文 / 錢衛(wèi)

▲ 聯(lián)盟MS-09的任務(wù)徽章

▲ 航天員們發(fā)布了一條窟窿已經(jīng)被補(bǔ)好的消息，但后來撤回了

2018年8月底，運(yùn)行在近地軌道上的國際空間站發(fā)生了一次前所未有的險(xiǎn)情——對(duì)接在站上的聯(lián)盟MS-09飛船軌道艙漏氣了。雖然問題很快得到了解決，航天員的生命安全和空間站的運(yùn)行也沒有受到什么影響，但漏氣是因?yàn)檐壍琅撋弦粋€(gè)人為孔洞引發(fā)的。這在空間站運(yùn)行歷史上還是第一次，由此引發(fā)了全世界的關(guān)注。

問題出現(xiàn)的前前后后

漏氣問題是在8月29日出現(xiàn)的。休斯頓和莫斯科的飛行控制中心同時(shí)發(fā)現(xiàn)，空間站的氣壓正在下降。根據(jù)氣壓分布，斷定問題出在俄羅斯飛船上。不過問題并不嚴(yán)重，控制中心甚至沒有發(fā)出警報(bào)，叫醒熟睡中的航天員們。

需要指出的是，漏氣問題在聯(lián)盟MS-09發(fā)射、入軌和對(duì)接初期是不存在的。MS-09是在2018年6月6日發(fā)射，6月8日對(duì)接在國際空間站上的。到發(fā)現(xiàn)漏氣的時(shí)候，已經(jīng)過去了兩個(gè)多月。

當(dāng)時(shí)，國際空間站上一共對(duì)接了三艘飛船，都是來自俄羅斯，分別是進(jìn)步MS-09貨運(yùn)飛船和聯(lián)盟MS-08、聯(lián)盟MS-09載人飛船。其中進(jìn)步MS-09對(duì)接在“探索”艙底部，聯(lián)盟MS-08對(duì)接在“探索”艙頂部，聯(lián)盟MS-09對(duì)接在“晨曦”艙上。

經(jīng)過反復(fù)排查，俄羅斯航天員賽蓋爾·波羅科帕耶夫在聯(lián)盟MS-09飛船的軌道艙上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)兩毫米直徑的小孔。他當(dāng)機(jī)立斷，用手指堵住了小孔，然后隊(duì)友奧利格·奧特姆耶夫用環(huán)氧樹脂和膠帶堵住了這個(gè)小孔，完成了修理。地面人員事后分析說，如果不對(duì)這個(gè)孔采取任何措施，它會(huì)在18天后把國際空間站里的空氣全部漏光。

空間站里失去的氧氣怎么辦呢？美國宇航局與俄羅斯航天局經(jīng)過商議，動(dòng)用進(jìn)步MS-09上的氧氣儲(chǔ)備來補(bǔ)充。這件事到這里似乎就算結(jié)束了。

事后，美國航天員斯科特·科里出來平息大家的情緒。他說，我們?cè)谶^去20年里被隕石或者太空垃圾打中過無數(shù)次，這是一個(gè)必須引起重視的嚴(yán)重問題。他還贊揚(yáng)了乘組的修復(fù)工作?？臻g站自身也發(fā)生過很多次小故障，所以這只是一件小事，大家洗洗睡吧。

然而航天質(zhì)量無小事，特別是國際空間站這種大型載人綜合體。任何微小的疏忽都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)型號(hào)失敗，甚至導(dǎo)致人員傷亡。這在航天史上并不是什么罕見的事情。因此，美俄雙方的航天機(jī)構(gòu)都對(duì)這件事高度重視。主管航天事務(wù)的俄羅斯副總理羅戈津說：“這事關(guān)俄羅斯能源火箭和航天聯(lián)合體的榮譽(yù)，他們有責(zé)任找到事故原因。查清這是無心之過還是故意為之，無論是在天上發(fā)生的還是在地球上發(fā)生的?！?/p>

對(duì)正在建設(shè)空間站的中國來說，這次事故的原因和各方的應(yīng)對(duì)，特別是乘組在發(fā)現(xiàn)問題后的搶修模式，或許是一個(gè)值得學(xué)習(xí)和借鑒的案例。

