观察者网》国际大变局催化中俄空间站合作（陈蓝）
俄罗斯自主的极轨空间站ROSS（图源: Roscosmos）
2022开年不久就遭遇「黑天鹅」事件。俄乌战争不仅改变了政治格局，也影响到了太空。随着俄美关系迅速恶化，甚至走向断交边缘，以俄美为主建造的国际空间站的命运也迅速变得不确定起来。
让我们回顾一下。2月25日，即战争爆发第二天，俄罗斯国家航天公司总经理罗戈津就发声，称制裁将危及国际空间站并会导致其失控坠落，因为只有俄罗斯舱段才具备维持空间站轨道的能力。俄罗斯国家航天公司还放出了一段动画，显示俄罗斯段从国际空间站脱离的过程。这段视频令西方很多人感到震惊。
3月14日，罗戈津称已经给空间站伙伴国发去信件，要求他们研究解除制裁的问题并在月底前答复。俄罗斯将在之后做出是否终止合作的决定。
NASA、欧洲航天局和加拿大航天局都在3月31日前做出了响应，表示将继续支持国际空间站，却对制裁不置一词，实际就是拒绝了俄罗斯的要求。
这是预料之中的结果。不过，俄罗斯并未马上宣布终止合作关系，而是将最终决策提交到了更高的决策层。4月12日，罗戈津表示，即使决定不再继续合作，俄罗斯也将履行自己在国际空间站方面的所有国际义务。
另一方面，在战况越来越胶着的同时，俄美空间站合作却在照常进行。3月18日，联盟MS-21飞船将三名俄罗斯宇航员送上了国际空间站。3月30日，美国宇航员马克•范德•海乘坐联盟MS-19飞船返回地球。关于俄罗斯将会把他丢弃在空间站的传言不攻自破。
显然，和开战初期相比，俄罗斯为自己留下了更多的余地。不过，俄罗斯去年4月就已经宣布，将在合作协议于2024年到期之后正式退出国际空间站项目。所以，不管高层最终如何决定，俄罗斯在未来两年内退出国际空间站一事不会有太多变数。
其实俄罗斯多年前就开始谋划在退出国际空间站之后建造自主的空间站。这个计划一直在调整和修改，规模不断缩减。它的最新方案是一个短期有人访问的极轨空间站，名为ROSS。它的全部舱段都是新研制的。
至于国际空间站俄罗斯段，理论上它分离后能独立工作。但其最早的舱段寿命已经超过20年，恐怕也用不了多久了。由于和计划中的极轨空间站倾角差距悬殊，国际空间站上的现有舱段不可能转移过去继续利用。
俄罗斯一直都有宏伟的计划，但它的航天工业规模和实际能力却一直在萎缩，所谓心比天高、命比纸薄。这是它的经济结构、政治环境和人口趋势所决定的，一时无解。
俄乌战争带来的国际制裁将进一步打击俄罗斯经济，巨额的战争费用也会加重经济的负担。可以预料，俄罗斯民用航天发展将愈加困难，有限的资金也会集中到军用项目上。耗资巨大的极轨空间站大概率会被搁置，甚至变成永远的梦想。
但作为一个航天大国，作为人类第一个发射人造卫星、载人飞船和空间站的国家，骄傲的俄罗斯是不会轻易放弃载人航天和空间站的。
可是，国际空间站上俄罗斯的曙光号和星辰号已经十分老旧，已出现裂缝并发生过泄露事件。俄罗斯段从国际空间站上独立出来后随时可能出现严重问题，甚至雪崩式失效。一旦发生这种情况，俄罗斯将即刻被「打回地球」。对俄罗斯来说，退出国际空间站后尽快恢复载人航天能力已经刻不容缓。
所以，和中国合作就变成了一个很有吸引力的想法，甚至是唯一选择。事实上罗戈津已经表达了这个意愿。将于年底前建成的中国空间站具备姿控、轨道维持和变轨、能源电力、出舱维护、货运供给等能力，也预留了远期扩展位置。
罗戈津表达加入中国空间站的意愿（图源：CGTN）
俄罗斯发射舱段对接中国空间站，能以最快的速度、最低的成本重建空间站科研能力并延续它的载人航天计划，填补自主空间站建成之前的空档期。
