楊青格 張帆（北京航天動力研究所）

1 引言

2022 年1 月13 日 俄 羅 斯 航 天 國 家 集 團（ROSKOSMOS）前總經(jīng)理德米特里·羅戈津在接受采訪時表示，2022 年俄羅斯計劃完成多項太空任務(wù)，其中包括兩項科學(xué)探索計劃：即自動星際站月球- 25（Luna - 25）和火星生物學(xué)- 2022 任務(wù)（ExoMars-2022），以及“國際空間站”（ISS）合作、多衛(wèi)星軌道項目“球體”（Sphere）等。此外，俄羅斯航天國家集團將對東方發(fā)射場進行現(xiàn)代化升級，鋪設(shè)全新的推進劑管道，為“安加拉”（Angara）系列火箭和“聯(lián)盟”（Soyuz）系列運載火箭修建全新的發(fā)射臺。

2 科學(xué)探索計劃未能如期進行

月球-25 任務(wù)推遲至2023 年

早在2005 年，俄羅斯便提出未來月球自動監(jiān)測計劃“月球-全球”，2006 年將其納入《2007-2015 年俄聯(lián)邦航天計劃》，并在2011 年決定從根本上對整個項目進行重組，2013 年將其更名為月球-25。自2016 年以來，拉沃奇金科學(xué)與生產(chǎn)協(xié)會及其附屬單位對月球-25 進行了多輪模擬測試，現(xiàn)在已經(jīng)處于最后的組裝和測試階段，解決了很多技術(shù)問題，如對速度和漂移測量裝置（DISD-LR）進行調(diào)試等。

俄羅斯自動星際站月球-25 模型

對俄羅斯來說，月球-25 自動星際站可視作1976 年月球表面自動探測計劃的后續(xù)行動。盡管當(dāng)時的研究結(jié)果表明月球上并無任何生命跡象，但后來軌道空間站的相關(guān)研究指出，月球在其天然衛(wèi)星的兩極周圍地區(qū)可能含有水冰。于是月球-25 應(yīng)運而生，旨在尋找潛在的月球水冰。這項任務(wù)目前由俄羅斯和中國共同參與，計劃于2032-2035 年期間在月球上建立一個自動科研基地。主要科學(xué)目標(biāo)至少包括2 項：一是通過月震研究月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)（包括確定月核的尺寸），這將有助于人類深入認(rèn)識月球的起源；二是深入探測月球的自然資源，例如水和其他易揮發(fā)物質(zhì)，以便在執(zhí)行月球任務(wù)時，順利地開發(fā)有用的資源。

月球-25 可在月球表面自由軟著陸。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計可分為著陸裝置和儀器艙，總質(zhì)量為1540kg，攜帶的科學(xué)設(shè)備質(zhì)量為30kg，有效壽命為1 年。其著落裝置帶有減震支架和推進系統(tǒng)等設(shè)備，可沿著預(yù)先確定的軌道飛行，順利進入月球軌道并完成軟著陸；同時配備特殊的機械手，專用于鉆探土壤和取樣研究，重點為雷公巖；其中子和伽馬射線探測器（ADRON-LR）將用于探測并檢查石灰元素組成和含氫量，探測深度可達60cm。除了土壤之外，月球-25 將利用能量質(zhì)量光譜儀（ARIES-L）和塵埃粒子探測器（PML）研究月球的外大氣層，即非常稀薄但仍然存在的自然地球衛(wèi)星大氣層。儀器艙為非封閉式，配備了太陽能電池板和同位素電源，以及空間站的電子設(shè)備、科學(xué)儀器等。其數(shù)字通信和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)非常先進，可在遠(yuǎn)達410000km 的范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的通信信號，覆蓋月球全境。接收數(shù)據(jù)的速度最低為128Kbit/s，傳輸速度為64Kbit/s。

2021 年11 月11 日，上面級弗雷蓋特已經(jīng)到達東方發(fā)射場

自動星際站月球-25 的原定發(fā)射時間為2022年5 月25 日-10 月19 日期間，發(fā)射地點選為東方發(fā)射場，運載火箭為聯(lián)盟-2.1b 火箭（上面級選用弗雷蓋特）。此次太空任務(wù)計劃在月球南極附近進行軟著陸練習(xí)，并對雷公巖的水冰含量進行接觸研究。但由于航天器上的速度和飛行距離測量儀不符合探月任務(wù)的技術(shù)要求，現(xiàn)將發(fā)射時間改為2023 年7-8 月。根據(jù)飛行計劃，聯(lián)盟-2.1b 火箭把有效載荷升至目標(biāo)高度，由弗雷蓋特將月球-25 帶入地球衛(wèi)星飛行軌道，下一步的飛行階段將由月球-25 自身的推進系統(tǒng)獨立完成。飛行時間將不超過5～6 天。在軌運行數(shù)天后，月球-25 將在月球的一個極地地區(qū)降落。

ExoMars 火星項目已經(jīng)被取消

ExoMars-2022 項目原為俄羅斯航天國家集團和歐洲航天局（ESA）共同承辦，旨在尋找火星上過去和現(xiàn)在生命的跡象、調(diào)查火星水資源和化學(xué)環(huán)境的變化，以及火星大氣中的微量氣體等。

