國際空間站上的事故

2020-12-23 04:37沈羨云

百科知識 2020年23期

沈羨云

國際空間站—這座累計耗資破千億美元的“太空別墅”，按照最初的設(shè)計，預(yù)計壽命為15年，但是如今它已經(jīng)服役22年了。國際空間站在服役期間，尤其在后期，站上的大小事故不少：有的事故足以讓宇航員驚出一身冷汗，而有的事故則令人啼笑皆非。

制氧機“斷氣”

國際空間站有一個非常重要的設(shè)備，那就是制氧機?？臻g站里的氧氣主要來自于電解水，并且用高壓密閉罐來儲存。

2006年9月18日，國際空間站上的一個制氧機發(fā)生毒氣泄漏，盡管沒有造成嚴(yán)重后果，但太空艙內(nèi)的3名宇航員還是受驚不小。事故發(fā)生在當(dāng)日早晨7時左右，國際空間站太空艙內(nèi)警報響起，一個制氧機發(fā)生故障，冒出煙霧，還伴隨著陣陣刺鼻氣味。地面控制中心立即要求3名宇航員戴上面罩、護目鏡以及防護手套，并啟動了應(yīng)急措施，要求他們關(guān)閉艙內(nèi)的通風(fēng)換氣系統(tǒng)，以防刺激性氣體再度擴散。經(jīng)過排查，這次泄漏事件的罪魁禍?zhǔn)资且粋€俄羅斯產(chǎn)的制氧機，事故發(fā)生前地面控制中心曾要求宇航員打開這個設(shè)備，但它自動關(guān)閉，不能正常開啟。宇航員經(jīng)過再次嘗試終于將它啟動，但不久便造成過度加熱導(dǎo)致毒氣泄漏。宇航員們發(fā)現(xiàn)是制氧機中的氫氧化鉀泄漏，刺激性氣味很可能是因為過度加熱導(dǎo)致橡膠墊圈熔化而散發(fā)出的。宇航員們用毛巾將泄漏的物質(zhì)清理干凈，又用活性炭空氣凈化裝置驅(qū)除異味。幾個小時后，監(jiān)測系統(tǒng)顯示，艙內(nèi)的空氣已經(jīng)沒有危險。地面控制中心命令重新啟動通風(fēng)系統(tǒng)，空間站內(nèi)又恢復(fù)了正常秩序。這是國際空間站建立以來首次毒氣泄漏事件，雖然未造成嚴(yán)重后果，但卻是令宇航員們心驚肉跳的一次事故。

外部冷卻循環(huán)系統(tǒng)關(guān)閉

空間站有兩套冷卻循環(huán)系統(tǒng)用以保持空間站內(nèi)部和外部設(shè)備的冷卻。這些冷卻系統(tǒng)內(nèi)部裝有大量液態(tài)氨。

2010年7月31日20時，正在休息的空間站宇航員們被一陣警報聲吵醒，他們在緊急查找警報原因后發(fā)現(xiàn)一套冷卻系統(tǒng)出了問題。他們迅速關(guān)閉了監(jiān)視飛行姿態(tài)的兩個陀螺儀、一套通信系統(tǒng)、一個全球定位系統(tǒng)接收器、多個整流器和路由器，以免僅存的另一套冷卻系統(tǒng)超負(fù)荷工作。此次故障由一個液氨泵模塊的電力故障導(dǎo)致。雖然此次事故并沒有影響到空間站內(nèi)的6名宇航員的生命安全，但發(fā)生在空間站內(nèi)的任何事故都不容耽擱，必須盡快采取措施予以處理。美國宇航員惠洛克和戴森進行第一次太空行走，去更換運轉(zhuǎn)失靈的泵組件。第二次太空行走在此后兩三天內(nèi)進行，目的是接通新組件的電路以及液氨傳輸線。最終，實施了3次太空行走才完成故障液氨泵的更換。

太陽能電池板故障

國際空間站需要足夠的能量來維持運轉(zhuǎn)，能量的主要來源是太陽能電池板—空間站所需能量的97%由太陽能電池板提供。國際空間站有4個太陽能電池陣列（包括8套太陽能電池板），它們分為兩組，分別安裝在國際空間站的兩側(cè)，固定在一個中央桁架結(jié)構(gòu)上。太陽能電池板展開后的總長度達70余米，寬達12米，因此在展開過程中容易受到損傷，展開后也容易被太空垃圾或隕石擊中。

2007年10月30日，正在國際空間站上執(zhí)行任務(wù)的美國“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機的宇航員進行了一次太空行走。他們當(dāng)天主要任務(wù)是為空間站安裝一套新的太陽能電池板。宇航員在太陽能電池板打開過程中發(fā)現(xiàn)其中一塊板條上有裂縫，已成功安裝的太陽能電池板未能全部展開。這套太陽能板由31塊板條組成，看上去像一個沒有拉開的手風(fēng)琴。第一塊板條緩慢打開后情況良好，然而，在第二塊板條幾乎完全打開時，發(fā)現(xiàn)兩條裂縫：一條約75厘米長，另一條約為25厘米長。宇航員立即停止展開太陽能電池板，將裂縫照片傳回地面控制中心，讓專家找出合適的修補方法。

