俄羅斯實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M“科學(xué)”號在與國際空間站對接中出現(xiàn)意外，使國際空間站在44分鐘里做了“540度后空翻”……究竟是怎么回事？

在寂靜太空之中，地球軌道之上，一艘飛船正與環(huán)形的空間站緩緩對接。然而，片刻之后，火光沖出，碎片四散；飛船脫落砸向周圍，空間站也因沖擊力被拋出運(yùn)行軌道，不受控制地自轉(zhuǎn)……這是電影《星際穿越》中最驚險的一幕之一。然而當(dāng)7月29日，國際空間站的宇航員們準(zhǔn)備迎接俄羅斯“科學(xué)”號空間站模組時，他們怎么也沒有想到，這一幕將在那一天幾乎成為現(xiàn)實(shí)。

對接

7月29日，國際空間站上的七名宇航員正準(zhǔn)備即將到來的俄羅斯多功能實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M“科學(xué)”號與空間站的對接工作?！翱茖W(xué)”號此次對接是為了替換舊的Piris實(shí)驗(yàn)?zāi)K，讓空間站能夠進(jìn)行更多科研實(shí)驗(yàn)，這也是空間站的模塊第一次被退役替換。其實(shí)在7月21日，“科學(xué)”號便早已成功發(fā)射，然而發(fā)射后飛船的遙感勘測和主推進(jìn)系統(tǒng)等都出現(xiàn)了問題。莫斯科的控制中心經(jīng)過了數(shù)天的緊張工作，才最終使“科學(xué)”號恢復(fù)正常。直到28日，“科學(xué)”號才被送上與國際空間站的交會軌道，等待著與空間站的對接。

▲“科學(xué)”號實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M（圖片來源/NASA）

航天器出現(xiàn)故障并不是新奇的事情，無論是地面控制中心還是空間站中的宇航員都沒有對“科學(xué)”的姍姍來遲有太多顧慮。

美國中部世界7月29日8時29分，“科學(xué)”號模組開啟了自動對接模式，伴隨著飛船緩緩和空間站對接，宇航員和地面指揮中心的工作人員都放下了懸著的心。對接完成后，兩名俄羅斯宇航員開始對對接艙室進(jìn)行泄漏檢查，并將模塊集成到空間站的電源和計算機(jī)系統(tǒng)中，為打開“科學(xué)”號艙門、完成對接的最后一步做準(zhǔn)備，一切似乎都很正常。

太空歷險

然而，對接三小時后，意外發(fā)生了。

在休斯頓，美國國家航空航天局（NASA）任務(wù)控制中心的工作人員首先注意到了異常。平日里，空間站總是在環(huán)繞地球的環(huán)形軌道上移動，但是工作人員在任務(wù)控制中心的最新數(shù)據(jù)中所看到的卻出乎意料又令人不安：空間站突然神秘地改變了運(yùn)行姿態(tài)，并開始偏離運(yùn)行軌道。將空間站固定在軌道上的大量 NASA 制造的硬件無法跟上空間站如此突然的運(yùn)動，幾分鐘之內(nèi)，空間站就偏離了通常的方向?？臻g站內(nèi)的宇航員也發(fā)現(xiàn)了異常，他們看到窗外有些奇怪的東西，似乎是推進(jìn)器噴射的尾焰。

空間站喪失姿態(tài)是很嚴(yán)重的問題，因?yàn)榭臻g站需要有一定的姿態(tài)來保持與地球同步的衛(wèi)星信號，并與地面任務(wù)控制中心通話。而龐大的空間站的各種部件是在微重力環(huán)境下組裝，并設(shè)計成在零重力環(huán)境下運(yùn)行的。如果不能及時采取措施，空間站與地球的聯(lián)系不僅會丟失，其本身更有可能遭遇危險。

NASA 迅速聯(lián)系了俄羅斯航天局，并隨之聯(lián)系上了負(fù)責(zé)“科學(xué)”號對接工作的兩名俄羅斯宇航員。面對突如其來的緊急情況，首先要找到將空間站推離正常運(yùn)行姿態(tài)的原因是什么。答案很快出現(xiàn)了：已經(jīng)對接在國際空間站上的“科學(xué)”號模組，不知為何開啟了推進(jìn)器，導(dǎo)致國際空間站失去了“姿態(tài)控制”。工作人員很快發(fā)現(xiàn)是“科學(xué)”號的計算機(jī)出現(xiàn)了故障，從而下達(dá)了錯誤指令。于是，NASA和俄羅斯航天局的地面控制中心開始努力遠(yuǎn)程修復(fù)故障問題，同時指示航天員關(guān)閉所有太空艙窗口并等待計算機(jī)重新啟動。