未来俄罗斯经济状况好转，它还有一个比极轨空间站风险更小的选择，就是向中国空间站继续发射更多舱段，最终形成能独立工作的俄罗斯段，就像在国际空间站上那样。如果需要，它也能分离出来成为独立空间站，和中国空间站共轨运行。共轨空间站有很多优点，我们下面还会提到。
对俄罗斯来说，这是一个捷径。但技术上是不是可行？能不能满足俄罗斯的需求？我们来分析一下。
有人认为中俄对接口不兼容是最大问题，其实不然。且不说中国对接机构本来就是参照国际空间站美国段早期使用的俄罗斯APAS-89/95异体同构周边式对接机构设计的，差异很小，即使是完全不同的对接口，增加一个小小的转换模块就能轻易解决兼容性问题，费用也不会太高。
比如，国际空间站为了接纳采用最新NDS对接口的载人龙飞船，增加了一个NDS到APAS-95的适配段。又比如，上世纪苏联/俄罗斯和平号空间站为了对接美国航天飞机，专门建造了一个对接舱，其一边是苏联所用的杆-锥式对接口，另一边是匹配航天飞机的APAS-89对接口。
如果是新研制的舱段则更简单，只要中国提供一个对接机构，问题就解决了。当初航天飞机上对接和平号的对接机构就是俄罗斯提供的。
最大的问题其实是轨道倾角。俄罗斯现有发射场纬度较高，拜科努尔北纬45.6度，东方发射场北纬51.5度，都无法直接将空间站舱段和联盟飞船发射到中国空间站所在的41.5度倾角的轨道。
去年6月，俄罗斯曾透露，它希望和欧洲航天局谈判，将欧洲航天局库鲁航天中心现有的联盟发射台进行载人化改造，以支持联盟飞船飞往中国空间站和月球轨道。库鲁位于南美法属圭亚那，靠近赤道，可以发射任意倾角的航天器。不过，在俄乌战争爆发后的今天，这个可能性已经归零。俄欧原有的航天合作已经全部终止，不用说设想中的计划了。
不幸的是，改变倾角的变轨需要很大的能量。根据笔者计算，如果要从45.6度倾角、400公里高度的圆轨道变轨到41.5度倾角同高圆轨道，需要大约0.54公里/秒的速度增量。联盟号/进步号飞船自带推进剂大概只有800公斤，即使用尽也只能提供不到0.4公里/秒的速度增量。优化火箭和弹道后也许能勉强到达。但推进剂用尽后，飞船已无法完成后续任务。
而要从51.6度变到41.5度，所需速度增量则高达1.34公里/秒。如此大的速度增量已经远超火箭末级和飞船自身能力。这就是早先俄罗斯寻求欧洲航天局合作在库鲁发射联盟号的根本原因。
有两个解决办法。第一个办法是在中国建设俄罗斯火箭发射台。这也符合俄罗斯逐步摆脱对拜科努尔的依赖的总体策略。由于空间站舱段数量很少，俄罗斯新一代飞船也还遥遥无期，新建重型火箭（安加拉5号或联盟5号）发射台效费比低，必要性不大。新空间站舱段交由中国长征5B发射是最佳选择。
而建设联盟2号发射台成本低、见效快，除了用于联盟/进步飞船、空间站小舱段发射外，还可以用于商业发射。可以利用文昌的低纬度优势，为发展中国家提供商业发射服务。当然，计划中宁波象山的商业发射场纬度28度，和美国卡纳维拉尔角相同，也可以成为选项。这个新发射台也许是俄罗斯乐见的。
第二个解决办法是研制一款重型转移飞行器，能完成20吨级航天器从45.6度到41.5度轨道，或10吨级航天器从51.5度到41.5度轨道的转移。目前世界上还没有这样级别的航天器。
笔者认为，和这个需求最接近的是中国的天舟货运飞船。如果将其加压舱取消，全部改为轻质储箱，那么其推进剂携带量有望从目前2吨提高到7吨以上。它和俄罗斯飞船/空间站舱段分别发射，由俄罗斯航天器主动对接，然后组合体进行轨道转移。
笔者按天舟主发动机315秒比冲估算，它正好能满足前面提出的需求。而20吨的舱段从51.5度到41.5度则需要两艘这样的转移飞行器。显然，这并非是一个经济上合理的方案。但如果未来它能进一步发展成可重复使用的太空拖船系统，即能主动对接另行发射的无动力廉价推进剂货船并实现补给，则还是颇具价值的。
