从第一个舱段曙光号在1998年发射升空开始计算的话,国际空间站已经运行了28年时间了,已经超期运行,如果按照设计寿命的话,国际空间站早就已经应该退役了。
然而,美国、俄罗斯方面并不想让国际空间站那么早退役,所以延期它退役的时间,一直运行到现在。
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随着在轨时间的延长,国际空间站的情况也会越来越多,最近这几年经常传出国际空间站出现空气泄漏的问题,在6月5日,俄罗斯宇航员对泄漏的位置进行修复时,国际空间站另外5名宇航员进入到载人龙飞船紧急避险,如果出现突发情况就会乘坐载人龙飞船紧急撤离。经过大约2小时的维修后,俄罗斯宇航员暂停了修复工作,进入载人龙飞船紧急避险的宇航员也回到了国际空间站内。
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考虑到国际空间站服役时间很长了,而且不断出现问题,没法确保安全运行很长时间了,所以美国方面现在已经在制定国际空间站退役的方案了。
国际空间站和一般的航天器不一样,因为它的尺寸实在是太大了,总重量接近400吨,长度达到110米、宽度达到88米,差不多相当于两个足球场大小,是我们人类有史以来规模最为庞大、设施最为先进的人造天宫。
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如果是几吨重、十几吨的航天器,退役后直接坠落地球,基本上都会在大气层中烧毁,最多只有少量残骸没法完全燃烧殆尽,就会坠落到地面或者大海。
国际空间站这么大,由很多舱段组成,在重返地球的过程中,并不会像一般的航天器那样直接烧毁,到时候肯定会有非常多残骸掉下来。而且,在进入大气层后,在经受超过1000℃高温灼烧的过程中,国际空间站会分解成很多更小的残骸,残骸会洒落到很大范围的地方,甚至可能会给一些地面造成一定的破坏。
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所以,国际空间站的退役需要慎重对待,不能让它自行重返地球,而是在可控的情况下,控制它在合适的时间、合适的位置重返地球,让它的残骸掉落到大海里。
NASA打算在未来几年时间内,让国际空间站在受控的情况下脱离飞行轨道。发射一台专门设计的脱轨飞行器将国际空间站牵引着进入地球大气层,让国际空间站受控坠入特定海洋区域。
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此前,NASA就已经和SpaceX公司达成了一项8.43亿美元的合同,按照约定,由SpaceX公司负责研制用于安全引导国际空间站美国舱段退役的“美国脱轨飞行器”。
按照计划,SPaceX公司将在现有的“龙”飞船打造这一个“美国脱轨飞行器”,它将携带超过35000磅(大约为15.8吨)的推进剂,综合能力比现役的龙飞船强大好几倍。
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SpaceX 任务管理总监莎拉・沃克(Sarah Walker)表示,这个“美国脱轨飞行器”将有一个“增强型躯干部分”,将配备额外的推进剂罐,以及发动机、航空电子设备、发电设备等设备。
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“美国脱轨飞行器”计划装备多达46 个“天龙”Draco发动机,其中16个发动机安装在太空舱上用于飞行姿势的控制,另外30个发动机则装备在躯干上。在对接到国际空间站后,这些发动机就会启动,推着国际空间站脱离正常的运行轨道,从当前的大约400公里近地轨道下降到大约220公里的高度。
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随后,国际空间站上的宇航员就会乘坐飞船撤离。这个过程耗时大约需要12个月到18个月时间,随后当宇航员撤离后大约6个月后,“美国脱轨飞行器”开始推动国际空间站重返地球,在进入大气层后,国际空间站就会剧烈燃烧起来,最后有一些没法完全燃烧殆尽的残骸会降落在一个无人居住的海域。
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国际空间站美国舱段退役的过程大致是这样,实际操作起来会非常复杂,风险相当高。因为国际空间站主要由美国、俄罗斯的舱段组成,美国方面设计“美国脱轨飞行器”推动国际空间站美国舱段退役,而俄罗斯的舱段暂时没有这样的安排,意味着如果国际空间站退役时,俄罗斯的舱段可能没有类似的“太空拖船”带着返回地球,那俄罗斯舱段可能就会因为美国舱段的分离而失控,到时候可能就会出现大麻烦。
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而且,就算美国有“美国脱轨飞行器”也没法确保这一次飞行任务的顺利进行。因为美国舱段也很大、很重,在和俄罗斯舱段分离后,美国舱段也可能会因为姿态等原因而失控,到时候可能不会像想象中的那么顺利受控重返地球。
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中国空间站如何应对
当前,出了国际空间站外,我们的空间站也在环绕地球飞行,服役的时间也会很长,达到十几年甚至更长时间。而在服役的过程中,我们空间站也是一直处于恶劣的宇宙环境中,也面临诸多风险。国际空间站频繁出现空气泄漏等情况,我们的空间站会不会也出现类似的情况呢?
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国际空间站出现空气泄漏等情况,有很多方面的原因,其中一个原因就是它服役时间接近30年了,设备老化、金属疲劳是正常的。除此之外,国际空间站在服役过程中,可能会遭到空间微小颗粒的撞击,这也可能会导致国际空间站出现泄漏。
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从时间点角度来看,我们的空间站到现在才运行了5年多时间,还很“年轻”,暂时不存在金属疲劳、设备老化的问题,所以从这个角度来看的话,我们的空间站暂时应该是不会存在类似国际空间站空气泄漏等情况的。
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而从太空垃圾的角度来看的话,考虑到近地轨道存在无数空间小颗粒、空间小碎片,它们随处飘荡,飞行速度相当快。如果是尺寸比较大的空间小碎片,我们有能力监测、跟踪,有需要的情况下,我们的空间站会主动变轨进行规避。
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而那些尺寸很小的小颗粒是没法全部监测的,空间站没法及时规避所有的空间微小颗粒,所以有时候确实是会有一些小颗粒会撞击到我们的空间站。之前天和号核心舱太阳翼、神舟二十号飞船返回舱舷窗都曾经遭到空间微小颗粒的撞击,我们的神舟十七号航天员进行出舱对天和号核心舱太阳翼进行了修复,而受损的神舟二十号飞船最后以不载人的方式返回地球。
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从神舟二十三号飞船开始,飞船返回舱舷窗玻璃就进行了加强,承受能力更强了。除了加强飞船的抗撞击的能力外,我们也在加强空间站对抗空间微小颗粒、空间小碎片的能力。
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从神舟十八号飞行任务开始,我们的航天员就在出舱活动过程中,给中国空间站安装空间碎片防护装置,大大提高了中国空间站应对空间微小颗粒、空间小碎片威胁的能力了。
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除了加强空间站应对空间微小颗粒撞击的能力外,我们还有更多的手段来保护航天员的安全。比如说载人飞船采用“发一备一”的模式,只要有航天员在轨执行飞行任务,在发射场就会有一艘新的飞船处于待命状态,只要有需要,处于待命状态的飞船可以快速发射上去,把航天员接回地面。
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