原作者DF-express 冷战期间，美国人最终实现了载人登月，笑到了最后。但是前苏联在近地轨道的空间站上积累了大量的经验，从早期的礼炮与金刚石空间站，再到人类第一个多舱段空间站和平号，前苏联在空间站的建造经验上可以说是笑傲全球的。苏联解体后，继承了其大部遗产的俄罗斯依然是载人航天与空间站的重要玩家，国际空间站（ISS）上的曙光号、星辰号，还有刚刚完成对接的科学号都是由俄罗斯建造的。 除了继续参与建造与运营ISS之外，俄罗斯在多年之前就计划在ISS退役后，建造自己的独立空间站，即俄罗斯轨道空间站（ROS）。但是由于俄罗斯一直难有起色的经济状况以及复杂多变的国际形势，ROS的方案也一变再变。 1. 丰满的理想与残酷的现实——ISS俄罗斯舱段的计划 虽然本文主要介绍ROS的概念与计划，但是ROS的许多概念和ISS，特别是那些未完成的俄罗斯舱段有着非常大的联系，因此本文还是要先介绍ISS上，俄罗斯舱段的计划与现实。 1.1 雄心勃勃的计划——以科学电力桁架（NEP）为基础的俄罗斯舱段设计 基本建成的国际空间站ISS 第一眼看到ISS的图时，很多人都会被欧美舱段巨大的桁架，以及上面布置的大型散热板与太阳翼所吸引。这巨大的桁架以及上面的太阳翼也为欧美舱段的各个实验舱提供了充沛的电力，提供多个舱外实验挂载点，还主要支持了加拿大机械臂2（Canadarm 2）的工作。 但是，在ISS设计之初，它本可以变得更为壮观，在俄罗斯舱段的部分同样设计了巨大的桁架与太阳翼，这就是科学电力桁架（NEP）。NEP计划对接在星辰号的天顶对接口，其下部是一个小型的加压舱，而上部是较大型的展开式桁架，并在桁架上布置了4对大型太阳翼和一个大型的展开式散热板，欧洲机械臂（ERA）也将主要在NEP上活动。NEP最初计划由天顶号火箭发射，但根据俄美合作协议，很快就改计划为由航天飞机发射并运输至ISS。 科学电力桁架NEP 由NEP来提供充足的电力，俄罗斯也在ISS上规划了多个大型舱段。除了早早发射的曙光号与星辰号外，还包括基于TKS飞船设计的对接与储存舱（DSM，对接于曙光号天底对接口）、通用对接舱（UDM，对接于星辰号天底对接口），以及至少两个对接于UDM的大型科学实验舱。 早年间ISS设计图，可以看到后部俄罗斯舱段也有非常多个舱 NEP的概念非常吸引人，但是受迫于窘迫的经济，1998年上半年，俄罗斯就停止了为NEP拨款，此时ISS的第一个舱段——曙光号甚至还没有发射。之后，NEP的制造商，RKK Energia又提出了一个缩小版的NEP概念，加压舱与展开式散热片都被取消，太阳翼也减少到了2对。但是，这一概念也没有被延续下来，2004年左右，NEP项目被正式终止。 缩小版NEP概念图，俄罗斯舱段数量也已经开始减少 1.2 窘迫而尴尬的现实——越来越少的俄罗斯舱段 除了NEP被砍之外，其他俄罗斯的舱段也被逐渐削减。首先是在曙光号的天底对接口，DSM舱被取消。美国的一家商业公司曾计划与俄罗斯合作，开发一个商业舱段（Enterprise Module），由航天飞机发射对接于曙光号天底对接口，并广播电视节目等。但是这一项目商业反响寥寥，美国公司没有筹集到足够的钱，项目也胎死腹中。之后，俄罗斯利用NEP开发过程中生产的一个加压舱模型，改造成了小型科学实验舱-1（MRM-1），该舱段于2010年由航天飞机发射并对接于曙光号的天底对接口。 由航天飞机发射的MRM-1 在星辰号的天底对接口，UDM舱也被取消，科学实验舱的数量被减为了一个，并直接对接于星辰号。俄罗斯利用当年为曙光号制造的备份舱，开发了多功能实验舱（MLM-U，即科学号）。2021年，经历了多年推迟的科学号终于发射升空，在克服了诸多困难后对接于星辰号天底对接口。后续，俄罗斯还将在科学号的天底对接口对接一个小型节点舱（UM），这可能也是ISS俄罗斯舱段的最终模样。 在轨组装完成的MLM科学号 UM舱也将由进步飞船的推进舱运送至ISS 在NEP被取消后，俄罗斯舱段面临的一大问题是电力。不论是曙光、星辰还是科学，它们的太阳翼设计都十分古老，面积小并且发电效率低（曙光的太阳翼还叠了起来），因此俄罗斯舱段长期需要从欧美舱段获得电力。