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国际空间站这次漏气 后果不严重 想修却不易

2020-09-01 00:00 来源:科技日报

  近日,国际空间站上的3名宇航员结束了在俄罗斯舱段的隔离生活。由于此前发现的美国舱段漏气现象,他们于8月21日集中进入俄罗斯舱段,以配合飞行管理中心开展闭舱压力检查,寻找漏气源头。虽然最后隔离期被延长了一天,但截至记者发稿时,有关方面并未宣布找到漏气点。

  中国航天科工集团二院研究员、国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光向科技日报记者表示,这次漏气不会威胁到宇航员的安全。对于这种细微的漏气现象,虽然很容易检测到,但想找到源头,目前却没有特别简单有效的手段。

  适量漏气有助于有害气体排放

  杨宇光介绍说,无论是空间站还是载人飞船,其实是允许有一定空气泄漏率的,这有助于排出有害气体。只不过不同国家、不同时期的航天器,对泄漏率有着不同的标准。

  他说,在载人航天器上,环控生保系统用于维持航天员生命,其作用包括大气控制、水控制,以及其他污染物的控制。

  早期美国载人航天器里使用的是纯氧大气,大气密度低,气压也比较低,以便使航天器外壳能做得更薄。而苏联从一开始就采用氮氧混合大气。如今,氮氧混合大气已成各国载人航天的标配。

  因此,环控生保系统在大气控制方面主要包括氮气分压、氧分压和二氧化碳分压。这三者都是多了不行,少了也不行。此外,舱内还会产生各种有害物,例如电子设备会分解产生有害气体,宇航员放的屁中也含有硫化氢。这些有害气体如果不加以控制就会堆积,因而适当的空气泄漏率对于减少污染物堆积很有帮助。

  据测算,此次国际空间站大约每天泄漏220克空气。杨宇光表示,这样的泄漏率并没有超出国际空间站的安全阈值。按照美国国家航空航天局(NASA)和俄罗斯联邦航天局发布的声明所说,舱内空气泄漏率只是“略高于标准”。

  通常1名宇航员每天所需的空气补给量约为6至10千克,相比之下,200多克空气确实不算多。或许这也是NASA自2019年9月就发现空间站漏气,却时隔一年才开始查漏的原因吧。

  不过,虽然不会危及空间站安全,但计划外的漏气却也造成了一定的浪费。毕竟,漏出去的气总是得补回来的,而要补给只能从地面运输。

  杨宇光说,国际空间站内始终要维持将近1个大气压的压力,随着空气消耗,每天都需要补充氧气和氮气,这些补给都需要从地面运过去。可是这样的补给运输成本十分高昂,按照货运飞船、火箭的造价和发射费用计算,每往空间站运送一公斤物资,成本比等重的黄金要贵得多。

  换成这样一想,国际空间站每天往外撒4两多黄金,你说心疼不?

  查漏相当于大型客机里找针孔

  终于,NASA也无法坦然坐视了。8月20日,他们宣布要开始查找漏气源头。

  根据漏气量估算,漏气原因可能是某个舱段外壳上存在一个直径约0.1毫米的小孔。要在庞大的空间站内寻找这样一个比针尖还小的孔显然很不容易。

  国际空间站由美国、俄罗斯等16个国家联合建造,目前共有十几个加压舱段。杨宇光介绍说,俄罗斯有5个舱段,其中“曙光”号功能舱、“星辰”号服务舱均为20吨级。

  美国舱段通过“团结”号节点舱与俄罗斯部分连接。其中包括美国的“命运”号实验舱、“宁静”号节点舱、“穹顶”号观测舱、“莱奥纳尔多”号多功能后勤舱等。美国“和谐”号节点舱上,又连接了欧洲的“哥伦布”实验舱,以及日本的“希望”号实验舱……这些舱段如一节节莲藕般连在一起,有主干、有分支,颇为复杂。杨宇光说,国际空间站总重量超过400吨,内部空间超过一架大型客机。

