國際空間站飛船溫度升至50℃! 遭撞擊冷卻系統故障: 準備太空救援?

2022年12月17日22:51:03 科學 1742

俄羅斯衛星通信社12月16日21點50分報道,對接在國際空間站上的俄羅斯「聯盟MS-22」號飛船艙溫因製冷系統故障已升至近50攝氏度,俄航天集團專家正在研究降溫方法!

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此前俄羅斯航天局和NASA同時發布通告稱,俄羅斯飛船遭遇隕石或者太空垃圾撞擊,大量冷卻劑正在泄漏,而且此時剛好還遭遇高β傾角,連續5天太陽暴晒,已經警告飛船高溫或無法控制,接下來,國際空間站要準備太空救援了嗎?

撞擊的罪魁禍首:是微隕石還是太空垃圾

莫斯科時間12月15日5點20分左右,俄羅斯宇航員普羅科皮耶夫和佩捷林正準備太空行走,已經全身穿戴完畢之後待在Poisk艙內將開始壓力平衡工作,但此時被MS-22上發出的一個診斷系統警報給打斷了。

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艙外行動中止,NASA和俄羅斯航天局專家召開緊急會議討論出艙行動接下來進一步動作。之後分析警告信息的數據,確認MS-22飛船的冷卻劑壓力下降所致。此後NASA通過艙外攝像機的監控發現MS-22上泄漏的冷卻劑泄漏非常嚴重,大量雪花狀的物質正彌散到太空中。

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隨後俄羅斯航天局確認艙外行走被取消,為了確定問題的嚴重性,俄羅斯宇航員安娜•基基娜使用科學艙的歐洲ERA機械臂上的相機拍照並拍攝了飛船外層的視頻。數據已發回地球,專家們已開始研究圖像評估受損情況。

確實是遭到撞擊破損導致泄漏

12月15日深夜俄羅斯衛星通訊社報道稱,俄航天集團載人航天計劃執行主任謝爾蓋·克里卡廖夫15日表示,停靠在國際空間站的聯盟MS-22號飛船出現的泄漏可能是微隕石擊中散熱器造成的,影響只限於儀錶設備艙的溫度可能出現變化。

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目前專家們正在分析儀錶設備艙和飛船可能受到影響,檢查熱平衡。將根據分析結果就接下來的飛行計劃採取措施。」 克里卡廖夫補充說,聯盟號飛船和國際空間站各艙段的遙測參數沒有發生任何其他變化,宇航員沒有危險。

究竟是什麼東西撞到了飛船?

俄航天局官方已經表示是微隕石撞擊,而就在15日傍晚17點44分左右,我國浙江上空划過一道耀眼的光芒,一顆火流星穿越天際、消失於地平線上。此後金華浦江縣檀溪鎮城頭村的村民在公路旁撿到到了落地的隕石,這塊隕石還把路面砸了個坑,撞到俄羅斯MS-22飛船的微隕石與這有關係嗎?

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讓大家非常震驚的是,12月14~15日正好是雙子座流星雨期間!流星雨成因大家都知道,基本都地球在穿越繞日彗星一路「灑下」的塵埃帶時,這些微流星體進入大氣層,與高超音速激波的加熱下變成一道穿越天際的流星。

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這些流星體的速度極高,因為是來自太陽系的天體,在沖入大氣層時的速度至少也是第二宇宙速度,也就是在11千米/秒左右,不過因為角度與方向不一樣,其速度會有很大的差別,比如與地球公轉軌道逆向,那麼速度可能高達70千米/秒,如果是順向,那麼速度可能會低至11千米/秒。

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但就算是最低速度也絕對可以讓國際空間站來個透心涼,不過好在是流星雨中基本都不太有像落在金華浦江的那種那麼大的落地流星體,這種火流星一般都是偶發的,但撞擊MS-22飛船的微隕石確實有可能來自雙子座流星雨,這個可能性還是挺大的。

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目前公開的消息是微隕石擊中散熱器,這是將飛船儀器艙熱量通過熱交換介質帶到飛船表面通過輻射的方式散發的一個散熱器,並沒有進行加固,只需要一顆極小的微隕石撞擊穿透即可導致冷卻劑泄漏。

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一塊鋁塊被一個14克的塑料以6.7kms (24000kmh) 的相對速度撞上後的情景

如果再大一點的話估計就直接穿透飛船外殼了,這個撞擊是非常可怕的!不過也有專家提出了不同意見,國際空間站所在區域正好位於俄羅斯2021年反衛星測試的碎片雲區,被未受監控的極小碎片撞擊也是有可能的。

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2021年俄羅斯反衛星測試時的碎片分布

但到目前為止並沒有一個結果,筆者倒是認為雙子座流星雨中夾帶的微隕石非常有可能,畢竟散熱器非常脆弱,流星雨中的微隕石的破壞足以造成嚴重事故。

高溫無法控制?國際空間站太空救援怎麼操作?