俄罗斯也曾经为解决这一问题做出了相应的规划，这就是科学电力模块（NEM）。这一舱段的具体设计我会在后文介绍，但简而言之，俄罗斯计划在节点舱（UM）上对接两个同时带有大型加压舱与大型太阳翼的科学实验舱，已解决科学实验与电力的问题。最终只有一个NEM获得了拨款，并且由于进度问题不会再对接ISS，但这一设计对后续的ROS至关重要。 ISS上两个NEM舱段的概念图 已经被生产出来的NEM-1加压舱 科学号对接后，最终ISS俄罗斯舱段的样子 2. 老骥伏枥——以科学号为核心舱的ROS概念 预见到ISS退役问题时，俄罗斯也开始早早规划自己的新一代空间站，ROS。但同时考虑到窘迫的经济，俄罗斯一开始规划ROS是极大地基于ISS的，具体来说，就是将ISS上较新的几个舱段分离出来，形成独立的空间站。 2.1 最后的TKS飞船——科学号 质子-M火箭将科学号发射升空 2021年7月21日，质子-M火箭将科学号实验舱发射升空，7月29日，科学号对接于ISS。虽然2021年才发射，但科学号的设计其实非常古老，其基于TKS飞船的加压舱设计能够追溯到45年之前 地面上的科学号飞船 TKS飞船最早是为俄罗斯的＂金刚石＂军用空间站设计的，用于下行胶卷等物资，不过最终并没有行使这一功能。TKS飞船于1977年进行了首次轨道测试，随后两艘TKS飞船分别与礼炮六号与礼炮七号进行了对接。TKS飞船的设计上，顶部是返回舱TKS-VA，后部是货物运输舱TKS-FGB。除了上述三艘TKS飞船，后三艘TKS飞船中，TKS-4被改造成了TKS-M飞船，只包含FGB模块，并为礼炮七号运去了物资；而TKS-5和TKS-6被分别改造成了和平号量子1号舱与极地号的拖船。 TKS飞船构型图 与礼炮七号对接的TKS-3飞船CG图 虽然之后再也没有TKS飞船执行过返回任务，但是前苏联/俄罗斯还是看上了其优秀的加压舱设计，并在此基础上开发了多个基于TKS的空间站舱段。和平号前向对接口上的四个实验舱，量子2号、晶体号、光谱号、自然号，都是基于TKS飞船的设计。而ISS上的曙光号同样也是基于TKS飞船（甚至其名字都还叫FGB），而前身作为曙光号备份的科学号飞船，也是最后一艘被制造并发射的TKS飞船。 和平号前部的四个舱段都是TKS飞船设计 曙光号也是TKS飞船设计 2.2 ISS下了个＂蛋＂——基于科学号的ROS概念 原本，ISS计划在2020年前后退役，俄罗斯也基于此时间线，决定将那时状态较好的几个舱段分离出来，组合成新的俄罗斯空间站ROS，并在此基础上添加舱段。这一阶段的设计稿也随着ISS上俄罗斯舱段的削减而多次改变。到了2015年左右，方案基本定型，其核心舱为科学号，并在科学号的前向对接口上对接节点舱UM，UM上又可对接供航天员出舱的气闸舱ShM与一个充气舱TM。科学动力模块NEM主要看其进度，能够赶在ISS退役之前发射则同样在ISS上组装，若来不及就到ROS阶段再发射并对接。之后，在科学号超寿之后，也会发射第二个NEM舱来接替科学号。 ROS空间站的早期以科学号为核心舱 ROS后期NEM-2会替代科学号 除此之外，ROS还带有一个自由飞平台OKA-T，用以进行极端微重力等实验，该飞船可以独立飞行18个月，之后与ROS对接一次，补给燃料，并可由宇航员取回样本或更换实验设备。 OKA-T自由飞平台 与ROS对接的OKA-T（NEM-1未发射） 利用国际空间站组装新空间站的好处是显而易见的，在空间站早期阶段，就可以借助ISS上的机械臂等进行较多较复杂的组装，出现问题也可以及时人为干预。例如，科学号上的货物气闸舱、展开式散热板，以及其他一些舱外组建就在2010年随着MRM-1运输至ISS，之后会由机械臂ERA进行安装。而且利用ISS现有舱段也是非常经济适用的做法，适合经费吃紧的俄罗斯。 MRM-1上会安装到科学号上的组件（绿色） 除此之外，ROS也可以继续使用ISS的51.6度倾角，这意味着载人飞船等可以延续ISS的使用方法等，也方便在ROS上继续开展国际合作。 ROS与ISS分离 3. 全新的开始——以科学电力模块NEM为核心舱的ROS概念 以科学号为核心舱的ROS空间站设计很省钱，但也面临着几个问题。