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洩漏、故障、火災……太空遇險怎麼辦?

本文轉自【中國航天報】;

近日,國際空間站上的2名俄羅斯航天員有點鬱悶:他們先是因為艙外航天服出故障,被迫推遲艙外行走,後來又遭遇了聯盟MS-22飛船異常洩漏,不僅出艙任務繼續推遲,就連明年3月能否乘坐這艘飛船安全回家都不能確定了。回顧載人航天史,航天員在太空中經歷過哪些險情?科研人員和航天員為此制定了哪些防範措施和應對預案?

航天器洩漏很危險

航天器在近地軌道上高速執行,必須採取符合相關標準的密封措施,畢竟宇宙真空環境的溫溼度、壓力、輻射狀況等都不允許人體直接暴露。載人飛船返回地面時,需要高速穿越地球大氣層,嚴酷惡劣的外部環境也要求航天器保持良好的密閉性。因此,任何涉及航天器洩漏的跡象都會引發高度關注和迅速處置,避免釀成慘劇。

俄羅斯聯盟MS-22飛船發生異常洩漏

最近這次聯盟飛船洩漏事件能夠被及時察覺,是因為航天員在即將出艙前發現冷卻迴路中的壓力感測器讀數異常偏低。不久,機械臂上的攝像頭拍攝到,大量冷卻液透過小孔飛撒向太空。俄美等國的專家們正在分析事故原因,重點研判該飛船能否在沒有冷卻液的情況下完成著陸返回任務,如果不能,俄羅斯將及時發射救援飛船。

事實上,在過去的半個多世紀裡,國外載人航天器遭遇過多次洩漏險情,曾危及航天員生命。

2018年8月,俄羅斯飛控中心檢測到國際空間站艙內出現微量氣體洩漏,空間站內的壓力感測器也發出警報。6名航天員排查發現,與空間站對接的聯盟飛船軌道艙艙壁上竟有1個1。5毫米直徑的孔,如果不及時處理,空間站內的氧氣有可能在18天內耗盡,引發致命後果。航天員使用特殊材料緊急封堵小孔後,俄專家經過研究,排除了太空碎片或微小天體等撞擊造成孔洞的可能,進而懷疑是美國航天員鑽孔破壞俄飛船,由此引發了軒然大波,兩國至今各執一詞。

如果飛船異常洩漏發生在返回艙,情況無疑更加危險。1971年蘇聯聯盟11號飛船返回地球過程中,3名航天員不幸犧牲。調查顯示,當時飛船返回艙的壓力閥發生故障,導致空間較小的返回艙內空氣快速洩漏。在航天員還來不及反應時,艙內嚴重失壓,引發航天員急性缺氧窒息。

那次悲劇顯示早期飛船內部設計不合理,蘇聯航天單位迅速提高了聯盟飛船的安全性指標,增加了1套生命保障系統,並規定航天員在上升、返回階段必須穿上特殊航天服,一度將乘員從3人減為2人,直到各項改進措施把飛船的安全性提升到新水平。

此外,美國兩架太空梭的悲劇也是密封不當造成的。1986年挑戰者號太空梭升空不久後,密封圈失效,固體助推器的熱氣異常衝擊外部燃料箱,引發連鎖反應,最終爆炸。

2003年哥倫比亞號太空梭外部燃料箱上的絕緣泡沫掉落,擊中了左側機翼前緣,埋下隱患。當太空梭再入大氣層時,已失去密封性,高溫氣體竄入機翼內部並引發液壓、控制系統等故障,導致解體。慘劇發生後,美國宇航局加大了對隔熱瓦的檢查力度,以至於太空梭在返回前需要繞著國際空間站飛一圈,以便駐站航天員仔細檢查其外部隔熱瓦是否受損。

航天服修補盼換新

在太空中,任何微小的異常都有可能引發重大事故,航天員出艙必穿的艙外航天服就是如此。2016年1月,美國航天員科佩拉執行艙外任務期間,遭遇頭盔漏水危機,被美國宇航局定性為“潛在生命威脅事件”。

國際空間站航天員回艙“除水”

義大利航天員帕米塔諾同樣曾遭遇頭盔漏水,而且漏水量是科佩拉的4倍。水在失重環境下一度“全面包裹”帕米塔諾的五官,讓他難以呼吸,也無法聽清無線電緊急溝通訊息。如果不是同事們受過應急搶救培訓,協助他及時返回了氣閘艙,那麼很可能會造成嚴重後果。