12月16日,美國國家航空航天局(NASA)發布消息稱將和俄羅斯國家航天集團公司計划動用「加拿大臂2」號(Canadarm2)機械臂對發生泄漏的俄「聯盟」號飛船進行額外的檢查,以便確認泄漏點與撞擊嚴重程度。

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16日深夜,俄羅斯消息人士表示,對接在國際空間站上的俄羅斯「聯盟MS-22」號飛船艙溫因製冷系統故障已升至近50攝氏度,俄航天集團專家正在研究降溫方法。

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而據另一位消息人士表示,由於調節艙內溫度和濕度的飛船溫控系統出現故障,聯盟飛船上的儀器設備可能會無法正常工作甚至徹底失靈。更麻煩的是受這次故障影響,原定於明年3月執行的「聯盟MS-23」飛船發射任務可能會延期。

高β角運行:太陽連續暴晒5天

事不湊巧,國際空間站最近這些天由於到了高β角運行期間,所以會被連續暴晒!可能很多朋友很難理解這個狀態,這繞地球運行不是半圈白天、半圈黑夜嗎?大部分時候確實是這樣,但每年大約有兩次,會運行在整圈都被太陽暴晒的情況下,而此次則是連續5天!

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太空中的飛船被太陽暴晒有幾個辦法,一個是搞個「遮陽棚」擋住陽光,當年的天空實驗室就是這麼乾的,另一個則是利用太陽能電池的電能將艙內熱量通過熱交換的方式到艙外再經過輻射的方式散熱。

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現在MS-22飛船的冷卻劑泄漏了,就是有電也無法支撐飛船的散熱工作,最好的辦法是將太陽能電池角度調整可以遮擋到MS-22飛船免於其遭到太陽暴晒,但事實上這個問題卻不好處理,因為太陽能電池角度飛船有限。

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當然還有一個辦法是將聯盟MS-22飛船與國際空間站之間的對接艙門打開,將其與國際空間站內連通起來,通過國際空間站的「空調」對其進行降溫,這也是可行之舉,不過電子設備的散熱就不太好操作了,但再不濟總可以關機吧,現在MS-22飛船對接於國際空間站,不開似乎也沒有很大問題嘛。

緊急撤離空間站:俄羅斯航天局太空救援?

聯盟MS-22飛船是地面往來空間站的主要飛船,雖然目前已經有SpaceX載人龍飛船,但在大部分時候都是聯盟號飛船來承擔天地往返任務的。從今年6月份開始,美俄雙方簽署了互換座位的協議,NASA和俄羅斯航天局互相派遣宇航員從對方飛船乘坐上天,這就少了像今年3月底馬克范德黑從太空返回地面,NASA要付美元而俄羅斯要收盧布的尷尬事情了。

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目前在空間站上有7名宇航員,分別是三名俄羅斯宇航員、三名美國宇航員和一名日本宇航員,分別乘坐兩艘飛船前往空間站:

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其中俄羅斯宇航員Sergey Prokopyev、Dmitri Petelin和美國宇航員Frank Rubio是乘坐MS-22飛船於2022年9月21日從拜科努爾航天發射場發射升空抵達空間站的,而美國宇航員Nicole Mann、Josh Cassada與日本宇航員Koichi Wakata以及俄羅斯宇航員Anna Kikina是乘坐SpaceX的Crew-5 Dragon於2022年10月5日從肯尼迪航天中心升空前往空間站的。

聯盟號飛船:還能撐住?

