中国空间站在轨组装建造全面展开，从俄罗斯舱段发展看中国空间站后续建设

4月29日11时许，长征五号B遥二运载火箭托举中国空间站“天和”核心舱从海南文昌航天发射场升空。此次发射的“天和”核心舱长 16.6 米、最大直径 4.2 米，重量达到 22.5 吨，能满足 3 名宇航员长期在轨驻留需求。

今日空间站“天和”核心舱的发射，意味着中国空间站建设大幕已经开启，中国航天也步入一个全新的时代。

环顾全球，太空现在唯一的空间站——国际空间站已经在轨20多年。虽日渐衰朽，但作为第四代空间站、内部容积916立方米的空间巨无霸，国际空间站为人类科技进步和航天技术发展做出了巨大贡献。

国际空间站主要分为美国部分和俄罗斯部分，今天就和大家分享一下俄罗斯空间站的舱段，通过俄罗斯舱段的建设、使用情况为中国空间站提供一些借鉴。

你了解俄罗斯舱段吗？

俄罗斯舱段占据整个ISS的“半壁江山”，目前包括“曙光”号多功能货舱、“星辰”号服务舱、“码头”号对接舱、“搜寻”号和“黎明”号小型研究模块等5个舱段。国际空间站俄罗斯舱段示意图“曙光”号多功能货舱（Zarya）是国际空间站的第一个舱段，于1998年11月发射。由美国波音公司出资，俄罗斯赫鲁尼切夫国家航天科研生产中心建造，因此也可以认为“曙光”号算是美国舱段，但从技术角度看集成在俄罗斯舱段。“曙光”号是俄罗斯舱段与美国舱段的连接段，基于“和平”号空间站舱段设计，内部空间包括设备区和生活区两个部分，但目前主要做仓库使用。2000年7月发射的“星辰”号服务舱（Zvezda）是俄罗斯舱段的主体模块，也是国际空间站上首个用于开展科学实验的舱段，安装有控制系统、生命保障系统、空间站姿态校正和定向推进器，可为2名航天员提供居住空间，标志着国际空间站成为永久可居住的平台。“星辰”号内部设有工作台、带有冰柜的厨房、运动器材、医疗设备和带有洗面盆的卫生间，这也是目前国际空间站上仅有的两个卫生间之一。“星辰”号服务舱“码头”号对接舱于2001年9月发射，是专为与“进步-M”号货运飞船对接而设计的，也可作为开展太空行走时的气闸舱。在站所有航天员聚集在“码头”号对接舱为即将执行出舱行走任务的航天员打气随后，俄罗斯于2009年11月和2010年5月先后发射“搜寻”号（Poisk）和“黎明”号小型研究模块（Rassvet）用于开展空间实验，“星辰”号的科研压力得以部分缓解，但目前俄罗斯舱段超过50%的科学实验仍在“星辰”号服务舱完成。正在对接中的“黎明”号小型研究模块