事故調查表明,水分離器中的無機材料導致滾筒孔堵塞,水滴被迫溢位,進入通風口迴路中,大量懸浮在頭盔內部。針對有關缺陷,美國宇航局對艙外航天服的水分離器進行改進,儘量避免堵塞情況,又在頭盔內部增加了“吸收墊”,插入備用呼吸管。後來,又有航天員遭遇了漏水意外,但也證明這些改進措施產生了效果。

除了漏水外,艙外航天服還發生過更危險的被刺破事故。1991年4月,美國航天員阿普特在艙外活動中不慎刺破了艙外航天服,引發異常減壓,幸無大礙。更早之前的1965年,蘇聯航天員列昂諾夫進行了人類第一次太空行走,不料早期艙外航天服設計不合理,發生了異常膨脹,列昂諾夫無法返回飛船。不過,列昂諾夫藝高人膽大,主動開啟閥門,冒險讓艙外航天服洩壓,最終安全返回。

2001年,美國航天員在連線國際空間站冷卻管線時,遇到閥門故障,導致氨洩露到艙外航天服上。由於氨有毒,航天員在返回氣閘艙時必須清除掉遺留的氨晶體,只好在太空中繼續“曬太陽”,試圖藉助陽光蒸發掉它們。進入氣閘艙後,航天員佩戴氧氣面罩至少20分鐘,經過細緻檢查,確定氨沒洩露到氣閘艙,才算安全結束任務。

縱觀多次事故,不難發現:艙外航天服名為衣服,其實是“縮小版宇宙飛船”,內部結構複雜,工作環境惡劣,出毛病在所難免。隨著時間流逝,美俄早年研發的經典型號艙外航天服逐漸“老態龍鍾”,時常修補也只能勉強維持使用,有必要利用新技術、新材料、新工藝推出新一代“太空戰袍”。

太空遇火災別慌張

國外載人航天事業因火災付出了重大犧牲。1967年美國“阿波羅1號”乘組在地面測試時遭遇火災,3名航天員喪生。如今普通人已經很難想象太空中也曾發生過危險的火災,以至於前一段時間俄羅斯航天員在國際空間站開展消防演練,成了不大不小的新聞。

俄羅斯和平號空間站曾遭遇火災險情

其實,1997年俄羅斯和平號空間站曾遭遇高危火情。當時,用於產生氧氣的高氯酸鋰儲存裝置發生洩漏,洶湧的大火導致艙壁和纜線的金屬熔化,高溫液滴像被點燃的煙花一樣噴濺到艙壁上,航天員一度擔心艙壁穿洞失壓。最終,航天員們戴上呼吸面罩,強忍著高溫和煙霧,取下滅火器,撲滅明火,又克服狹小空間內氧氣不足,努力聯絡上地面團隊,在專家指導下轉危為安。

這起事故也給空間站安全運營提出了更高的標準,比如需要使用高溫絕緣性更好的材料,取代廉價卻易燃的鋁合金,而且不能雜亂堆放物件,保留消防安全通道。國際空間站獨立設定了俄羅斯水泡沫滅火系統和美國二氧化碳滅火系統,航天員定期進行安全演習,以便在火災發生時能夠近似條件反射般快速、正確處置。此外,各國新設計的載人航天器儘量確保內部整潔,除了有助於維護航天員的身心健康,也是控制火情的必然要求。

在內部空間更小的飛船或太空梭上,火災更不能忽視。1983年,哥倫比亞號太空梭返回地球時發生燃料洩漏,輔助動力裝置中的燃料爆燃,並摧毀閥門,燒燬了附近電線。

美國宇航局調查發現,燃料其實在太空梭入軌時就已洩漏,只不過在近地軌道上凍結了,重返大氣層時因劇烈摩擦升溫,重新被點燃。這次火災算是有驚無險,美國宇航局很快完善了輔助動力裝置,可惜太空梭系統複雜,更多隱患未能及時排查出來,釀成了後來的慘劇。

總之,載人航天是充滿風險的複雜工程,科研人員與航天員付出了巨大心血,甚至冒著生命危險,不斷排除隱患。相信繼任者會不斷汲取前輩傳承、遺留的寶貴經驗,取得更大成就。