从“联盟”到“联邦”，俄罗斯新飞船研制不容易

+ 张雪松

美国新一代载人飞船，无论是NASA的“亲儿子”猎户座飞船还是商业航天的载人龙飞船和星际线飞船都已经亮相，今年8月2日和3日，NASA先后公开了商业载人飞船的飞行进度和乘组。美国新飞船投入使用，将摆脱对俄罗斯联盟号飞船的依赖。

其实俄罗斯也在研制联邦号新一代载人飞船，但从联盟号到联邦号的路可不那么容易……

老骥伏枥的联盟号

苏联，曾经自称是牢不可破的联盟，虽然这个联盟早已土崩瓦解，但苏联时代研制的联盟号飞船（Soyuz，图2）却不断推陈出新，焕发出顽强的生命力，它现在仍是俄罗斯乃至美国宇航员飞往国际空间站的唯一选择。当然，这并不意味着联盟号飞船设计完美无缺，可以说，它只是权宜之计。

联盟号飞船由科罗廖夫设计局（现在的能源集团）研制，是苏联载人登月项目的一部分，它最开始使用联盟号火箭发射，因此得到了“联盟号”的命名。联盟号飞船是一种三舱式飞船，这是它最显著的设计特点。它首先是一种为登月设计的飞船，需要较长的续航能力，但因发射和再入的限制又无法设计更大的返回舱，所以特意设计了轨道舱，以增加内部空间。

有心栽花花不开，无心插柳柳成荫。苏联登月计划以失败告终，但联盟号飞船却成为苏联载人飞船的主力，延续生命力。联盟 号飞船拥有一个2.9吨重的返回舱，内部容积4立方米，1.3吨重的轨道舱内部容积5立方米，飞船额定成员3人，同时还能携带170千克的货物前往空间站，下行返回地球也有50千克的运力。

图1 不知道普京大神光环的加持，能不能令飞船早日上天

图2 联盟号飞船

联盟号飞船的指标并不算出众，但“寿命”却无人能及——同时代的阿波罗飞船和航天飞机都已经寿终正寝，退出历史舞台，联盟号飞船却持续发展到第四代联盟号TMA/MS型号，导航控制系统不断升级，并实现了全数字化，飞船重量得到减轻，精度和可靠性也持续提高。

联盟号飞船固然是老骥伏枥的典范，但回顾历史，实际上它只是一个无奈的选择。20世纪80年代，苏联开始研制曙光号（Zarya）飞船，它是一种大型两舱式飞船。曙光号飞船使用天顶号火箭发射，能重复使用，可以运载8人进行天地往返，它还使用了垂直降落设计，现在看来也相当时髦。然而到了苏联末期，财政再无力支持新飞船的研制，面临无船可用的境况，联盟号飞船不得不继续挑大梁，后来甚至“耗死”了“同期生”美国航天飞机。

新飞船研制一波三折

曙光号飞船的研制于1989年搁置并再无后继，但俄罗斯的航天专家们仍千方百计地推动新一代载人飞船的研制，从早期的纸面设计到后来的联合研制再到独立研制，新飞船总算看到了新的曙光。

俄罗斯曾设计了快船号飞船，这种有翼滑翔飞船概念很新颖，但2006年快船停止研制。同年，欧空局和俄罗斯开始联合研制更现实的先进载人运输系统（ACTS）飞船，它也被称为欧洲-联盟方案。能源集团提出了升级型联盟方案，它的轨道舱将由欧空局研制，能源集团称之为联盟-K，其中K代表快船（Kliper）。ACTS飞船将是一种能够兼具近地轨道和月球轨道任务的飞船，不过最初外形和联盟号飞船相差不多。