然而，工作人員隨即發(fā)現(xiàn)，“科學(xué)”號只能直接接收俄羅斯航天局的指令，而空間站一個小時內(nèi)都不會經(jīng)過能夠直接接收俄羅斯航天局指令的軌道段，更別說此時的空間站還在以最大每秒0.56度的速度偏離軌道。直接干預(yù)“科學(xué)”號的嘗試失敗了。

很快，另一種方案被提出：國際空間站上還有其他模組，啟動位于“科學(xué)”號相反方向模組的推進(jìn)器，來抵消“科學(xué)”號的推力。控制中心迅速啟動了位于反方向的“茲韋茲達(dá)”號模塊的推進(jìn)器，隨后又將抵消推力的任務(wù)交給了“進(jìn)步”號貨運(yùn)飛船的推進(jìn)器。

即使啟動了反推推進(jìn)器，空間站在接下來的44分鐘里還是做了“1.5圈”，也就是540度的后空翻。最終，“科學(xué)”號的推進(jìn)器燃料消耗殆盡，推進(jìn)器也隨之停止了運(yùn)作。接著，位于莫斯科的俄羅斯航天局成功關(guān)閉了“科學(xué)”號的引擎，空間站也在“進(jìn)步”號和“茲韋茲達(dá)”號的推動下慢慢恢復(fù)到了正常軌道，危機(jī)終于解除了。

▲7月29日，俄羅斯的“科學(xué)”號實(shí)驗(yàn)?zāi)＝M與國際空間站對接（圖片來源/Thomas Pesquet/ESA/NASA）

與危險常伴

雖然過程驚險，但這只是國際空間站遇到的眾多意外中的一次。宇航員們在太空中總是和潛在的危險相伴。

2004 年 1 月 2 日，國際空間站內(nèi)檢測到了輕微的氣體泄漏。空間站的內(nèi)部壓力從標(biāo)準(zhǔn)的14.7磅下降到了14.0磅，雖然這對于當(dāng)時空間站上的兩名宇航員邁克爾?福爾和亞歷山大?卡萊里并沒有立即產(chǎn)生影響，但毫無疑問，問題必須要盡快解決。

那時，能夠準(zhǔn)確檢測到漏洞的方法只有使用超聲波探頭探測，而空間站上科學(xué)設(shè)備發(fā)出的噪聲阻礙了對泄漏的搜索。盡管如此，宇航員福爾還是最終于 1 月 10 日追蹤到了泄漏空氣的地方：一個與空間站美國段的多層窗戶相連的真空跨接軟管。隨后空氣泄漏被成功阻止。

2006年9月18日，國際空間站的宇航員們突然聞到了陣陣刺鼻的氣味，他們很快以為發(fā)生了火災(zāi)并啟動了煙霧報警器。地面控制中心立即要求3名宇航員戴上面罩和護(hù)目鏡以及防護(hù)手套，并啟動了應(yīng)急措施，要求他們關(guān)閉艙內(nèi)的換氣系統(tǒng)，以防煙霧擴(kuò)散。

然而驚慌過后，經(jīng)過排查，宇航員們發(fā)現(xiàn)是制氧機(jī)中的氫氧化鉀泄漏，刺激性氣味很可能是因?yàn)檫^度加熱導(dǎo)致橡膠墊圈熔化發(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。

2007年10月30日，國際空間站和發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)的機(jī)組人員開始進(jìn)行太空行走，在桁架上部署兩個太陽能電池陣列。

第一個陣列展開時一切正常，但是第二個陣列展開約80%后，宇航員才注意到在太陽能板上有一個76厘米的裂縫，于是宇航員停止了部署，并且在進(jìn)一步的檢查中發(fā)現(xiàn)了另一個25厘米的裂縫。為裂縫拍照后，宇航員返回了空間站并傳回了照片。地面控制中心對這次任務(wù)進(jìn)行了重新規(guī)劃，以便設(shè)計一個修復(fù)方案。

