俄罗斯轨道服务站ROSS情况介绍

杨青格 张帆 （北京航天动力研究所）

俄罗斯离开现役“国际空间站”（ISS）项目后，俄罗斯轨道服务站（ROSS）将成为其在太空领域的前哨。目前，俄罗斯航天国家集团（ROSCOSMOS）已经确定了ROSS第一阶段的基本构型和参数。预计2024年秋季，ROSS的“科学和能源模块”（TEM）将搭乘安加拉－A5M（Angara－A5M）运载火箭入轨。

1 与“国际空间站”分道扬镳

俄罗斯已经公开表示，将会在2024年正式退出“国际空间站”合作项目。近年来，“国际空间站”组件的磨损越来越严重，包括“星辰”（Zvezda）模块频繁出现漏气问题。俄罗斯能源火箭航天公司（RKK Energia）的首席执行官弗拉基米尔·索洛维曾对此表示，到2025年后，“国际空间站”系统将会出现“雪崩式”的故障。

没有俄罗斯的技术加持，“国际空间站”将走向哪种结局尚未可知。尽管一些新款组件曾经计划应用于俄罗斯舱段，但最终也不了了之。不仅是因为这些组件的技术过时,更重要的是俄罗斯已经正式决定离开“国际空间站”，另立门户。

现阶段，美国和其他国家正在着手解决“国际空间站”的后续问题。由于俄罗斯“星辰”模块的动力系统负责空间站的轨道校正，如果直接移除该模块，将会给“国际空间站”带来较大影响。

2 设计概念“太空乐高”

ROSS由俄罗斯能源火箭航天公司负责开发。俄罗斯科学院院长亚历山大·谢尔盖耶夫认为，ROSS的设计概念接近于乐高积木：即设计具有开放性原则，所有的组件都可以被替换，且易于操作，以便延长ROSS的使用寿命。

根据俄罗斯航天国家集团公布的设计方案来看，就结构而言，ROSS可以视作大型的苏联和平号空间站（Mir）。共有5个永久元件通过一个节点模块彼此相连。未来，可以根据不同的任务再增加其他元件。

俄罗斯ROSS的相关参数

“科学和能源模块”

现阶段，俄罗斯航天国家集团正在准备发射第一个组件，即“科学和能源模块”。该模块于2010年组装，原计划用于“国际空间站”。俄罗斯航天国家集团现决定将其转用于ROSS。

“科学和能源模块”拥有实现自主飞行的所有必要系统：包括控制面板、定向陀螺仪、厨房、卫生间、床位等设施。在俄罗斯航天国家集团发布的一段视频中还出现了一个机器人模型，可能未来该模块的一些工作将由机器人“费多尔”（FEDOR）的衍生产品来完成。

“科学和能源模块”示意图

与“国际空间站”项目不同，ROSS的主要科学设备将放在外部，而非空间站内部。俄罗斯航天国家集团前任董事长德米特里·罗戈津曾在2022年1月的皇家会议上表示，ROSS的天底板将为空间站提供监视和转播设备，负责观察外层空间的设备状态，监测小行星和彗星等潜在威胁。

此外，ROSS不需要科研人员长期驻守。俄罗斯航天国家集团将采取短期访问的形式，派遣科研小组前往ROSS，频率为每年1～2次，每次访问时间为2个月，小组人员数量为2～4人，主要负责维护机器和监测系统的正常运行。其余时间，ROSS将采取自动化形式完成上述检测工作。俄罗斯航天国家集团之所以会缩短机组人员的停留时间，不仅仅是由于自动化技术的进步，更主要的是为了保障人员安全。至于重金打造的空间服务站具有哪些实用价值，罗戈津表示，轨道服务站设计的一个重要特点便在于其高度的可修复性，还可根据不同的任务调整目标设备和个别组件，利用率很高。

3 空间服务功能

俄罗斯未来轨道服务站的主要意义在于服务功能。首先，ROSS可以把其他航天器部署在轨道内，将多个模块组装成一个整体，从而对其进行维护和调整。ROSS将为航天器提供多种服务平台，并与轨道核动力拖船协同工作。由核动力拖船将航天器送达ROSS，当航天器完成维修任务后，再由核动力拖船将其运回。

其次，ROSS还可以直接从站内发送卫星，原理类似于使用机械臂从“国际空间站”发射小型卫星。

最后，ROSS还能对非常遥远的大型空间结构进行组装。例如：将星际航天器的大型部件从地球上以部件的形式送入轨道，然后由ROSS在轨道内将其组装成一个整体。当然，上述服务项目目前仅处于初级设计阶段，距离真正实施还有很长一段路要走。

