统能够在现代化水平下控制国际空间站俄罗斯舱段。

“联盟TMA-M”飞船CVM101计算机软件的核心与“进步”M-M飞船相当。在编写载人飞船控制系统软件的过程中采用了新的算法，修改了靠近、停泊控制算法，其自动驾驶调节能力和非正常情况下的稳定性更好，可靠性也得到提高。在对接过程中减缓了对接速度，降低了误差，也降低了空间站的工作量，有利于延长空间站的寿命。

记者：请再次简短复述一下“联盟TMA-M”新颖之处

叶甫盖尼：它们是：

·制造一体化的飞船控制系统

·能够连接承担轨道操纵任务的中心计算机CVM101

·返回控制计算机KS020-M

·新型操纵台“海王星”

·MBITS遥测系统

·所有与新设备关联的接口

·飞船数字计算综合体软件

记者：我们在“能源”火箭航天集团公司网站上见到，飞船的结构质量减轻了70千克，这是在完成所有改造后的结果吗？

叶甫盖尼：的确是这样，这是飞船结构减轻的质量，这主要是通过应用CVM101计算机和MBITS遥测系统实现的。

联盟TMA-M飞船在轨飞行

联盟TMA-M飞船结构图

记者：返回舱内部的容积及返回质量有变化吗？

叶甫盖尼：控制系统设备大部分变化主要触及的都是仪器舱。返回舱基本没有变化。

记者：飞船的自主飞行时间以及在空间站上停留的时间是否和从前一样？

叶甫盖尼：这些都和过去一样。

记者：使用的元器件，是俄罗斯还是国外生产的？

叶甫盖尼：当然，我们也希望尽量使用俄罗斯生产的元器件，我们在做这方面的努力。但实际上，我们使用的既有俄罗斯的元器件，也有国外的。拿计算设备来说，有95%的元器件产自俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰。CVM101计算机和处理器、存储器是按照我们的认证要求在国外生产的。从2011年开始，CVM101将使用国产的1890BM1T处理器。

记者：在早期的“联盟”飞船上，随航工程师起着非常重要的作用，现在指令长能够独立执行所有的操作管理吗？

叶甫盖尼：飞船的驾驶策略是多年形成的。目前经过修正的、可靠的、非常好的人机界面，清楚地界定了指令长和随航工程师的作用。应当指出，我们以与国际空间站的工作程序为背景对飞船进行了改进，人机界面以及某些操作策略有了一些变化，但都是很小的。新的“联盟TMA-M”飞船基本保持了过去的操作界面。当然，随着新的“海王星”操纵台的应用，航天员的能力得到扩展。还应当强调一点，飞船指令长亚历山大·卡列里和其他一些航天员也参与了新飞船控制系统的研制。

记者：地面飞行控制中心有什么变化吗？

叶甫盖尼：为了确保现代化数字设备的工作，飞行控制中心安装了新的管理控制设备。已经在“进步M-M”飞船的飞行中对飞行控制工作进行了改变。例如，在软件程序中，能够对获取的遥测信息进行分析，并根据分析做出调整。在“联盟TMA-M”飞船上，这样的工作也在继续。这可以使飞行控制中心和飞船上的人员工作更加舒适。

进步M-M货运飞船

装配中的进步M-M货运飞船

记者：原来的“氩”计算机系统有很强的抗干扰能力和较高的可靠性，新计算机系统的可靠性是怎样保障的？

叶甫盖尼：系统工程方法、模块化结构、灵活的控制方式、能力更强的新软件，它们奠定了飞船控制系统的基础。与此同时，在制造CVM101计算机和BUS101设备的过程中，保持了三重冗余和硬件多数制原则。并且随着集成度的提高，电子元器件的数量显著减少，与基于“氩”中心计算机的飞船数字计算综合体相比，系统设备的可靠性也得到了提高。“联盟TMA-M”飞船上新的数字计算综合体软件经历了充分的模拟和调试。这些措施可以保障控制回路可靠工作，从而实现了“联盟TMA-M”飞船自动执行飞行任务。

记者：发射准备工作及自主飞行和对接时有何特点？

叶甫盖尼：要知道，飞船控制系统、飞行控制中心的程序保障、航天员机组的技术准备程序都有所改变。此外，所有的工作都与国际空间站的飞行程序步调一致。同时，现代化的软件减轻了这些工作的负担。如果出现某种故障，他们也能够尽快找出原因及解决措施。飞船飞行、入轨、与国际空间站交会对接都是自动完成的，这是个了不起的成就。

记者：“联盟TMA”的完善工作是否还要继续？

叶甫盖尼：当然要继续。首先，要增加飞船数字化控制系统的功能。例如，使用卫星导航设备来测量轨道参数。目前，这些工作还需要靠地面测量站对轨道进行无线电监控。此外，打算把已经过时的“量子”无线电设备更换为统一指挥遥测系统（EKTS）；为了提高手动控制状态下的可靠性，需将其应用范围扩展到数千米远；打算在控制系统中引入激光测距仪；准备为“航向”靠近仪更换更加现代化的元器件，使其质量更轻；还将为CVM101的软件程序增加新仪器设备的控制算法。这些工作预计还需要大约两年的时间。

记者：最近经常出现关于“月球”号飞船消息，是否可以认为，新飞船的出现，使得环绕月球旅行的可能性又接近了呢？

叶甫盖尼：对于飞往月球、火星及其它天体来说，还需要很多必要条件。例如，需要大推力的运载火箭、兆瓦级核动力轨道拖船（目前我们正在做），需要一些政策性的文件、企业和组织机构的协作、相应的经费保障等。当这些条件都具备的时候，我们就可以讨论，在什么时候及如何飞行。

总之，绕着月球飞行的任务已经完成了，我们还要再重复吗？仅仅是环绕月球飞行？或是运载游客们去观光？这需要更加全面地去审视，要在国家层面，或者在全球的计划下慎重分析这样的飞行计划。

记者：欧空局曾提议基于“联盟”号飞船的联合研制俄-欧飞船乘员太空运输系统（Crew Space Transportation System），这个问题商议的结果怎样？

叶甫盖尼：欧空局是俄罗斯航天局的重要合作伙伴。现在就双方公布的消息来看，关于这个问题的谈判还没有开展。看起来欧洲人已经放弃了联合研制，尽管我们一起在制造ATV（自动转移飞行器）货运飞船。现在他们想要基于ATV制造自己的载人飞船。从货运到载人还有很长一段路要走，要完成它并非易事。

联盟TMA-M飞船座舱内部一隅