目前聯盟號飛船雖然只是冷卻劑泄漏,但問題還是比較嚴重的,假如只是儀器設備艙冷卻,那麼電子設備在工作過程中可能產生高溫導致工作不穩定甚至嚴重故障,此時飛船已經不再適合載人,因為它隨時可能處於不穩定工作狀態。

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另一個則是飛船內部溫度控制與電子設備降溫等屬於同一冷卻系統,那麼問題還更嚴重,乘員艙溫度升高,無法冷卻,人很容易中暑甚至昏迷,而返回時間長達3~6小時,如果發生意外事件甚至有可能1~2天,這聯盟號飛船就沒法坐了。

緊急救援?原本SpaceX的龍飛船可以搞定

目前國際空間站沒有遭遇危險,即使飛船損壞也不會影響到宇航員的安全!但假如在此時再次遭遇撞擊,那麼很可能會緊急撤離空間站,可能很多朋友都懷疑這到底有沒有可能,事實上在2015年7月就曾發生過碎片接近而所有宇航員(Gennady Padalka、Scott Kelly 和 Mikhail Kornienko)被緊急疏散到停泊的兩艘聯盟號飛船內。

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所以問題來了,飛船座位怎麼分配?3位美國宇航員和1位日本宇航員坐龍飛船,然後3位俄羅斯宇航員坐自家的「破飛船」返回?顯然這很不合理,比較合理的方式還是乘坐原來的飛船座位,因為每個座位都是為宇航員定製的!

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但無論怎麼分配,總是有3位宇航員會被分配到「破飛船」上去!不過事實上並不需要那麼麻煩,因為SpaceX的龍飛船是7座的,從理論上來看,帶7名宇航員返回地面一點問題都沒有。

7座飛船:為什麼只乘坐4人

載人龍飛船是SpaceX的龍飛船載人版,其設計飛船有特色,逃逸火箭在側面,發射失敗時用作逃逸火箭,而返回著陸時用作著陸緩衝火箭,但NASA由於安全要求取消了這個設計,不過SpaceX在未來可能會再次啟用設個非常優秀的合計。

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龍飛船重約9.5噸,載荷可達6噸,直徑4米,高8.1米,加壓艙9.3立方米,乘員為7人,但NASA的任務只允許載4人,原因是SpaceX設計好布局後NASA認為龍飛船的座椅角度有問題,可能在濺落時會讓宇航員遭到嚴重衝擊,因此NASA要求更改座椅設計,這下讓原本7座的龍飛船變成了只能放下四個座椅,只能搭乘4人。

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7人版本的飛船座艙

不過SpaceX並不甘心,如果不是因為NASA的任務,激進的馬斯克很有可能會重新啟用7人制,但目前在空間站上的龍飛船只能乘坐4人,那國際空間站上的宇航員還真有3人無處可去。

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4人版

緊急救援:唯一的問題就是時效

按空間站載人飛船發射的慣例,一般都是一艘飛船為發射,而下一艘則作為備份,兩艘飛船都已經生產完畢,另外在拜科努爾發射場,聯盟火箭也有庫存的,但必須要了解這不是熱備,也就是說無法隨時準備發射,必須要推到發射台上,加註燃料並且進行所有測試項目,然後再發射升空。

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以中國神舟飛船緊急救援的準備時間大約為8.5天為例,聯盟號發射準備時間也不會短,相信SpaceX的龍飛船也不可能熱備,因此如果真的遭遇緊急情況需要立即返回,而飛船又不夠,還真是個大問題,唯一的辦法可能是向中國人求救了。

延伸閱讀:溫度恢復正常

俄羅斯衛星通訊社12月16日22點22分報道,「聯盟MS-22」號載人飛船生活艙內溫度降至30攝氏度,雖然有些偏高,但還是在正常範圍內:

「周五莫斯科州的飛行管理中心與國際空間站的宇航員對聯盟MS-22號載人飛船進行了一系列的測試,包括測量飛船生活區(返回艙和生活艙)的溫度,目前溫度達到30攝氏度。溫度降低的幅度不大」。

另外俄羅斯國家航天集團的專家還在16日的16點08分(北京時間)成功測試了「聯盟MS-22」號飛船的發動機,暫時沒有發現問題。

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12月17日,俄羅斯衛星通訊社報道,俄羅斯航天局專家認為冷卻系統發生泄漏的「聯盟MS-22」號飛船沒有從國際空間站緊急返回地球的理由,不過俄羅斯航天局的宣布並沒有令大家打消疑慮,這個冷卻系統到底會不會對返回過程產生影響?

#所見所得,都很科學#

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