▲ 航天員在聯(lián)盟MS-09上發(fā)現(xiàn)的窟窿（小的那個(gè)）

▲ 聯(lián)盟MS-09的乘組，注意胸口的第57次任務(wù)組標(biāo)志

艙壁結(jié)構(gòu)與材料

聯(lián)盟飛船是三艙式飛船，和神舟飛船一樣，從前到后分別是軌道艙、返回艙和推進(jìn)艙。其中，軌道艙前端裝有對(duì)接機(jī)構(gòu)。在航天事業(yè)發(fā)展早期，當(dāng)空間站還不存在的時(shí)候，軌道艙是航天員執(zhí)行空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的場所。神舟飛船還需要在軌道艙前段裝一個(gè)附加段，來提供更多實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)。到了空間站時(shí)代，軌道艙就完全成為承載對(duì)接機(jī)構(gòu)和運(yùn)輸貨物的艙段了。由于它不需要返回，也不需要在空間長期載人運(yùn)行，因此不像返回艙和空間站其他艙段那么厚實(shí)。至少，它的外面沒有那么厚的隔熱層和燒蝕材料層。所以，在它的艙壁上打個(gè)洞也不算太難。

而且，如果不用電鉆，而是使用螺絲刀這樣的手工工具，或許更容易在聯(lián)盟的軌道艙壁上打個(gè)洞。這聽起來很荒誕，但實(shí)際情況就是如此。

首先要知道，宇宙飛船不是潛水艇，它必須用密度很小的金屬來制造，而且材料不可能太厚。具體到聯(lián)盟飛船來說，除了框架之外，它的殼體其實(shí)非常薄。

現(xiàn)有的聯(lián)盟飛船防隕石沖擊標(biāo)準(zhǔn)是在2012年開始使用的，比此前的標(biāo)準(zhǔn)更高。第一個(gè)采用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的是聯(lián)盟30S飛船?？紤]到美國航天員也要乘坐聯(lián)盟飛船上天和返回，因此美國對(duì)聯(lián)盟飛船的安全問題也非常重視。聯(lián)盟飛船一共有兩個(gè)載人艙，其中軌道艙比較脆弱，因此美國宇航局約翰遜飛行中心用模擬聯(lián)盟飛船軌道艙的外壁進(jìn)行了彈道沖擊試驗(yàn)。這份試驗(yàn)報(bào)告，透露了聯(lián)盟飛船的艙壁結(jié)構(gòu)和材料使用情況。

使用基于服務(wù)架構(gòu)的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具有較好的靈活性、通用性及可擴(kuò)展性，同時(shí)利用PUSH技術(shù)，“主動(dòng)”將預(yù)警信息推送，使防汛工作人員能夠隨時(shí)隨地靈活地掌握各類重要的防汛防旱預(yù)警信息，極大提高了防汛防旱搶險(xiǎn)救災(zāi)應(yīng)急指揮能力。目前，本系統(tǒng)主要對(duì)水情、雨情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警，將來旱情預(yù)警、工情預(yù)警以及防汛啟動(dòng)條件預(yù)案可以分別對(duì)相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與警戒值進(jìn)行比較，對(duì)超出警戒范圍的要素進(jìn)行預(yù)警，具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

聯(lián)盟飛船艙壁是一層1.9毫米厚的AMG6鋁合金，它與屏蔽層的間隔是15毫米。屏蔽層的基底是一層0.5毫米厚的AMG6鋁板，但均勻打孔來減重；上面是50層鋁塑復(fù)合薄膜，再向外是一層玻璃纖維，然后是一層0.2毫米厚的鋁板，向外是一層同樣的玻璃纖維，再是較薄的鋁塑復(fù)合薄膜，最外側(cè)是一層玻璃纖維。屏蔽層主要是為了擋住宇宙射線和保溫，不能起到氣密的作用，并不需要把屏蔽層也打出洞來就可以漏氣。

▲ 模擬太空垃圾很容易就打穿了模擬的聯(lián)盟軌道艙艙壁

▲ 高分子材料的防護(hù)層更是不堪一擊

▲ 聯(lián)盟MS-09上天時(shí)，正值世界杯，航天員們?cè)谧闱蛏虾灻裟?/p>

美國人用來模擬聯(lián)盟飛船艙壁的實(shí)驗(yàn)品，結(jié)構(gòu)和材料與真品差不多，但略有不同。首先是2毫米厚的艙壁，用5466鋁合金制成。間隔15毫米處是屏蔽層。屏蔽層的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，它的基底是一層0.5毫米厚的6061-T6鋁板，上面是20層鋁塑復(fù)合薄膜，再向外是一層7781玻璃纖維，然后又是一層0.5毫米厚的6061-T6鋁板，然后是一層同樣的7781玻璃纖維，再是較薄的鋁塑復(fù)合薄膜，最外側(cè)是一層BETA蒙布。

5466鋁合金是一種很常見的鋁合金，中國的很多民營企業(yè)都可以生產(chǎn)并且大量出口。雖然這些產(chǎn)品未必能達(dá)到宇航標(biāo)準(zhǔn)，但至少為我們提供了一種關(guān)于聯(lián)盟飛船艙壁強(qiáng)度的參考。根據(jù)其中一家企業(yè)的出口文件，5466鋁板的抗拉強(qiáng)度是220兆帕以上，屈服強(qiáng)度是113兆帕以上，在造船、航空等很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。