▲太陽能電池陣列上的損壞部位（圖片來源/NASA）

通常，這樣的太空行走需要幾個月的時間來計劃，并提前周密地確定下來。然而為空間站提供能源的時間緊迫，幾天后的11月3日，宇航員斯科特?帕拉津斯基在道格拉斯?惠洛克的協(xié)助下，乘坐在航天飛機(jī)OBSS檢查臂的末端，用臨時扣鏈固定了撕裂的面板，成為第一個以這種方式使用機(jī)械臂的太空行走者。

此次太空行走被認(rèn)為比大多數(shù)太空行走更危險，因?yàn)榭赡苁艿絹碜蕴柲茈姵匕尻嚵械碾姄簦淮送?，這種對OBSS檢查臂的使用方法也是前所未有的。更重要的是，宇航員在缺乏周密計劃和反復(fù)練習(xí)的情況下完成了這一壯舉。

▲2007年11月3日，宇航員斯科特·帕拉津斯基乘坐在航天飛機(jī)OBSS 檢查臂的末端，進(jìn)行了 7 小時 19 分鐘的太空行走，以修復(fù)損壞的太陽能電池板（圖片來源/NASA）

2011年6月28日，工作人員突然發(fā)現(xiàn)，一塊不明空間碎片將以1/360的幾率經(jīng)過國際空間站附近。該物體將以47000公里每小時的相對速度飛過，距離空間站只有340米。而預(yù)測到達(dá)時間距離可能發(fā)生碰撞的警告發(fā)出不到15個小時，因此沒有足夠的時間計劃規(guī)避機(jī)動。

在如此危險的情況下，六名宇航員登上聯(lián)盟號太空艙，關(guān)閉空間站和聯(lián)盟號上的艙口，隨時準(zhǔn)備在發(fā)生碰撞時脫鉤。

幸運(yùn)的是，像電影《地心引力》中那樣的碰撞并沒有發(fā)生。在碎片距離空間站最近時刻過后4分鐘，地面控制中心發(fā)出了解除危險信號，這意味著危險已經(jīng)過去，機(jī)組人員可以回去工作了。

在太空中的旅途從來都不是一帆風(fēng)順，無論是國際空間站還是我國即將建成的天宮空間站，都會遇到一個個意料之外的事件。但宇航員與地面控制中心的雙重保障，總能在一次又一次危機(jī)中化險為夷。這些致力于太空探索的可敬航天人們，是代表人類精神閃耀的群星?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

1. Space station with Russian module misfire more serious than stated: report. space.com

https://www.space.com/nauka-module-space-station-tilt-more-serious

2. По телеметрии ?Науки? заподозрили сбои в топливной системе. nplus1.ru

https://nplus1.ru/news/2021/07/22/mlm-fuel

3. Final Nauka module orbit correction conducted before docking with ISS. en.roscosmos.ru

http://en.roscosmos.ru/22247/

4. It Was His Day Off. Then the Space Station Went for a Spin.The New York Times.

https://www.nytimes.com/2021/08/02/science/nasa-space-station-zebulon-scoville.html

5. RUSSIA BLAMES SOFTWARE ERROR FOR NAUKA MISFIRE THAT CHANGED ISS ATTITUDE BY 540 DEGREES. Space Policy Online.

https://spacepolicyonline.com/news/russia-blames-software-error-for-nauka-misfire/

6. MLM Nauka docks to ISS, malfunctions shortly thereafter. NASASpaceFlight.com

https://www.nasaspaceflight.com/2021/07/nauka-docking/

7. Crew finds ‘culprit’ in space station leak. NBC News.

https://www.nbcnews.com/id/wbna3882962

8. Astronauts Notice Tear in Solar Panel. Associated Press.

https://www.redorbit.com/news/space/1123767/astronauts_notice_tear_in_solar_panel

9. Space Station's Damaged Panel Is Fixed. The Washington Post.

https://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2007/11/03/AR2007110300227.html

10. Debris Gives Space Station Crew Members a 29,000-M.P.H. Close Call. The New York Times.

https://www.nytimes.com/2011/06/29/science/space/29junk.html

11. 國際空間站發(fā)生的那些事故（上）.《百科知識》2020.12A

編譯/陳少喆（實(shí)習(xí)） 編輯/劉昭

新媒體編輯/呂冰心

出品：科普中央廚房

監(jiān)制：北京科技報 | 科學(xué)加客戶端

歡迎分享到朋友圈

未經(jīng)授權(quán)謝絕轉(zhuǎn)