俄罗斯舱段都开展哪些科学实验？

早在正式建设国际空间站之前，俄罗斯就已经开始规划未来俄罗斯舱段的科学应用研究工作。

1994年，在俄罗斯科学应用研究和载人航天实验计划基础上，俄罗斯航空航天局（现为俄罗斯航天国家集团公司）和俄罗斯科学院共同成立的科学技术协调委员会制定了《国际空间站俄罗斯舱段长期科学应用研究计划》，明确了俄罗斯舱段的6大研究领域，包括技术开发与验证、人体研究、教育活动与推广、生物学与生物技术、物理科学以及地球与空间科学。
技术开发与验证旨在发展并改进空间技术及其组件，开发新的空间技术提高舱段利用率，开发未来空间基础设施关键组件。俄罗斯舱段主要开展天-地空间系统和航天器技术开发、可靠性保障与降低飞行和科研风险等方向的研究。物理科学旨在研究微重力环境下各种物理和化学过程；空间材料科学，制备在陆地条件下无法获取或难以获取的新物质与材料；地面技术现代化研究；为先进载人空间设施和无人探测器开发关键技术进行技术储备。俄罗斯舱段主要开展晶体培育、新材料获取过程、燃烧和合成物理学、流体物理学、有序的等离子尘埃结构等方向的研究。地球与空间科学旨在研究地球表面、大气层和电离层的物理过程。俄罗斯舱段主要开展大气和下层表面研究、研究并识别自然和人为灾害、遥感新方法和新技术开发、测量设备校准与实验数据结果验证、信息储存与数据交换新技术开发等方向的研究。俄罗斯航天员Oleg Kononenko在进行医学实验人体研究是俄罗斯载人航天科研计划中最受关注的研究领域之一，旨在获取保障载人航天飞行的医疗系统数据，包括未来月球和火星飞行，解决生命科学领域的基础问题。俄罗斯舱段主要开展空间医学、生理学、心理学、生理心理学、辐射物理学、人体各系统、航天员关系和活动等方向的研究。俄罗斯舱段开展的生物学实验生物学与生物技术是俄罗斯舱段实验开展次数最多的研究领域，旨在研究空间飞行状态下生物体（动物、植物、微生物、细胞）的生命活动，生物组织破坏过程，器官和组织再生特性，细胞间相互作用，生物技术产品试验性开发，获取关于生命科学基本问题的新认识。俄罗斯舱段主要开展蛋白质晶体分析、高纯度生物制剂制造、生物对象所需特性的细胞培养、在轨制备医疗和生物技术产品的生物工艺学等方向的研究。教育活动与推广旨在推广空间研究，宣传俄罗斯航天取得的成就，开展以教育为目的的科学实验和空间主题课程。

俄罗斯的载人航天技术实力犹存

自2011年NASA正式终止航天飞机项目以来，美国只能通过向俄罗斯购买“联盟 MS”载人飞船席位的方式将航天员运送到国际空间站。

俄方在加加林航天员培训中心和拜科努尔发射场为NASA和波音提供人员培训，以及往返地球的安全保障。不断优化升级的“联盟 MS”飞船被评为世界上可靠性最高的航天器，成功执行173次载人发射任务，仅在1975年、1983年和2018年火箭发射的不同阶段发生过3起事故。故有说法将其喻为航天界的“卡拉什尼科夫自动步枪”（即AK-47），虽旧但好用。即使不断有新的小型武器出现，经典武器仍然独具魅力。货运和载人飞船与国际空间站最短对接用时纪录也在不断刷新：与国际空间站对接通常采用绕地球飞行4圈的方案，须经历6次速度变化，耗时约6小时。2018年7月“进步MS-09”号货运飞船采用双圈飞行快速对接方案，在绕地球飞行两圈后与“码头”号对接舱成功对接，此次超短程交会对接仅耗时3小时40分钟。一年后的2019年7月，“进步-MS-12”号货运飞船从拜科努尔发射场发射后仅3小时19分钟即飞抵国际空间站，再次刷新了货运飞船与国际空间站对接的最短用时纪录。“联盟 MS-17”对接时飞行控制中心内景货运飞船快速对接技术成熟后，俄罗斯又将其应用于载人飞船。2020年10月“联盟 MS-17”号载人飞船在绕地球飞行两圈后与国际空间站“黎明”号小型研究模块对接，仅用时3小时3分钟，创下世界宇航史的新记录。未来，与国际空间站的对接时间可能会进一步缩短，俄罗斯“能源”火箭公司已经制定出飞船单圈飞行对接方案，可实现约2小时内与国际空间站对接，该方案可在未来2-3年获得验证。

俄罗斯舱段的未来命运如何？

此前，俄罗斯曾提出未来建造并发射3个舱段：“科学”号多功能实验舱（以取代“码头”号对接舱）、“系留”号节点舱和科学动力舱，《2016-2025联邦航天计划》为这三个舱段提供106亿卢布（约合1.8亿美元）拨款。

俄罗斯计划在2024年国际空间站结束任务前完成全部7个俄罗斯舱段的部署，并在这3个新舱段的基础上，建立独立运行的本国轨道空间站，持续开展科研活动，扩大应用效益。
“科学”号多功能实验舱

