维修艰难:国际空间站老大难问题根源何在
由于国际空间站空气泄漏问题加剧,两名俄罗斯宇航员在5日展开维修行动。与此同时,另外5名宇航员一度进入“龙飞船”避险;在维修行动停止后,避险宇航员又重新回到国际空间站。
据报道,国际空间站的漏气问题最早可以追溯到2019年,之后多年来一直存在,漏气的程度时高时低。在过去几个月里,针对这处长期存在漏气问题的舱段,美俄双方一直就漏气的原因和维修方案展开争论。
常年漏气成国际空间站老大难问题
常年在轨运行的国际空间站,多年来一直存在断断续续的漏气问题。多次修补、反复维护,却始终没法根治。那么,国际空间站为什么会持续漏气?一起来了解。
专家观点:泄漏主因疲劳损伤和超期服役
本次发生泄漏的“星辰”号服务舱,是国际空间站俄罗斯段的主要舱段,具体漏点位于星辰号与飞船对接接口之间的过渡舱段。
北京航空航天大学宇航学院副教授张晓天:关于泄漏的原因,从目前各方分析来看,主要存在两个问题:一是疲劳损伤,二是超期服役。
首先是疲劳损伤,这主要是由热应力循环所导致的结构材料内部损伤。国际空间站大约每90分钟绕地球一圈。在这一圈中,当太阳光直射时,其表面温度可达120℃;而当空间站转到地球背面、阳光被遮挡时,表面温度又会下降至零下150℃。在这种频繁的一冷一热交替环境下,空间站结构会不断积累内部损伤。不过,这种情况本身就是空间站必须耐受的考验,在设计阶段就已经被充分考虑,使其具备充足的承受能力,能够保障安全。然而,这就引出了第二个问题,即超期服役。
“星辰”舱于2000年发射入轨,设计寿命为15年,到目前已经超期服役了11年,材料和焊缝都出现了老化问题,再加上太空的极端温度环境,就出现了损坏泄漏的情况。
多方运营难协调小毛病拖成大隐患
国际空间站由16个国家共同建造、运行和使用,是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目。不过,也正因为多国携手,舱体焊缝、密封胶圈先天存在细小瑕疵,就像拼接的积木,难以严丝合缝。加上运维标准、维修方案难以统一,小泄漏只做临时修补,无法彻底整改,最终导致故障逐年加重。
北京航空航天大学宇航学院副教授张晓天:NASA(美国国家航空航天局)内部正式风险管理分类采用的是5×5风险矩阵方式,即横轴表示后果的严重性,纵轴表示事件发生的可能性。根据这一体系,“星辰舱”所出现的一系列泄漏问题最终被评定为最高风险等级——5×5=25分,属于最具危险性的一级。
在本次泄漏事件的处置过程中,美俄双方一度出现分歧。俄罗斯方面提出的方案较为激进:由于目前找到的疑似泄漏点位于“星辰”舱内且被一个支架遮挡,俄方宇航员计划切割掉该支架,以便进行修补。而美方则更为谨慎,认为切割支架这一操作本身就可能导致裂纹进一步扩展,甚至引发更严重的破坏风险。因此,在俄罗斯宇航员准备实施切割操作时,另外5名宇航员进入“龙飞船”进行避险。
最终,双方达成一致,暂时放弃了切割支架的操作,转而采取以修补与隔离为主的、更为温和的处置措施,并继续商讨其他解决方案。
“星辰”舱不可或缺维修艰难根治尚缺方案
多年来,“星辰”号服务舱一直处于修修补补的状态,那么这台超期服役的“老爷车”为什么不能干脆封闭停用呢?它在国际空间站的运行中承担着哪些核心作用?
发生泄漏的“星辰”舱具有国际空间站众多的基础保障功能,包括提供载人和货运飞船的对接接口,承担人员和货物的输送,另外还为国际空间站提供着完整的人员生命支持系统。
北京航空航天大学宇航学院副教授张晓天:这个系统在全国际空间站上就两套,美国段一套,俄罗斯段一套。另外舱上还带有空间站的姿轨控发动机,用于空间站的轨道提升、碎片躲避机动,以及姿态控制备份等等目的。假如咱们说封闭PrK(过渡舱段)这个部分,那么将会失去一套对接接口的能力,此后飞船就再也无法和“星辰”舱对接了,人员和货物都得转向其他通道,假如把整个“星辰”舱封闭了,就会连带失去一整套生命支持系统,还会损失姿轨控能力等严重的问题,所以这两个都不是能轻易放弃的选项。
正因如此,“星辰”号服务舱的修补堵漏工作迫在眉睫。专家表示,在轻微漏气时,可分段关舱排查点位,贴航天专用密封补丁,依靠储气罐定期补气;如果发生中度泄漏,宇航员就需要出舱,在外壁加固修补破损位置;一旦发生险情泄压,宇航员必须紧急进入载人飞船避险,并封闭故障舱段。不过,受太空环境限制,现有手段只能临时堵漏,无法从根源上修复破损的舱体。
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