俄羅斯“鴿王”——科學號實驗艙從拜科努爾起飛了

2021年07月22日10:01
質子-M運載火箭點火升空
質子-M運載火箭點火升空

  7月21日22時58分,俄羅斯在拜科努爾航天發射場,使用質子-M運載火箭,成功將科學號多功能實驗艙送入預定軌道,並將於7月29日21時26分對接國際空間站,用於擴展國際空間站的俄羅斯艙段。

  本次發射是質子號運載火箭的第425次發射,也是該火箭最後一次承擔國際空間站的發射任務,還是自2011年國際空間站完全建成後,俄羅斯首次部署大型艙段,未來或將成為俄羅斯新型空間站的核心艙。

  一再推遲的實驗艙

  俄羅斯科學號實驗艙建造於1995年,是當時國際空間站第一個模塊艙曙光號的地面備份艙。2004年,俄羅斯決定將備份艙改造成真正意義上的飛行模塊,為國際空間站上的俄羅斯艙段擴充一個新艙室。

“科學號”任務徽章
“科學號”任務徽章

  按照原計劃,“科學號”將於2007年使用質子-M火箭發射升空,但受政策、資金、技術問題等原因一再推遲。

  目前,國際空間站上共有5個俄羅斯艙段,分別是曙光號多功能艙、星辰號服務艙、碼頭號對接艙,以及“搜尋號”和“黎明號”兩個小型研究模塊。

  “曙光號”是國際空間站的第一個組件,負責提供電源、推進、導航、通信、姿控、溫控、充壓等功能。“星辰號”也是國際空間站的核心艙,是航天員生活和工作的主要場所。“碼頭號”有兩個對接口,一個與“星辰號”對接,另一個用於俄羅斯聯盟號載人飛船和進步號貨運飛船的對接。“搜尋號”和“黎明號”主要為艙內艙外的應用實驗提供支援。

  此次發射的“科學號”長13米,直徑4.11米,質量20.3噸,氣密空間70立方米。該艙內部安裝有多種新的補充設備,將為科學實驗開展提供有利條件,利用其發動機可以對國際空間站進行姿態控制。該艙段還將取代“碼頭號”成為新的節點艙,提供貨運飛船和實驗艙的對接泊位。

俄羅斯公佈的“科學號”結構圖
俄羅斯公佈的“科學號”結構圖

  另外,“科學號”提供了貨物存儲空間,配置了生命保障功能,包括俄羅斯艙段的第三名航天員的床位和第二間廁所(“星辰號”中已有兩個床位、一間廁所)、水中氧氣再生系統和尿液中的水再生系統,這些都將改善航天員的生活條件。

  該實驗艙還裝有一個氣閘室和一個遙控機械臂,它可以在俄羅斯艙外部移動,用於將氣閘室移出艙外或挪回艙內。

  研製曆程心酸坎坷

  “科學號”作為“曙光號”的備份艙,從1995年開始建造,到2000年已完成65%的研製進度,但受俄羅斯財政狀況影響,一直到2006年年底,俄羅斯科羅廖夫能源火箭航天公司與俄羅斯航天局(現俄羅斯國家航天集團公司)才簽署了多用途實驗室模塊的研製合同,“科學號”的研製再次走上正軌,並計劃在2009年發射。

質子-M火箭結構圖與“科學號”
質子-M火箭結構圖與“科學號”

  然而,發射計劃經曆兩次延遲後,又被推遲到2014年。到了2012年,“科學號”已經完成了遙控機械臂、電纜線路、太陽能電池板和有效載荷的組裝,並對熱控、液壓、電動氣動系統和所有機械接口進行了測試,基本完成建造工作。到了2013年年底,科羅廖夫能源火箭航天公司在測試“科學號”時,發現推進系統出現泄漏問題,結果被退回修理,發射繼續推遲。

  其間,俄羅斯經曆烏克蘭危機和內部意見分歧等事件的衝擊,導致“科學號”的發射進程又出現多次停滯。2016年年底,當科研人員決定再次啟動實驗艙建設時,又面臨新的問題。

  由於“科學號”的研製和停放時間過長,很多設備開始出現老化,幾乎所有運行在艙外的推進劑管線、閥門都必須更換,發動機已經超過了保修期。同時,由於推進系統泄漏,為更換被汙染的部分,機械臂和其他一些設備都被拆除,並進行了重新調整。

從前端節點艙看“科學號”內部空間
從前端節點艙看“科學號”內部空間

  為降低風險,“科學號”發射後,首先進行為期8天的自主飛行,並實施4次軌道修正,同時檢驗推進系統性能。如果沒有出現泄露問題,“科學號”有兩次機會與國際空間站完成對接。

  能否成為核心艙有待觀察

  俄羅斯對“科學號”抱有很高的期望,將它作為核心艙使用,並把它規劃為國際空間站退役後本國獨立建造空間站的核心艙段。

“科學號”上將安裝歐空局研製的ERA機械臂
“科學號”上將安裝歐空局研製的ERA機械臂

  如今,雖然美國等國家有計劃讓國際空間站繼續工作到2030年,但它的退役已經成為所有參與國家不得不面對的一個問題。美國宇航局打算將國際空間站逐漸過渡到商用,並開始帶領盟友推進門戶地月空間站建設。俄羅斯也認為,繼續維護國際空間站的費用過高,對航天發展回報甚微,打算籌劃建設本國的獨立空間站。

  2018年,俄羅斯能源火箭航天集團公司宣佈,計劃在2019年年底前向國際空間站發射科學能源艙、多功能實驗艙和節點艙,以在國際空間站停止運行後,俄羅斯以這幾個艙段為基礎,建造新的軌道空間站。

俄羅斯計劃中的OPSEK新型空間站想像圖
俄羅斯計劃中的OPSEK新型空間站想像圖

  之後,能源火箭航天集團公司又在2020年年底提出建造新軌道空間站的構想,其建設計劃將分為兩個階段進行。第一階段在2025-2026年建成由核心艙、節點艙和氣閘艙組成的空間站,內部空間可容納2名航天員生活和工作。

  第二階段在2026-2028年再為空間站補充4個艙,將內部空間擴展到464立方米,最多能容納4名航天員在裡面生活和工作。

  從目前進展來看,“科學號”將在俄羅斯空間站建設中起到承前啟後的作用。國際空間站繼續運行時,“科學號”可提供增強的太空實驗場所,改善俄羅斯航天員的工作和生活環境。一旦國際空間站退役,“科學號”將作為基礎艙段,用作俄羅斯本國空間站的建設。

  總之,對俄羅斯來說,雖然有能力建造新的空間站,但一切都要取決於資金。至於俄羅斯能否按照計劃完成本國的空間站建造工作,有待觀察。

  文/肖沐辰

  本文轉自中國航天報

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