“科学”号多功能实验舱的研究工作始于1995年，最初被当作“曙光”号多功能货舱的备用舱，后于2004年作为独立的科学舱进行研发，并计划于2007年发射。但出于种种原因，“科学”号的发射被不断推迟。

厂房中的“科学”号多功能实验舱“科学”号设计质量超过20 t，可以安装3 t的科学设备，将作为安置科研设备的重要舱段，承担大部分科学实验的研究任务。此外，“科学”号还可为载人/货运飞船提供对接泊位，控制国际空间站倾斜姿态，安装ERA机械臂。“科学”号将极大扩展俄罗斯舱段的储物空间（如安置水/氧气再生设备等），为3名航天员提供居住空间，并设置俄罗斯舱段的第二个卫生间，改善航天员居住条件。根据俄媒最新消息，“科学”号已经完成了大部分的电气检查，正在进行最后的软件测试，有望于2021年5月发射。
“系留”号节点舱

“系留”号节点舱于2014年开始制造，提供6个对接泊位，可与“科学”号多功能实验舱、科学动力舱以及载人/货运飞船对接。

科学动力舱

科学动力舱主要用于开展空间站科学实验，保障俄罗斯舱段的电力供应。

目前，俄罗斯舱段的电力资源需要从美国舱段购买，美国舱段的太阳能电池板可以产生32 kW的电能。未来，科学动力舱将提供不少于18 kW的电能，可以满足全部俄罗斯舱段的电力需求。俄罗斯航天活动领域长期发展优先事项会议现场2021年4月12日，俄罗斯总统普京召开关于航天活动领域长期发展优先事项的视频会议，会上讨论了俄罗斯继续参与国际空间站项目的可行性，以及建立俄罗斯本国轨道站。俄罗斯副总理鲍里索夫在会上称，随着当前俄罗斯舱段结构逐渐老化，有必要向合作伙伴告知俄罗斯将在2025年离开国际空间站的消息。对此，俄罗斯国家航天集团公司（Roscosmos）于4月18日发表声明，表示将根据现有俄罗斯舱段的技术状态和本国轨道站计划的评估结果，在2024年后做出关于国际空间站相关工作的决定，并与合作伙伴就2024年后互动的条件和形式进行谈判。厂房中的科学动力舱4月23日，Roscosmos向媒体展示科学动力舱。根据俄罗斯第1频道的现场报道，科学动力舱原计划于2024年搭乘“质子号”运载火箭发射至国际空间站。但按照最新安排，科学动力舱将于2025年内搭乘“安加拉-A5M”重型运载火箭从“东方”发射场发射入轨，作为新轨道站的首个舱段2026年迎来首批俄罗斯航天员。随后，俄罗斯还将发射节点舱、气闸舱和基地舱等3个舱段。2030年后将视任务完成情况再添加一些关键舱段。未来俄罗斯轨道站部署俄罗斯专家表示，新轨道站与国际空间站有根本上的不同。当前国际空间站轨道倾角约为51.7°，仅能覆盖20%的俄罗斯国土面积。新轨道站倾角变为97°，在高纬度轨道运行，可以100%覆盖俄罗斯国土。但由于倾角变大导致的外部宇宙辐射更强，航天员不会长期驻站，而是周期性造访。新轨道站安装有外置装配架，可以停靠不同代系的飞船，进行维修和补给，调整有效载荷后再次飞往深空。

空间站建造方面，相较于经验老道的俄罗斯，我国载人航天工程现也全面转入了在轨建造任务阶段。

按照此前我国公布的空间站建造任务规划，今明两年将接续实施11次飞行任务，包括3次空间站舱段发射，4次货运飞船以及4次载人飞船发射，于2022年完成空间站在轨建造，实现中国载人航天工程三步走发展战略第三步的任务目标。

作者简介：范唯唯，中国科学院科技战略咨询研究院，助理研究员，研究方向为空间科技战略情报。

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