該項目由一個歐產(chǎn)火星車“羅莎琳德·富蘭克林”（Rosalind Franklin）和一個俄產(chǎn)著陸平臺“卡扎克”（Kazachok）組成。其中，著陸平臺由俄羅斯科學(xué)院空間研究所提供，可容納12 個儀器包。外表呈圓盤狀，直徑為3.4m，質(zhì)量約827.9kg，有效載荷（如科學(xué)儀器等）質(zhì)量為45kg。火星車則安裝在平臺頂部，距離地面近1m。下降艙將配備隔熱罩、降落傘、推進器和彈簧系統(tǒng)等設(shè)備，全力保障安全著陸。據(jù)悉，火星車計劃在任務(wù)期間可行駛數(shù)千米，與地球保持日均兩次的通信頻率，中繼器為ExoMars-2016 軌道飛行器。

該項目原計劃于2022 年8-10 月發(fā)射，地點為哈薩克斯坦的拜科努爾發(fā)射場，運載火箭為質(zhì)子號。當(dāng)2023 年4-7 月抵達火星后立即開始尋找火星區(qū)域內(nèi)的生命痕跡，同時研究不同時期地球的含水量。然而很遺憾，2022 年7 月12 日下午歐洲航天局召開記者會正式宣布：歐洲航天局已決定終止與俄羅斯航天國家集團的一切合作，包括歐洲火星探索計劃中的ExoMars-2022 項目。且受歐美對俄羅斯的經(jīng)濟、政治制裁影響，該項目將再無可能重啟。

探測器“羅莎琳德·富蘭克林”和著陸器“卡扎克”的外觀

3 獨立打造全新的空間站

俄羅斯航天國家集團和美國國家航空航天局（NASA）曾就延長“國際空間站”的運行時間至2030 年進行多輪磋商。現(xiàn)在，合作協(xié)議的有效期至2024 年（包括2024 年）。俄羅斯航天國家集團和美國國家航空航天局準(zhǔn)備了一份關(guān)于交叉飛行的協(xié)議草案，討論后決定由俄羅斯航天員安娜·基金娜（Anna Kikina）參與“龍”飛船項目，并于2022 年10 月5 日，搭載載人“龍”（Dragon）飛船到達“國際空間站”。據(jù)悉，俄羅斯計劃于2022-2025 年期間在“國際空間站”內(nèi)共完成100 多項空間實驗，重點研究新款抗病毒感染的藥物，同時使用3D 生物打印技術(shù)，分解多種病毒蛋白等。

盡管“龍”飛船項目看似很成功，但這也無法阻擋俄羅斯和美國對于“國際空間站”合作的分道揚鑣。2022 年8 月15 日，俄羅斯航天國家集團首次公布了空間站實體模型“俄羅斯軌道服務(wù)站”（ROSS）的初步設(shè)計。新的空間站ROSS 將會分為兩個階段發(fā)射，由4 個模塊構(gòu)成。按照計劃，俄羅斯將在2035年建成ROSS，屆時可足以容納4 名航天員和眾多配套的科學(xué)儀器設(shè)備。

在與美國合作空間站項目時，俄羅斯主要負(fù)責(zé)空間站的推進模塊、天地往返運輸?shù)燃夹g(shù)，而成熟的艙內(nèi)生命保障、設(shè)備控制，尤其是電子和信息方面等技術(shù)則多依賴于美國。因此ROSS 也在一定程度上代表著俄羅斯對于空間站的獨立自主和勢在必行。

俄羅斯新款空間站ROSS 模型

4 東方發(fā)射場的現(xiàn)代化升級已完成

東方發(fā)射場作為俄羅斯航天國家集團重金打造的新一代發(fā)射場地，目前正在進行多種基礎(chǔ)設(shè)施的完善升級，其中包括煤油管道和萘基管道的相互轉(zhuǎn)換，擴大清潔推進劑的使用范圍。根據(jù)東方發(fā)射場的官方資訊可知，這些管道將專用于“聯(lián)盟”和“安加拉”系列運載火箭。除了煤油和萘基管道，俄羅斯航天國家集團還在東方發(fā)射場重金打造了配套的天然氣運輸管道及其基礎(chǔ)設(shè)施，專用于未來的甲烷火箭。

同時，俄羅斯航天國家集團還計劃為“安加拉”火箭的新款氫氧上面級建造配套的制氫設(shè)施。目前俄羅斯已經(jīng)開始了氫氧上面級新一階段的研制工作，并于2021 年底完成了主發(fā)動機RD - 0146D的點火試驗，推力達9t，結(jié)果很理想。新款氫氧發(fā)動機RD0150 也已經(jīng)完成了階段性報告，目標(biāo)推力定為55t。