首先是科学号在地面的保存状况极其差，这也是其推迟多年迟迟不能上天的原因。除此之外，科学号的加压舱设计也确实太老了，其加压舱直径全程只有2.8米，不仅空间逼仄，航天员生活难受，还不能支持国际标准机柜的安装。也正是由于这几个原因，2017年前后，ROS的设计变成了直接以科学电力模块NEM为核心舱。 3.1 不想当核心舱的科学号 科学号原计划是2007年发射的，却一路推迟到了2021年，其中造成推迟的最大原因是推进剂储箱金属屑污染问题。一开始俄罗斯寄希望于更换备份储箱，但很快发现备份储箱同样被污染，而清理储箱也没有得到理想的效果。最终，在2017年，俄罗斯决定将科学号的储箱更换为多个来自Fregat上面级的储箱。这一措施对于科学号对接ISS并无影响，但是，Fregat储箱没有接受燃料补加的能力，这也意味着科学号不可能作为一个空间站的核心舱了，ROS的概念不得不更改。 更换了Fregat储箱的科学号 虽然看起来只是一个技术问题，但也有小道消息表示，实际上这背后存在着政治博弈。由于科学号的设计实在太老，保存状态也实在不尽人意，俄罗斯宇航机构并不希望将科学号作为新空间站的核心舱，甚至不想将其发射到ISS（这样会占用不少资金）。但是俄罗斯政府机构认为改造科学号更为节省资金，并不怎么愿意为新空间站提供更多的资金。科学号更换储箱正是出于这样的博弈，结果也算是双方各退一步，科学号发射前往ISS，而ROS获得更多的资金以开发新舱段。 3.2 ＂趋同演化＂——科学动力模块NEM 前面已经提到过，NEM最初的概念提出是为了同时为ISS俄罗斯舱段提供大型加压舱与强大的供电能力，而目前，NEM将成为ROS的核心舱。也正是在＂大型加压舱＂与＂大型太阳翼＂这两个强限制条件下，NEM的设计与中国空间站的两个实验舱非常相似。NEM的前段为大型的加压舱，直径为4.1m，可以支撑国际标准机柜的安装；后部为直径较小的非加压舱，布置了散热片、中继天线等；最末端为支撑太阳翼的短桁架，以及面积达到155平方米的大型太阳翼。这样的太阳翼能够产生18kW的电力，并为NEM上的载荷提供至少12kW电力。 NEM的设计图 而在ROS的远期设计中，还有另一个基于NEM设计的舱段。这一舱段使用和NEM相同的加压舱设计，但是尾部的非加压舱与大型太阳翼被替换为了对接舱，能够用于对接联盟飞船、进步飞船，以及远期的联邦飞船，而在对接舱上安装了一对小型的太阳翼，应该只是在舱段对接前提供基本的供电。 携带对接舱的大型舱段 3.3 第一个SSO空间站？——新ROS设计概念 在俄罗斯论证新的ROS概念的同时，国际政治也是风云突变。乌克兰以及克里米亚的风波之后，俄罗斯面临欧美越来越多的制裁与打压。与此同时，以NEM为核心舱的设计也使得ROS的组装过程不再依赖于ISS。因此，俄罗斯已经确定会将新的空间站部署在更高倾角的轨道上，以对俄罗斯本土有更多的覆盖。俄罗斯甚至还计划直接将ROS部署在SSO轨道上，当然，SSO更为恶劣的辐射条件是一个需要仔细考虑的问题。 目前ROS的建造计划如下，首先发射核心舱NEM，随后分别利用进步号飞船的推进舱将节点舱UM、气闸舱ShM送至ROS并对接，这就建成了ROS的基本构型，NEM除了作为核心舱外，也可开展一些科学实验。 节点舱UM与NEM-1/ROS对接 气闸舱ShM与ROS对接 之后，根据需求，会发射第二个NEM舱段，此后发射的第三、第四个舱段为尾部是对接舱的大型舱段，还会发射一个带有暴露实验段的货物气闸舱，最后形成带有4个大型舱段、3个小型舱段的ROS完全体，接近和平号的规模。 ROS建造的两个阶段 而根据之前的一些报道，ROS的四个大型舱段中，一个（NEM-1）为科学与核心舱，剩下三个分别为太空旅游舱、生产舱、储存舱（在ISS规划时，NEM-2舱也是专用的旅游舱）。这也可以看出，ROS和ISS不同，科学实验所占据的份额很少，占比更大的是太空旅游以及太空微重力生产为主的产业化内容。至于这样的构想能否成功，我们拭目以待。 ROS四个舱段可能的分工 注：本文大量的图片以及许多资料来自于russianspaceweb，也向其作者Anatoly Zak表示感谢