有人可能会问，目前国际空间站上的俄罗斯舱段分家脱离后能不能对接到中国空间站？当然可以，但就像前面所述，80吨左右的俄罗斯舱段从国际空间站51.6度倾角轨道转移到中国空间站需要巨大的能量。俄罗斯的曙光号和星辰号经过二十多年使用已经老化，已经不值得花费巨资转移。
唯一值得转移的是最新发射的科学号（Nauka），也许还有十来年前发射的黎明号（Rasvet）。但目前并没有适合转移它们的航天器。即使基于天舟的太空拖船问世，即使只转移科学号和黎明号，也需要三艘拖船，代价很大。将分离出来的舱段当作独立空间站使用到最长寿命，同时向中国空间站发射新舱段，也许是更好的选择。
有一个小问题：对俄罗斯来说，中国空间站的倾角太低，41.5度轨道星下点覆盖不到俄罗斯国土，也覆盖不到美国阿拉斯加和加拿大。这对国土资源遥感和对地观察是不利的。这也是为什么俄罗斯一直热衷于极地轨道空间站的原因。
不过，对地观察只是空间站的一个次要功能。用空间站进行军事侦察则是一个过时的概念。这个任务无人卫星能完成得更好。就俄罗斯目前的状况，如果无力自建，那么必然要放弃一点东西。既然俄罗斯已经表达加入中国空间站的意愿，那么这不应该成为问题。
说了这么多，好像都是站在俄罗斯的角度。那么中俄空间站合作，俄罗斯舱段对接中国空间站，对中国有什么好处呢？
首先，作为第一个发射空间站的国家，俄罗斯长达半个世纪的空间站经验对中国极有价值。俄罗斯航天虽然已经大为衰落，但有些经验依然仅此一家。比如它至今仍保持着长达437天的太空长期生活纪录。中国未来的月球和火星探索就非常需要这样的经验。传授这些经验，现场实践要比听老师讲课有效得多。
其次，共享资源、互为备份、增加安全性。中俄空间站舱段有很多相同部分可互为备份，增加空间站的冗余，提高可靠性。比如供电、通信、对接口、气闸舱、停靠飞船（救生艇）、生命维持系统、食物等等，都能在原有基础上进一步提高冗余度。
即便未来俄罗斯段具备了独立能力，分离之后两个空间站共轨运行，也能提供相互支援和相互救援的功能。载人航天中人的生命始终占据最高优先级。紧急情况下，这些备份可能至关重要。
最后，中俄已经签约将共建月球科研站。载人火星登陆也是我们的目标。这些面向未来的探索是人类的共同事业，更需要国际合作。虽然俄乌战争把世界暂时分隔成两个阵营，但我相信这只是暂时的。中俄空间站合作让我们能积累更多国际合作经验，为未来的征途铺平道路。
总之，中俄空间站合作对双方都有利，我们乐见其成。但另一方面，我们也要关注和把控国际合作的风险。
上世纪九十年代，俄罗斯资金短缺导致国际空间站第一个舱段「曙光号」的完工和发射多次延迟，双方合作一度陷入困境，国际空间站险些流产。二十多年后，国际空间站又因为俄乌战争和俄美关系恶化而濒临解体。这颇具象征意义，也揭示了重大国际合作项目的脆弱性。
中俄虽然政治关系良好，但金融、经济、知识产权等造成的不确定因素始终存在。中俄在重型直升机、CR929宽体客机等项目上遇到的问题离开地球依然会出现。所以，在合作一开始就充分考虑双方的不同需求，做好最坏打算和备案，无疑是十分必要的。
理想的情况是，从单个俄罗斯舱段对接中国空间站开始，逐渐增加舱段，最后演变成能独立工作的组合舱段。需要的时候，它也能分离，成为和中国空间站共轨、具备相互支持和救援能力的自主俄罗斯空间站。这样的合作模式既保持了双方的独立性和自由度，又能相互支持，非常类似目前两国的政治关系。
总之，中俄空间站合作想像空间很大，潜力无穷，非常值得期待。
（作者为航天爱好者，英文电子杂志「Go Taikonauts」创办人之一）
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