毫米级小洞让国际空间站进入紧急状态,NASA转移宇航员欲解决空气泄漏问题

科学
毫米级小洞让国际空间站进入紧急状态,NASA转移宇航员欲解决空气泄漏问题
麻省理工科技评论 2020-08-23

2020-08-23

毫米级小洞让国际空间站进入紧急状态,NASA转移宇航员欲解决空气泄漏问题
航空航天 科学
毫米级小洞让国际空间站进入紧急状态,NASA转移宇航员欲解决空气泄漏问题

每时每刻,国际空间站绕着地球高速飞行,如今在空间站上驻守的三名宇航员作为地球以外仅有的人类,都被紧急集中在了空间站上的俄罗斯舱段内。

这么做的目的,仅仅是为了找到空间站上一个直径可能仅有不到 2 毫米的漏洞。

近日,美国国家航空航天局(NASA)和俄罗斯航天集团先后在其官方网站上表示,由于国际空间站上的美国舱段出现了空气泄漏的情况,气压下降的速度持续扩大,因此已经指挥空间站上的三名宇航员全部在俄罗斯舱段集中,同时着手准备寻找潜在的泄漏点。

NASA 强调此次气体泄漏并不会对宇航员的安全造成威胁,进一步的检修工作将在下周开始。

毫米级小洞让空间站进入紧急状态,NASA转移宇航员欲解决问题

图 | 俄罗斯舱段在左,美国舱段在右(来源:NASA)

目前驻守在国际空间站的三名宇航员中有两名俄罗斯人和一名美国人。事实上,国际空间站的主要建设工作也由这两个国家完成,两国宇航局负责的舱段有着明确的分界。日常工作期间,两国的宇航员通常会在各自的区域内工作和休息。在寻找国际空间站美国舱段空气泄漏点期间,所有宇航员将在俄罗斯舱段隔离三天。

NASA 在官方博客上表示,去年 9 月开始,NASA 就已经发现空间站的漏气速度略高于正常的速度,迟迟没有进行修补的原因仅仅是因为 NASA 的工作实在太多忙不过来。自去年九月以来,国际空间站一直非常忙碌,宇航员进行各种太空行走,SpaceX 的龙飞船进行首次载人任务任务等。

相比之下,NASA 认为检修气体泄漏并不是一个特别急迫的问题,毕竟空间站上还常备有气罐。这边气体不断泄漏,那边气罐不断补充,维持空间站的气压。

NASA 已经确定了泄漏点位于美国的舱段内,但由于目前泄漏地点不明,要找到一个直径 1、2 毫米或是肉眼难以察觉的缝隙是一件颇为麻烦的事情。因此 NASA 在近期终于腾出了几天时间,准备把漏洞补上。

目前的计划是,将宇航员转移至俄罗斯舱段内,避免宇航员的活动干扰气体、气压的检测工作。空间站上所有的舱段门将在周末前关闭,以便地面控制人员检测到每个舱段的气压,两国航天局表示,初步的调查结果将在下提交。

从未停止的气体泄漏

气体泄漏是空间站持续存在的问题,泄漏的速度也会随着时间变化,NASA 也已经进行了系统的研究,持续监控气体泄漏的速度。

一项覆盖了从 2004 年 10 月至 2011 年 2 月的数据显示,泄漏速度从每天约 0.064 千克,增加到了每天约 0.227 千克。

造成更多气体泄漏的原因则可能是结构的老化,或是小型太空碎片的碰撞,毕竟在高速运转状态下,即使是 0.1 毫米的碎片,也可能能将空间站撞出一个小洞。

毫米级小洞让空间站进入紧急状态,NASA转移宇航员欲解决问题

图 | 千分之一厘米碎片将空间站玻璃撞出小洞

国际空间站这个被称为“有史以来最贵的人造物体”,像是一个在太空中飘荡的“小房子”,加压空间大约为 916 立方米,要找到一个细小的泄漏点并不容易。且不算停靠在上的载人、货运飞船,以及各种功能性的太阳能板、机械手臂,国际空间站也有十几个舱段,每个舱段都是一个独立的空间。

事实上,在建设过程中,国际空间站的空间随着舱段数量不断上升,这也带来了潜在的气体泄漏问题。

一篇 NASA 资助的研究显示,国际空间站上每增加一个舱段,都会泄漏少量气体,同时增加一个发生泄漏的潜在位置。为了确保机外泄漏最小化,所有添加到国际空间站的模块都经过严格的地面测试程序,评估潜在的泄漏风险。

经验表明,在地面测量的舱段泄漏量低于在轨观测到的舱段泄漏量,在轨工作的单个舱段的泄漏量,平均比在地面的测试结果要高出 12 至 15 倍,这表明模块之间的接口才是造成泄漏的更主要原因。

为了保持空间站内气压的正常值(96.5-102.7 kPa),空间站需要及时补充内部的氧气和氮气。

一直以来,空间站里都常备着在地球上灌满的氧气和氮气储气罐,除此之外,空间站内也会持续采用电解等技术方式持续人工造氧。

除了孔洞、缝隙造成的气体泄漏,其他气体丢失的原因还有飞船的对接、脱离,宇航员进行出舱任务或是进行部分空间站实验等都会造成气体的减少。

因素太多,让气体检测本身都变得复杂。除了检测空间站的整体气压,空间站还会持续检测其中氮气的含量,虽然气体泄漏会造成氮气和氧气含量共同减少,但根据氮气含量判断泄漏有助于精准计算气体的泄漏情况,避免了人类或其他动物新陈代谢带来的干扰。

这也解释了为什么此次 NASA 要将宇航员转移至俄罗斯的舱段内,除了出于安全的考虑,更多还是为了避免宇航员自身对空气检测的干扰。

修修补补的“老年”空间站

漏水、漏电是地面上的建筑来说是老化后的困扰之一,而漏气则是空间站老化的烦恼。

在距离地面不到 400 公里的高度上不停飞行,这个地球以外最大的人造物体已经连续工作 20年,在这期间,仅有宽度超过 100 米的太阳能板能持续为空间站提供电力,除此之外,几乎所有资源都需要从地面运上去,或是通过技术手段进行人工生产、回收利用。

自从空间站启用开始,空间站每年都会报告各种故障和维护问题。包括制氧机故障、太阳能板展开异常、接口损坏甚至碎片碰撞。其中气体泄漏则是最常见的一个,较严重的泄漏至今已经发生了 5 次以上。

可以说,不断运送宇航员上空间站的过程,也是不断修复、完善空间站的过程。包括频频进行的出舱任务,目的也绝不是为了和地球拍一张合照,通常都是对舱外的零部件进行修复。

空间站上一次报告严重的气体泄漏还是 2018 年 8 月底。当时俄罗斯航天集团先报告了泄漏事件,即空间站气压下降明显。随后空间站上的宇航员找到了一个直径约 2 毫米的小孔,并用手指将其堵住。在那之后,其他工作人员才用特殊的密封剂和胶带对漏洞进行了修补。

与其他突发状况相比,气体泄漏算是一个持续存在的小问题。事实上国际空间站对各种突发威胁有详细的预案和应对准备。当空间站环境不断恶化难以解决,或是发生大型碰撞、火灾等大型事故,宇航员能做的最后应对,就是坐着飞船集体“跑路”,彻底放弃空间站。

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