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俄罗斯媒体又搞新闻了。 之前，在2月24日，俄罗斯航天国家集团公司总裁德米特里·罗戈津曾表示，若西方制裁触及与俄罗斯的航天合作项目，国际空间站将面临不受控制脱离轨道，并落入欧洲或美国境内的情况。 3月6日，俄罗斯卫星通讯社真的制作并发布了一段空间站分家的短视频，并且在视频的结尾，失去俄罗斯舱段的国际空间站，在炫目的光芒中，坠向地球……  抛开其他不谈，从技术上来说，视频中的情景真的会发生吗？万一走到这一步，以美国为首的国际空间站其他参与方，将如何应对？ 俄罗斯媒体发布视频，国际空间站陷入“分家”危机？ 文 | 张雪松 俄罗斯发动对乌克兰的军事行动后，西方的全面制裁虽然尚未蔓延到太空，但俄方已经利用自己的优势进行了反击，比如宣布对美国禁售火箭发动机，以及停止俄欧联盟号火箭发射合作等。 如今，俄罗斯的反制指向了冷战结束后东西方和解与合作的象征——国际空间站。 3月6日，俄罗斯卫星通讯社（RIANovosti）发布了一段57秒的视频，演示了国际空间站俄罗斯舱段脱离的过程和后果。视频似乎意在指出，俄罗斯舱段脱离后，其他舱段将无法独立存在。这让大家对国际空间站的命运倍感忧虑。 1993年9月2日美俄签署协议，共同建设未来的大型载人空间站。 新的空间站一改美国自由号空间站双龙骨/单龙骨的桁架式结构，吸收俄罗斯成熟技术，改为混合式结构。简单地说，就是美国购买俄罗斯的FGB曙光号多功能货舱，俄罗斯自己再提供一个星辰号核心舱，为未来的空间站提供轨道和姿态控制能力。而美欧日等国家的舱段和桁架使用航天飞机发射组装，两部分技术拼合起来组成现在的国际空间站。 相比四次航天飞机任务后航天员才能入驻的桁架式自由号空间站，国际空间站理论上发射曙光号或星辰号就能入驻，实际组装中第三次任务后就投入使用。
然而，政治合作和工程取巧也带来了隐患：一旦俄罗斯部分退出，国际空间站将没有独立运行能力。具体来说，主要是无法独立维持轨道，以及无法为满载的控制力矩陀螺卸载。 在俄罗斯卫星通讯社发布的这个视频中，俄国宇航员挥手告别后，关上舱门并将俄制舱段与空间站分离，随后，国际空间站剩余部分失去轨道维持能力，很快坠入大气层。
视频是否科学，这一幕真的会发生吗？ 对这个视频，我们分三个层面看。 第一，能不能“分家”？能。航天专家庞之浩接受《环球时报》采访时说，国际空间站采用桁架挂舱式结构，理论上的确可以实现俄罗斯舱段与美国舱段分离，但不会像视频里那么简单地关闭美俄舱段对接口的气闸门就能实现，需要经过严密计算，甚至经过多次调整才能完成“分家”。 第二，“分家”会不会影响国际空间站的运行？肯定会有影响。如此大动静的分离动作会破坏国际空间站的轨道姿态、影响它的质量分布和稳定运行。 第三，如果没有别的补救措施，国际空间站剩余部分是否会坠毁？俄媒体制作的这段视频，其实有很大的夸张成分——国际空间站运行在约400公里高度的轨道上，就算分离后空间站失去轨道维持能力，在这个高度上进行自然轨道衰减，再入大气层，一般也需要半年到一年的时间。国际空间站装有巨大的太阳翼，但也不会分离之后，像巨轮倾覆般，以肉眼可见的速度再入地球大气层烧毁。 那么，如果俄罗斯舱段真的分离，美国为首的西方有没有办法维持国际空间站的正常运行呢？ 俄罗斯部分提供的轨道提升能力，主要使用进步号货运飞船，而姿态控制由星辰号核心舱的姿控RCS完成。无论进步号飞船的轨道提升能力，还是星辰号核心舱的姿控能力，对美欧等航天强国、大国来说，技术上都并非难事。 但即使如此，西方要在半年内迅速重建空间站轨控和姿控能力，工程上压力还是比较大的。 美国为首的西方有哪些选择呢？ 首先看由进步号货运飞船提供的轨道提升能力。美国目前在役的有龙飞船和天鹅座飞船，欧空局曾经有ATV飞船，日本现在有HTV飞船，下一代的HTV-X飞船上天也为期不远。 欧空局的ATV飞船曾多次用于提升国际空间站的轨道，但它早在2014年退役，生产线已被拆掉，显然指望不上。美国的天鹅座飞船是原轨道科学公司、现诺格创新系统公司研制的中型货运飞船，2018年轨道科学ATK公司还没被诺格公司收购的时候，天鹅座OA-9飞船就试验了主发动机点火，以提升国际空间站轨道的能力。今年发射天鹅座NG-17号飞船时，新闻报道提到，它将用于提升国际空间站的轨道。