除了推進劑管道建設(shè)，東方發(fā)射場內(nèi)的安加拉-A5/A5B 重型火箭和聯(lián)盟-5 火箭的發(fā)射臺也將竣工，2023 年將由此發(fā)射安加拉-A5 火箭與新款載人飛船“奧廖爾”（Oryol）。其他用于發(fā)射安加拉-A5 火箭的空間綜合體也正在階段性交付，2022 年底將完成綜合體的內(nèi)部運輸通道，為發(fā)射物資運輸保駕護航。據(jù)統(tǒng)計，2022 年東方發(fā)射場已經(jīng)完成4 次大型發(fā)射任務(wù)。

東方發(fā)射場和安加拉-A5 火箭

“球體”衛(wèi)星模型圖

5 正式運行多衛(wèi)星軌道星座項目“球體”

俄羅斯多衛(wèi)星軌道星座項目“球體”（Sphere）由俄羅斯總統(tǒng)普京于2018 年6 月提出，旨在用于衛(wèi)星定位（導(dǎo)航）、地球監(jiān)測和通信，實現(xiàn)真正意義上的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)突破，與馬斯克的“星鏈”（Starlink）以及英國的“一網(wǎng)”（One Web）衛(wèi)星計劃三足鼎立。根據(jù)俄羅斯航天國家集團的官方數(shù)據(jù)可知，“球體”項目計劃向太空部署大約380 顆衛(wèi)星，分為通信、導(dǎo)航、遙感等多種性能，具體包括通信衛(wèi)星，互聯(lián)網(wǎng)寬帶連接衛(wèi)星、物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星以及遙感衛(wèi)星，希望以此創(chuàng)建一個綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)于“國際空間站”，將空間信息技術(shù)大幅提高。

2022 年俄羅斯正式推出“多衛(wèi)星軌道星座計劃”（SKIF），其中包括“球體”首顆衛(wèi)星——中軌道高速互聯(lián)網(wǎng)通信試驗衛(wèi)星（Skif-D），用以獲得足額的軌道頻率資源和星座部署空間。據(jù)悉，SKIF 計劃在海拔8070km 的兩個軌道平面內(nèi)設(shè)置12 顆衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備，用以向俄羅斯人跡罕至的偏遠(yuǎn)地區(qū)以及沿北海航線航行的船艦等提供高速的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。每臺SKIF 設(shè)備的速度可達150Gbit/s，整個系統(tǒng)的速度甚至可達兆比特。

與“星鏈”系統(tǒng)類似，“球體”項目也將使用空間和地球的聯(lián)動通信，使用激光（Laser）開發(fā)兩個衛(wèi)星間的通信終端，以此創(chuàng)建高速光通信通道。對此，俄羅斯航天國家集團提出，將在“國際空間站”上進行實驗測試量子通信和量子數(shù)據(jù)傳輸。除了激光和量子通信，“球體”項目還包括統(tǒng)一平臺項目（Type series），即為通信和遙感尋求一種可擴展的統(tǒng)一技術(shù)平臺。通過糾正設(shè)備的服務(wù)區(qū)域并重新分配光束功率，在未來確保將信號傳輸?shù)搅硪粋€頻段，從而實現(xiàn)航天器的自由調(diào)整，根據(jù)外部條件等因素可將所有資源進行合理的配置。

2022 年的俄烏戰(zhàn)爭無疑成為了“球體”項目的強大推動外因：在“星鏈”的不斷刺激下，俄羅斯正在加緊完善“球體”的覆蓋范圍和輻射強度。2022 年4 月，俄羅斯正式開始擴大“球體”項目，共發(fā)射了162 顆軌道衛(wèi)星，全力解決互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字不平等問題。目前歷時3 年，俄羅斯聯(lián)邦政府已經(jīng)向“球體”項目投資高達3.7 億美元。由此可見，空間安全作為國家安全體系的重要組成部分，理應(yīng)得到充分的應(yīng)用和重視。

6 結(jié)語

2022 年可謂是俄羅斯航天國家集團非常忙碌的一年，不僅要面對國際太空事業(yè)的升級和挑戰(zhàn)，還要解決由其衍生而來的軍事威脅。

探月、探火等載人航天任務(wù)多年來一直是世界航天領(lǐng)域的焦點，俄羅斯在月球-25、ExoMars-2022，以及“國際空間站”項目上投入了大量的時間和精力。盡管由于復(fù)雜多變的世界形勢，ExoMars-2022 項目不得不被中止，“國際空間站”合作也被迫分道揚鑣，但人類對于月球和火星的追尋絕不會止步于此。俄羅斯的月球-25 將會在不遠(yuǎn)的未來更新月球事業(yè)的里程碑。

千里之行，始于足下。對于運載器發(fā)射來說，發(fā)射臺至關(guān)重要。當(dāng)新一代的氫氧火箭再次得到重視后，配套的發(fā)射臺也開始成功使用，這充分地展現(xiàn)了俄羅斯航天事業(yè)統(tǒng)籌一體的決心。

就軍事威脅而言，俄羅斯快速發(fā)展本國的多衛(wèi)星軌道項目，試圖將航天器的科學(xué)意義與軍事意義相融合，讓衛(wèi)星發(fā)揮更大的作用，真正地為國家安全保駕護航。