  由于初步判定漏气源在美国部分,所以自8月21日起,驻留在空间站内的3名宇航员全部进入俄罗斯舱段,并将美国部分各舱段的舱门关闭,以便排查漏气舱段。按理说,空间站内各类传感器密布,要做到这点并不难。

  不过杨宇光认为,即使找到了漏气舱段,想进一步找出漏气点也很困难,超声波等手段并非任何情况下都适用,很多时候还得靠宇航员趴在舱壁上一点一点寻找。可是一方面空间站舱内都装有机柜,这是非密封设备,而且有几层结构,如果漏气点在机柜后面,除非把机柜拆掉,否则既看不见也摸不着。另一方面,直径0.1毫米的小孔很难用肉眼辨别,无论是在舱内还是出舱,都很难迅速发现。

  所以即使要付出一定经济代价,但如果运气不好的话,国际空间站或许不得不继续漏一阵子。

  空间站漏气已不是第一次

  无论如何,这次漏气事件并不严重,也不是空间站上第一次出现。

  2018年,国际空间站上也监测到有气体泄漏。经过排查,工作人员在与国际空间站对接的“联盟MS-09”飞船上,发现了一个直径约2毫米的洞。这个洞虽然不大,却导致舱内气压不断下降。后来宇航员用胶带和特制胶水将破洞堵上,并把飞船安全开回地面。

  2004年,国际空间站内用于平衡窗户气压的真空跨接电缆发生破漏,好在破损并不严重,宇航员更换了新电缆便解决了问题。

  相比之下,1997年俄罗斯“和平”号空间站与“进步M-34”货运飞船相撞导致的漏气事故更为严重。是年6月24日夜间,该飞船与“和平”号空间站“量子2”号舱分离,拉开一定距离后,试图与空间站重新对接,以试验其安装的新型Toru交会对接控制系统。然而这套系统并不像人们预计的那样可靠。当飞船以每小时17.5公里的相对速度接近空间站时,“速率中止控制”有关部件失灵,于是它无视宇航员的指令,沿着空间站长轴向前飞去,径直撞上了“光谱”号舱的太阳能电池板,使得“光谱”号主舱体向内偏转。在确认受损情况之前,空间站内的宇航员已明显感受到了空气压力的变化。好在经过紧急处置,空间站人员脱离了危险,“闯祸”的飞船也重新得到控制,但受损舱段却永久失压,不再适合居住。

  因空气泄漏导致的最惨烈的悲剧,发生在1971年苏联“联盟11”号飞船返回地球过程中。1971年6月6日,宇航员格奥尔基·多勃罗沃利斯基、维克托·帕查耶夫、弗拉季斯拉夫·沃尔科夫乘坐“联盟11”号飞船升空,成功与世界第一座真正的空间站“礼炮1”号对接,并创造了在空间站内驻留23天18小时22分的纪录。然而到了6月30日,当迎接英雄凯旋的人们打开飞船返回舱,看到的却是3位宇航员的遗体。

  经调查,当飞船再入大气层,返回舱与轨道舱分离时,返回舱的压力阀被震开,舱内空气快速泄漏。同时,联盟飞船座舱空间十分狭窄,为容纳3名宇航员,苏联航天部门让他们脱掉宇航服,这使三人暴露于风险之中。因此,3名宇航员来不及作过多反应,就因急性缺氧窒息,以及体液沸腾而亡。

  事后,苏联用了两年多时间设计出第二代联盟飞船,着重提升了安全性能,同时将成员数从3人改为2人,并要求宇航员在升空和返回阶段必须穿宇航服。这是3位宇航员用生命换回的教训。

  杨宇光表示,由于空气泄漏导致的事故,分为几个级别。比较轻微的情况可以通过紧急处置进行修复;如果泄漏较为严重,可能需要封闭舱段;如果再严重,例如居住舱失压,不再具备居住条件,就要组织宇航员紧急撤离了。

  而“联盟11”号飞船的悲剧,希望永远不要再发生。

(责任编辑:王蔚)

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