天鹅座飞船 另外，马斯克旗下的货运龙飞船，虽然轨控发动机喷口不是向正后方，但同样可以用于提升轨道，至于日本的HTV系列飞船，更是不缺这样的能力。
对接在国际空间站上的龙飞船 唯一的问题在于，除了已退役的欧空局ATV飞船，其他飞船在设计上从未考虑过用来为数百吨的空间站提升轨道，因此如果不作改进，这些飞船用于提升空间站轨道的费效比极为低下。也就是说，一艘俄罗斯进步号飞船能提供的轨道提升能力，需要多艘天鹅座或龙飞船才能实现。如此，成本实在太高了。 再来看姿态控制方面。 国际空间站目前的姿态控制主要由美国团结号节点舱上方的Z1桁架部分提供，Z1桁架内装有4个大型控制力矩陀螺（CMG），通过陀螺旋转的加速或减速控制空间站整体的姿态。 如果是理想状态的话，空间站飞行一段时间后，不同方向累计的姿态变化量大致相当，意味着4个陀螺的加速和减速能互相抵消。但现实并非如此，迟早总有一个甚至更多陀螺转速提高到极限，这时使用俄罗斯的星辰号核心舱的姿控RCS点火，产生一个反方向的力矩，同时陀螺迅速降低转速抵消姿控产生的力矩，从而在空间站姿态不变的情况下，把陀螺转速恢复到正常范围内。这就是航天器控制上常说的卸载（desaturation）。 姿态控制系统卸载的工作原理十分简单，做起来也并不复杂，而且姿态控制需要的RCS推力更小，既然美日货运飞船用于空间站轨控都可以凑合，姿控就更不成问题了。当然，星辰号核心舱的姿控RCS布局合理，而货运飞船的姿控发动机并没有考虑用于空间站的姿态调节，效率上同样逊色许多。 这样看来，俄罗斯舱段与空间站分离，用其他国家的货运飞船维持国际空间站运行，是一个可行、但并不划算的方式，有更好的办法么？ 马斯克在社交媒体上暗示，龙飞船可以满足国际空间站提升轨道和调整姿态的需求。 但这个“更好的办法”并不是它。目前的龙飞船与天鹅座等飞船一样，需要大费周章改进一番，才真的能用于国际空间站的轨道保持。美国航天局曾授予SpaceX公司合同，为月球门户站研制龙XL货运飞船，它具备运送大量推进剂的能力，这才是替代俄罗斯进步号飞船的上佳选择。
SpaceX新型Dragon XL飞船将运送货物到NASA月球空间站 如果说龙XL飞船还太远，其实美国手里可能还真有一个现成的备选方案——当年美国担心俄制星辰号核心舱无法正常工作，特意研制了一个名为“临时控制舱（ICM）”的舱段，用于为国际空间站提供至少3年的轨道提升和姿态控制能力。
临时控制舱（ICM） 曙光号货舱发射成功工作正常，ICM造好后也就一直留在地面。不知二十多年下来，它在NASA的库房里放坏了没有？如果还能用的话，一旦真的面临俄罗斯舱段要与国际空间站分离的局面，NASA只需临时买下一次猎鹰九号火箭，把ICM舱段发射上天就万事大吉了。如果库存的ICM还能正常工作，便为国际空间站争取到三年的正常运转时间，无论是造一个国际空间站推进舱，还是等龙XL飞船研制成功，应该都足够了。 左手刚发“威胁”视频，右手再抛加码言论。 俄罗斯卫星通讯社3月7日报道，俄罗斯国家航天集团总经理德米特里罗戈津表示： 俄方将于晚些时候决定是否延长国际空间站的运行期限。 “美国也曾建议延长运行至2030年，但我觉得当前条件下，我国会做出不同的决定。我们将看看局势如何发展，晚些时候再做出这些决定。” 罗戈津表示，当前的协议规定国际空间站将运行至2024年，没有俄罗斯的参与空间站必然瘫痪，因为已经超过服役期限。
-吾等，就安静吃瓜吧- END  |
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