那么，它能擋住微流星和太空垃圾嗎？約翰遜中心的測試結(jié)論讓人肝膽俱裂。用來模擬隕石和太空垃圾的有三種物體，塑料、鋁和不銹鋼。至少，不銹鋼彈丸可以把屏蔽層和艙壁一起打穿。鋁彈丸和塑料彈丸至少可以打穿屏蔽層。所以，即使沒有人為造成的孔洞，為空間站提供一種應(yīng)急修補(bǔ)手段也是必要的。

在不考慮隕石沖擊的情況下，這樣薄的鋁板能保持住艙內(nèi)氣壓嗎？實(shí)際上，國際空間站內(nèi)的氣壓是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，聯(lián)盟飛船內(nèi)的氣壓也是如此。飛船殼體不需要像潛水艇那樣承受恐怖的壓力，因此兩毫米的鋁板完全夠用了。

一個(gè)身體健康的人如果拿著一把尖利的螺絲刀，用力鑿幾下，完全可以在兩毫米厚的鋁板上鑿出一個(gè)洞來。這比用電鉆容易太多了。

▲ 補(bǔ)好以后的窟窿

修補(bǔ)材料和工具

空間碎片有時(shí)也會(huì)打壞空間站的外壁。2016年，英國航天員提姆·匹克發(fā)布了一張照片，向大家揭示了小小的空間碎片會(huì)造成什么后果。

這也是兩位俄羅斯航天員為什么能嫻熟淡定地把小孔堵上的原因——兩人早就有充分的心理準(zhǔn)備，而且受過相當(dāng)多的訓(xùn)練了。

根據(jù)發(fā)布的新聞，兩位航天員用環(huán)氧樹脂膠水和膠帶堵住了這個(gè)洞，國際空間站安全了。這是什么神奇的膠水和膠帶，居然能夠封堵宇宙飛船的漏洞？其實(shí)，它們不但不神秘，而且可以在電商網(wǎng)站上買到。

環(huán)氧樹脂膠水

不過，使用環(huán)氧樹脂存在著一個(gè)問題。它并不是從軟管里擠出來就可以用的，而是分成主料和固化劑，也叫做A劑和B劑。要把這兩種成分混合之后，涂到所需位置。在常溫下，它需要2～6小時(shí)才能固化，24小時(shí)后方可承受載荷，10天后完全凝固。國際空間站內(nèi)部溫度不算太低，但在失重條件下，必須想辦法讓樹脂固定保持在孔洞里，不要飛散，這就需要用到膠帶了。

聚酰亞胺膠帶

他們使用的膠帶，叫做kapton聚酰亞胺膠帶，是美國杜邦公司發(fā)明的產(chǎn)品。其中最貴的款式每卷10厘米寬、33米長，在國內(nèi)電商網(wǎng)站上也只不過賣500多元一卷。

聚酰亞胺是綜合性能最佳的有機(jī)高分子材料之一，耐高溫達(dá)400℃以上，熱分解溫度達(dá)600℃，在-269℃的液態(tài)氦中不會(huì)脆裂，長期使用溫度范圍-200～300℃。也就是說，它即使暴露在宇宙空間里也能工作，而且它的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度都非常高，用來堵這個(gè)小洞是很輕松的。特別需要指出，聚酰亞胺是自熄性聚合物，即使遇到火災(zāi)，它也不會(huì)助燃，而且發(fā)煙率低。另外，聚酰亞胺在極高的真空下放氣量很少，非常適合宇航環(huán)境。

用聚酰亞胺制成的膠帶高絕緣、耐高溫、低溫、耐酸堿、低電解、良好機(jī)械性能、耐磨擦、抗撕裂，特殊粘劑處理，粘著力強(qiáng)，是膠帶中的勞斯萊斯。在航空和電子行業(yè)，這種膠帶都得到了廣泛使用。國際空間站里準(zhǔn)備一些kapton膠帶應(yīng)急，是情理之中。

普通商品就能解決空間站的問題，或許是很多人想不到的。其實(shí)美國宇航局早在航天飛機(jī)時(shí)代后期就發(fā)現(xiàn)了這件事。哥倫比亞號(hào)因?yàn)楦魺嵬咂屏讯怏w失事后，美國宇航局就在設(shè)法尋找一種在軌修補(bǔ)隔熱瓦的手段?；镜乃悸罚褪呛教靻T出艙行走，用刷子、刮板等工具把修補(bǔ)劑填補(bǔ)到裂縫中。而這些工具都是從超市里直接買來的，在空間環(huán)境中照樣能正常使用。

其實(shí)，除了“槍把式工具”這樣的特制品，多數(shù)太空工具的構(gòu)造和地球上的工具差不多。這也體現(xiàn)了人類在工程技術(shù)發(fā)展上的傳承性。