太陽能電池板上的裂縫引起了美國國家航空航天局（NASA）的重視。NASA原計劃當(dāng)年12月在空間站建成歐洲實驗艙，2008年建成日本實驗艙。如果新太陽能電池板上的裂縫不能及時得到修復(fù)，導(dǎo)致能量供應(yīng)不足，建設(shè)歐洲和日本兩個實驗艙的計劃將受到影響。

為了修復(fù)太陽能電池板裂縫，美國“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機的兩名宇航員不得不在國際空間站外進行一次高難度的太空行走。這次長達7小時19分鐘的太空維修作業(yè)，由“發(fā)現(xiàn)”號機組任務(wù)專家帕拉金斯基和惠洛克執(zhí)行。帕拉金斯基被固定在空間站機械臂的前端延長吊桿上，站內(nèi)同伴操縱機械臂，把他送到電池板破損處近旁。他利用宇航員自制的5個扣鏈樣工具，成功修補了破損處。之后，站內(nèi)宇航員又小心翼翼地操作，將太陽能電池板完全展開。

這次任務(wù)是美國宇航史上最危險的太空行走之一，因為需修補的太陽能板依然帶電，而且破損點距離工作艙有半個足球場遠(yuǎn)，帕拉金斯基要“走”上近一個小時。帕拉金斯基的工作說起來并不復(fù)雜，只要在太陽能電池板破損處打孔，再將“扣鏈”兩端鋁片固定即可，但其危險性卻相當(dāng)大。最令人擔(dān)心的是需修補的太陽能電池板依然帶電，而且電壓在110伏以上。按照慣例，在修補之前，應(yīng)切斷電池板的電源，但不論地面控制中心還是空間站上的宇航員都沒能完成這一任務(wù)。盡管110伏電壓不會致命，但一旦觸電，宇航員也將處境危險，因為他使用的工具可能被熔化。他遭電擊后不受控制的動作也可能造成手套和宇航服破損。加上返艙距離遠(yuǎn)，出現(xiàn)意外后，他的備用氧氣可能不夠用。為此，帕拉金斯基使用的所有金屬工具都外包了三層絕緣膠帶，他和惠洛克還在宇航服的手套外額外加了一副手套。這給修補工作帶來了新的難度。NASA太空行走訓(xùn)練中心主管戴維·沃爾夫說，戴著那身特別裝備安裝“扣鏈”，好似戴著拳擊手套縫紉。

漏氣事故

處于真空中的國際空間站，艙內(nèi)外的壓力相差1個大氣壓。為了滿足這個需求，艙內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)以及生命支持系統(tǒng)會不定時地按照地球大氣的成分比例向艙內(nèi)注入氮氣和氧氣，并通過過濾循環(huán)及排氣，將艙內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體排出，以保證艙內(nèi)氣體時刻滿足人員生存的需求。但是，這并不能做到絕對的氣密性。因為任何航天器都會攜帶大量的儀器，并且與艙外連接，因此無法做到絕對的嚴(yán)密，只要漏氣符合標(biāo)準(zhǔn)就行了。

自國際空間站建成以來，空間站也出現(xiàn)過幾起超過標(biāo)準(zhǔn)的漏氣事故。例如，2018年8月30日，國際空間站上突然發(fā)生了一起漏氣事故，引發(fā)了空間站內(nèi)宇航員一陣恐慌。經(jīng)過緊急排查，終于發(fā)現(xiàn)發(fā)生事故的是俄羅斯艙段的“聯(lián)盟”號飛船。事發(fā)時正是晚上休息時間，宇航員們結(jié)束了一天的工作正在休息，突然發(fā)生的事故讓大家措手不及，連關(guān)鍵的修補工具都不知道放在哪里了。就在這個緊要關(guān)頭，一名俄羅斯宇航員十分淡定地從自己的儲物柜里拿出了一卷特制膠帶，三下五除二就粘好了這個漏洞，跟大家說萬事大吉，可以休息了。美國宇航員頗為擔(dān)心，這么草率了事真的能行嗎？但儀表數(shù)據(jù)顯示，空間站內(nèi)的氣壓似乎真的穩(wěn)定了下來。大家于是懷著不安的心情，回到了自己的房間。第二天一大早，美國宇航員趕緊找到了專業(yè)的修補材料，將漏洞完全修復(fù)了。雖然俄羅斯宇航員的處理方法十分粗糙，但是卻真的在第一時間解決了問題。