4 高纬度轨道环境

2022年6月，俄罗斯航天国家集团表示，ROSS将在倾角为96°～98°的轨道上运行（“国际空间站”的倾角为51.6°）。得益于此，该服务站将可以覆盖整个地球表面，从南极到北极，一览无余。现役“国际空间站”仅覆盖了俄罗斯近20%的领土面积，北部地区几乎全部在辐射范围之外，甚至连莫斯科和彼得堡也只是偶尔可以看到很少的一部分。相比之下，俄机组人员可以从ROSS的舷窗（轨道高度为300～350km）俯瞰俄罗斯的全部国土。

倾角96°～98°的轨道环境通常也适用于侦察卫星，以便根据地面上物体的影子确定其形状。每隔1.5h，ROSS便可以经过北极上空，重点监视俄罗斯的北方海路，守护俄罗斯的国家经济利益。利用ROSS的导航跟踪，可以时刻掌握北极冰情的发展、主要含油区和污染区的变化。该空间服务站所在轨道将为科学研究开辟一条新的道路。原有的“国际空间站”轨道倾角为51.6°，周围的太空环境已经非常清楚。为了取得下一阶段的进步，载人航天不能始终局限于某个轨道范围。因此，俄罗斯航天国家集团决定走向更高的纬度。

然而，高纬度的空间环境非常不利于机组人员的健康。在极地地区，辐射带接近于地球表面，因此会出现极光。在这样的环境下，机组人员无法像在“国际空间站”那般，待满半年甚至1年的时间。俄罗斯科学院医学和生物问题研究所载人航天辐射安全部主任维亚切斯拉夫·舒尔沙科夫对此表示，总体而言，高纬度空间站的辐射水平将比“国际空间站”高出约30%。同时，太阳质子事件（由太阳耀斑或日冕发射产生的高能量质子和离子流）也将给机组人员带来巨大的危险。在现役“国际空间站”轨道遇到太阳质子事件后，辐射将增加10倍；但在高纬度空间站遇到太阳质子事件后，辐射将增加50倍。

幸运的是，根据数据显示，现阶段的太阳活动频率很低，此状态可以持续几十年之久。但当太阳辐射低的时候，机组人员还会面临另一种威胁，即暴露在银河射线下的机率大幅度增加，最主要的不利影响为记忆力下降。在现役“国际空间站”遇到银河射线后，辐射将低于1/2；而在高纬度地区，辐射将增加2/3。

俄罗斯航天国家集团并未企图遮掩未来轨道服务站的危险。他们公开表示，高纬度轨道意味着更高的辐射危险，因此需要大大缩短机组人员的飞行时间。当然，未来轨道服务站的重点并非在于机组人员将会面对的工作环境，而是空间站设备携带的巨大功能，以及将要完成的空间任务。因此，只要确保目标设备顺利运行，轨道服务站将会为世界提供非常宝贵的科学价值。考虑到高纬度的危险环境，俄罗斯航天国家集团已经将曾经的旅游舱段设计全部移除。此外，俄罗斯政府还需要采取其他手段，促进未来空间站的旅游效益。

5 发射计划

俄罗斯政府计划从本国境内将ROSS送入轨道，因此将发射地点定为东方航天发射场，运载器为安加拉－A5M重型火箭，发射时间为2024年。

目前俄罗斯航天国家集团已经在普列谢茨克发射场进行了3次安加拉－A5火箭的试飞，旨在为日后发射安加拉-A5M重型火箭奠定发射基础。尽管安加拉－A5在试飞期间成功入轨，但并未将有效载荷送入目标轨道。2023年4月12日，俄罗斯航天国家集团公开表示，2023年秋天将在东方发射场正式发射安加拉－A5火箭，若发射成功，将于2024年准时发射安加拉－A5M重型火箭。后续，ROSS机组人员将乘坐“雄鹰”（Orel）航天飞船前往。据悉，该飞船可容纳2～4名人员。第一次试飞（无人驾驶模式）计划将于2024年进行。

ROSS的创建工作将分为两个阶段进行。第一阶段为2024～2030年，将“科学和能源模块”送入轨道。第二阶段为2030～2035年，将其他模块送入轨道，目前这些模块还在设计之中。

尽管俄罗斯提出了很多ROSS相关的工作计划，但这些计划大概率会延期。鉴于ROSS所需的发射场、运载火箭和航天器也在试运行中，因此具体的发射时间尚未公布。

6 结语

相比现役的“国际空间站”，俄罗斯ROSS采用了非常灵活的设计结构，可以根据不同的任务调整模块组件，不仅提高了任务覆盖能力，还降低了产品维护成本。其“科学和能源模块”结构采用了自主运行模式，减少了机组人员的空间作业难度。此外，ROSS更加侧重于服务功能，提高了空间站的实用意义。未来配以核动力拖船技术，将会极大促进深空探索项目，将人类科学轨迹向宇宙深处延展。