▲國際空間站上的聯(lián)盟MS-09（左）和聯(lián)盟MS-08（右）

▲ 聯(lián)盟MS-09向國際空間站對(duì)接口靠近的情景

等到宇航技術(shù)有了進(jìn)一步發(fā)展，航天飛行也成為普通人能夠享受的業(yè)務(wù)時(shí)，從民用市場乃至消費(fèi)市場上購買器材和零件的事情將更加廣泛而不足為奇。

美俄關(guān)系背景下的事故影響

最近一些年來，美俄關(guān)系一直非常微妙。烏克蘭內(nèi)戰(zhàn)以來，美俄之間互相攻擊，政治對(duì)立非常嚴(yán)重。雙方已經(jīng)開始了實(shí)質(zhì)性的軍事準(zhǔn)備。航天作為國家戰(zhàn)略中最重要的部分之一，對(duì)政治風(fēng)向的變化也非常敏感。例如俄羅斯向美國出口的RD180發(fā)動(dòng)機(jī)就是個(gè)明顯的例子。但國際空間站作為載人設(shè)施，一直被雙方小心翼翼地對(duì)待。從政府到航天界，都盡量不讓國際空間站的運(yùn)行受到干擾。不過即使如此，在涉及國際空間站未來和費(fèi)用的問題上，美俄也存在著很大的矛盾。

首先是聯(lián)盟飛船的票價(jià)問題，由于俄方一再漲價(jià)，美國宇航局和國會(huì)早就非常不滿。所以在航天飛機(jī)退役之后，美國宇航局大力推動(dòng)自主飛船研制。到2020年前后，美國將擁有三種可以載人進(jìn)入國際空間站的飛船，而且設(shè)計(jì)指標(biāo)都比聯(lián)盟飛船要高得多。

其次是國際空間站壽命問題，美國政府已經(jīng)決定，把它運(yùn)行到2024年后。之后是繼續(xù)由政府出資維持，還是轉(zhuǎn)為商業(yè)空間站，尚且沒有一個(gè)定論。但美國宇航局肯定不會(huì)再把近地軌道載人活動(dòng)作為重點(diǎn)，而是要轉(zhuǎn)向地月空間、月球、小行星和火星。

在這種局面下，只能載3人、只能抵達(dá)近地軌道的聯(lián)盟飛船，處境其實(shí)是非常尷尬的。美國宇航局在研的“獵戶座”、波音公司的“星際航線”、太空探索公司的“載人龍”都可以載6人。如果按照國際空間站現(xiàn)有人員配置，美國一家就可以解決自己再加上歐洲、日本等國的天地往返問題。除了俄羅斯自己，誰都不需要聯(lián)盟飛船了。而且“獵戶座”是一種星際飛船，不但可以往返國際空間站，還可以登月、登小行星、登火星，讓聯(lián)盟飛船望塵莫及。而且以俄羅斯的財(cái)力，短期內(nèi)不可能拿出與之相當(dāng)?shù)男吞?hào)來。

面對(duì)嚴(yán)峻的美俄關(guān)系，俄羅斯也試圖用聯(lián)盟飛船來將美國一軍。前不久，俄羅斯方面?zhèn)鞒鱿?，?019年就不再搭載美國航天員上天了。這個(gè)消息并沒有得到廣泛討論，但很明顯，俄羅斯賭的是美國新飛船不會(huì)那么順利就研制出來并且投入使用。如果俄羅斯不提供飛船，美國將面臨一個(gè)更嚴(yán)重的空白期，航天員完全沒有手段進(jìn)入太空。

但這次聯(lián)盟飛船的事故，卻把石頭砸在了俄羅斯的腳上。如果能源聯(lián)合體失去了對(duì)質(zhì)量的控制能力，不能保證后續(xù)飛船的安全運(yùn)行，那么就算不考慮政治因素，美國、歐洲和日本也不見得敢于繼續(xù)讓自己的航天員搭乘聯(lián)盟飛船。畢竟，美國已經(jīng)犧牲過多名航天員了。

這是不是一個(gè)偶然事故，能源聯(lián)合體是不是能如同過去那樣，繼續(xù)提供質(zhì)量穩(wěn)定、飛行可靠的飛船，不但將決定俄羅斯航天事業(yè)的聲譽(yù)，也將決定2019年之后國際空間站的運(yùn)行模式。如果美國飛船研制順利而俄羅斯飛船質(zhì)量下滑，那么俄羅斯在國際宇航合作中的地位將嚴(yán)重下滑，往日榮光將蒙上一層陰影。

迄今為止的載人航天事故簡表

沒有飛出大氣層的亡人事故

訓(xùn)練或者試驗(yàn)亡人事故