計算機罷工

國際空間站上至少有100臺計算機用于維持空間站的正常運轉(zhuǎn)、實驗數(shù)據(jù)采集及處理、保障警報系統(tǒng)的控制。國際空間站有3臺指揮用計算機，其中一臺指揮與控制計算機作為多路轉(zhuǎn)接器/多路分配器，擔(dān)當(dāng)“主”計算機，允許站上宇航員和地面控制人員將指令發(fā)送給不同的系統(tǒng)，并提供關(guān)鍵的遙測。第二臺指揮與控制計算機處于備用模式，準(zhǔn)備在主計算機遇到問題時來替代它。第三臺計算機在多米諾骨牌式的軟件結(jié)構(gòu)中以待機狀態(tài)運行。計算機系統(tǒng)對于空間站各方面的運行都十分關(guān)鍵。假如空間站電腦全部中毒、無法修復(fù)，國際空間站有可能會偏離軌道，宇航員需要在一周內(nèi)緊急撤離，國際空間站將被迫報廢。

2003年4月25日，國際空間站出現(xiàn)建站以來最嚴(yán)重的故障，3臺站載計算機均不能正常工作。當(dāng)時，美國“奮進”號航天飛機剛為國際空間站送去一只巨型機械手，宇航員正在將它安裝到國際空間站上。但是負(fù)責(zé)飛行控制的一臺計算機突然發(fā)生故障，于是地面不得不啟用備用的另一臺計算機。沒過多久，這臺計算機的工作狀態(tài)也開始紊亂，地面控制系統(tǒng)無法使它恢復(fù)正常。隨后，第三臺也是最后一臺計算機也同樣紊亂。負(fù)責(zé)控制國際空間站飛行的美國休斯敦飛行控制中心對計算機的“集體罷工”一片茫然。專家推斷，可能是計算機程序出現(xiàn)了嚴(yán)重問題。國際空間站的宇航員親自動手修復(fù)但沒能使計算機恢復(fù)正常工作狀態(tài)。地面也采取了各種辦法以期與計算機建立聯(lián)系以便搶修，但這些努力均告失敗，國際空間站上的計算機對地面呼叫毫無反應(yīng)。休斯敦飛行控制中心的工程師向國際空間站飛行控制系統(tǒng)發(fā)送計算機系統(tǒng)故障診斷指令，但安裝在空間站外面的Ku域天線不能與NASA的通信衛(wèi)星建立聯(lián)系；利用國際空間站超高頻天線進行信號傳遞的努力也告失敗。值得慶幸的是，與宇航員生命活動密切相關(guān)的“星辰”號公務(wù)艙并沒有受到影響，氧氣再生系統(tǒng)也沒有問題，空間站上發(fā)生的故障暫時還威脅不到宇航員的生命安全。由于3臺計算機無法工作，國際空間站宇航員不得不暫時放棄機械手的安裝與試驗工作，改為從事一些低難度的工作，如卸貨等。俄美兩國地面計算機專家聯(lián)手，最終總算找到解決計算機罷工問題的辦法。

2007年6月8日，美國“亞特蘭蒂斯”號航天飛機成功發(fā)射。6月13日，航天飛機的宇航員在安裝太陽能電池板后，發(fā)現(xiàn)計算機出了故障，6臺計算機全部癱瘓。發(fā)生故障的電腦位于俄羅斯艙段，負(fù)責(zé)控制整個空間站的導(dǎo)航定位和氧氣供給系統(tǒng)?？臻g站主要依靠大型陀螺儀保持航行方向，但也需要利用由這些電腦控制的推進器和導(dǎo)航系統(tǒng)輔助。如果這些電腦全部失效，空間站就無法保持在適當(dāng)軌道上航行，宇航員也就無法繼續(xù)留在空間站艙內(nèi)。這一意外的事件，可忙壞了空間站上負(fù)責(zé)管理計算機的工程師和地面飛行控制中心的工程師。6月15日，國際空間站的兩位俄羅斯宇航員同飛行控制人員密切配合，使6臺故障電腦中的4臺恢復(fù)了運轉(zhuǎn)，第二天，他們又成功修復(fù)了剩余兩臺故障電腦。工程師們并未對此次電腦故障的原因做出一個確切結(jié)論，但一種主要看法認(rèn)為是國際空間站新組件的安裝引發(fā)電力系統(tǒng)配置變化所致。

國際空間站雖然遠(yuǎn)在距離地球352千米處，卻依舊無法逃脫病毒的威脅。在國際空間站，曾發(fā)生過數(shù)起由于宇航員將有病毒的計算機或U盤帶到太空，致使空間站計算機中毒的事件。例如，2008年，俄羅斯宇航員攜帶的一臺Windows XP筆記本電腦將蠕蟲病毒帶上空間站，并很快感染了空間站內(nèi)其他使用Windows XP系統(tǒng)的電腦，最后致使空間站上所有的Windows XP筆記本電腦都感染了病毒?？臻g站上的電腦遭到猛烈的病毒攻擊，病毒多次嘗試竊取空間站上電腦的密碼。2013年初，一名宇航員不慎把帶有病毒的U盤帶上了空間站，結(jié)果整個空間站因此中毒。所以，2013年5月，聯(lián)合太空聯(lián)盟將國際空間站的電腦系統(tǒng)全部由Windows XP變成了Linux，已經(jīng)更新為Linux系統(tǒng)的電腦將會對病毒免疫。