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日渐老化的国际空间站,离退役还有多久?

国际空间站以其庞大的规模、酷炫的外形,已经成为当代世界航天的标志。近日,一则发生在国际空间站上的新闻引起了人们的广泛关注。

由于国际空间站上的美国舱段出现了空气泄漏的情况,在空间站上驻守的3名航天员,作为地球以外仅有的人类,都被紧急集中到了空间站上的俄罗斯舱段内。

俄罗斯舱段和美国舱段示意图

实际上,此次国际空间站的泄漏问题在2019年9月就被发现了。当时,美国宇航局及其国际合作伙伴就发现空间站的漏气速度略高于标准值。然而由于那时候正值其“繁忙季”——航天员要进行各种太空行走,还要准备SpaceX公司的龙飞船进行首次载人任务等,这个问题一直被压着没有好好处理。美国宇航局认为,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,可以不断补充泄漏的气体,维持空间站内气压的稳定。

然而窟窿不补,只会越来越大。气压下降的速度越来越快。目前,国际空间站的泄漏速度已经达到了每天约220克,相当于空间站某个舱段外壳上有一个直径约0.1毫米的孔洞。近期缓过来的美国宇航局终于决定腾出几天时间,把潜在的泄漏点找出来,把这个漏洞补上。

美国宇航局已经确定泄漏点位于美国的舱段内,但具体是哪一个舱段泄漏仍然不明朗。按照要求,在此次检修行动中,空间站所有的舱段舱门全部关闭,全体航天员集中到俄罗斯舱段待3天。在此期间,航天员与飞行管理中心的地面控制人员联合,对每个舱段进行闭舱压力检查,以查出漏气源头。全体航天员集中也是为了避免他们的活动干扰气体、气压的检测工作。

然而对于一个400多吨、十几个舱段、整个生活空间比一架大型客机的内部空间还要大的国际空间站来说,找到一个甚至连肉眼都难以察觉的缝隙,是一件颇为困难的事情。

国际空间站内部

经过一番检查,问题的根源似乎仍然没有确定,因为美国宇航局在一份新闻稿中指出,“任务控制人员仍在继续他们的泄漏检测工作,以便收集更多的数据”。

这次泄漏事件与最近在国际空间站上发生的重大事件相比,也许只是“小菜一碟”,但可能也是一个重要的迹象,表明国际空间站已然迈入了性能逐渐退化的“老年期”,距离退役,回归大地母亲的怀抱很可能不会太远了。

就像苏联时代的和平号空间站,当时类似于漏气这样的故障不断出现,这通常意味着空间站已经老化。

在和平号空间站运行的后期,航天员用于设备维护和排除故障的时间占到了整个工作时间的80%。尽管通过耗时巨大的维修工作,使设计寿命仅有5年的和平号空间站超期服役到了15年,但那个时候的空间站其实际价值已然微乎其微了,最后只能忍痛让它陨落退役。

其实,国际空间站目前也已经超期服役很久了。国际空间站于1998年开建。当年11月20日,由美国出资,俄罗斯制造的第一个组件曙光号功能舱发射成功。

曙光号功能货舱

随后10多年间,国际空间站从2个太空舱拓展至15个太空舱。国际空间站的设计寿命最初只有15年,但在2015年,美国和俄罗斯的航天部门达成一致意见并签署协议,同意国际空间站的使用寿命由2020年延长至2024年。而已经在太空运营了20年的国际空间站随着时间的推移,正在缓慢老化。

国际空间站20周年时间表

国际空间站是以美国和俄罗斯为主,日本、加拿大、欧空局成员国等16个国家联合开展的太空项目,总投资超过1000亿美元。美国为了维持其在太空领域的领导地位,并不愿意在有合适的接班项目之前,轻易地退出国际空间站。美国波音公司作为国际空间站的主要承包商,一直在进行国际空间站延寿至2028年的可行性研究。美国宇航局甚至表示,国际空间站至少也得运行到2030年。

国际空间站由16个国家联合开展

当然,国际空间站能否不断地超期服役并不仅仅取决于政治家的愿望,还要看国际空间站在恶劣空间环境下的状态变化,以及相关国家的维护力度,甚至是国际形势的演化。

气体泄漏是表征空间站老化水平的显著指标,泄漏的速度会随着时间的推移而变化。一项覆盖了2004年10月~2011年2月的数据显示,国际空间站的气体泄漏速度从每天约0.064公斤,增加到了每天约0.227公斤。

空间站在距地球表面约400公里高度运行,被太阳光照的一侧受热膨胀,背面却受冷收缩。还有长期使用的机械应力问题,经过多年的运行会发生材料磨损和撕裂等结构的老化。此外,轨道空间的微型陨石或者人类产生的太空垃圾碎片也会造成空间站的磨损,可能在空间站上撞击形成凹坑或者小洞,造成舱体泄漏。

去年,国际空间站利用机械臂相机对空间站外层结构进行了两次扫描,发现了数百个小凹痕,大部分凹痕直径小于1毫米,但部分碰撞体直径至少达1厘米。

另外,国际空间站上的太阳电池板也在老化。空间辐射使太阳能电池的透明玻璃变黑,阻碍阳光的进入,而且不时还会有碎片掉下来,结果就是太阳能电池阵列从开始能产生220千瓦的电力,预计到2028年将下降到只能产生160千瓦。

国际空间站上的太阳电池板也在老化

国际空间站这次的泄漏事故不是第一次,也不会是最后一次。随着国际空间站老化程度的不断加深、美俄两国航天预算的吃紧,国际空间站的故障将越来越频繁地出现,其最终命运也许将在不久之后揭晓。

来源:中国航天报

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