美国当时正在实施“星座计划”，新一代猎户座飞船明显比在联盟号基础上简单升级的ACTS强得多，而ACTS飞船也在不断改进设计。欧空局还提出使用ATV货运飞船的推进舱和货舱升级ACTS的构想，返回舱仍使用联盟号的设计，大大提高了飞船的内部居住空间。然而，毕竟拼凑的色彩太浓厚，在2007年10月召开的ACTS飞船俄欧研发会议上，双方决定研制一种类似阿波罗或者说类似猎户座的新一代飞船，这将是与之前各类升级方案大相径庭的两舱式飞船，而且弃用俄罗斯传统的钟形返回舱，改用美国常用的锥形返回舱。

事实上，能源公司负责的ACTS飞船的锥形返回舱并非山寨美国飞船，苏联曾研制和发射过TKS大型货运飞船（图3），它就拥有典型的锥形返回舱设计，而ACTS的返回舱正是源自于此，它的侧壁倾角很小，与侧壁大倾角的猎户座飞船截然不同。

对于这一构想，俄罗斯兴趣浓厚，但欧空局一直对发展独立载人航天能力犹豫不决，2008年底双方中止合作，俄罗斯开始独立研制新一代载人飞船。2009年4月6日，能源公司获得了新飞船的研制合同，新飞船被命名为未来载人运输系统（PPTS，图4），它是一种兼顾近地轨道和登月任务的飞船。

图3 TKS大型货运飞船模型

“联邦号”举步维艰

PPTS又称罗斯（Rus）飞船，原定使用新一代的罗斯-M（Rus-M）火箭发射，Rus-M是一种使用RD-180发动机的模块化火箭家族，堪称俄罗斯的Atlas V火箭。俄罗斯航天局曾对Rus-M火箭寄予厚望，但它研制花费太多而且和即将完成的安加拉火箭性能重合，2011年10月Rus-M火箭研制计划惨遭取消，PPTS飞船将改用安加拉5P火箭发射。

图4 2009年，PPTS的设计模型

图5 联邦号飞船模型

图6 2013年正式亮相的PPTS

PPTS飞船的设计方案在接下来的几年里不断得到完善，比如原来激进的火箭反推垂直降落方案被放弃，最后还是选用常规的降落伞着陆方案。但俄罗斯人对返回舱10次重复使用的计划始终初心不改。PPTS飞船分为近地版和登月版，前者重量14.4吨，后者20吨，主要区别在于登月版拥有更大的服务舱，具备从月球轨道脱离返回的能力。PPTS飞船的返回舱直径可达4.4米，正好是联盟号返回舱的2倍 ，它的内部空间可达17立方米，额定载人4人，基本性能和猎户座飞船大致相当。

2012年12月，能源公司总裁宣布该公司完成了PPTS飞船的技术设计，如果预算经费正常拨付，飞船计划2017年开始飞行试验。遗憾的是，2014年后，俄罗斯经济萎靡和航天预算的削减，严重影响到PPTS飞船的研制进度，如果按照2009年的计划，2015年PPTS飞船就该上天了，2017年载人飞船也要开始发射了，但2014年底，俄方宣布PPTS飞船的首次发射将推迟到2021年，2015年又宣布首次发射时间将推迟到2022年，首次载人飞行任务则将推迟到2024年。

2015年8月，新一代飞船的征名活动展开，虽然备选名称中“加加林”的呼声最高，但2016年1月15日，俄罗斯航天局正式公布的命名却是“联邦号”（Federatsiya）。

图7-8 联邦号飞船设计示意图

然而正式命名并没有带来好运，联邦号飞船的研制进度继续推迟，搭载的火箭又改为新研制的联盟5号/凤凰号（联盟5号几乎就是俄罗斯版的天顶号火箭）。更不幸的是，2018年，由于联盟5号火箭的研制进度问题，联邦号飞船首次发射时间将推迟到2026到2027年，首次载人发射时间自然更要后移。

新一代联邦号飞船的研制实在步履维艰，而“联盟”到“联邦”的研制历程对比，简直就是干劲十足的苏维埃联盟到萎靡不振的俄罗斯联邦的缩影。