突發:國際空間站太空行走被全面叫停,原因竟是宇航服頭盔漏水?

天空之城 2022/08/08 檢舉 我要評論

據媒體報道,8月5日國際空間站的一名宇航員在艙外執行任務時,突發頭盔進水,為安全起見,NASA(美國國家航空航天局)叫停了國際空間站所有太空行走任務。

今天從科學角度說說宇航服頭盔為啥會漏水的問題。

宇航服頭盔為啥會漏水呢,哪來的水?

出艙宇航服的復雜程度超出了一般人的想象,其功能包括:在太空失壓、輻射、真空、低溫或高溫條件下對宇航員的保護;提供宇航員出艙工作期間呼吸的空氣和吃喝拉撒等生命維持系統。因此,出艙宇航服實際上就是一艘小型飛船,科技含量極高,造價昂貴。

那麼,既然宇航服造價昂貴,為什麼會漏水呢?我們知道太空中高度真空,是沒有水的,那麼水又是從哪里來的呢?

這里要理清一個誤區,所謂漏水,絕不是頭盔有縫隙,從太空漏進來。如果頭盔有縫隙,那就不是漏水的問題,而是漏氣失壓的問題,宇航員會很快死亡了。因此,這種所謂漏水還是宇航服內部的問題。

事實上,這種事故已經不是一兩次了,而是已經出現過多次,總結起來原因大致有二:一是冷凝液聚集在頭盔,是由于設備故障,無法及時排除掉宇航員呼吸的水汽導致;二是冷卻水循環系統管線破裂,導致冷卻水泄漏到頭盔里。

從后果上講后者更兇險,因為如果冷卻水泄漏則量很大,如果沒有及時處理,就會淹沒頭盔,將宇航員憋住。但冷凝水積聚也不容忽視,因為當水滴聚集過多時,會形成水珠,在太空失重狀態就會漂浮在頭盔里,如果宇航員吸入,就會導致嗆咳甚至窒息。

而且冷凝水積攢過多,還會導致宇航服溫控系統發生故障,在太空零下一百多度或被太陽照射溫度一百多度的情況下,溫控系統失效非常危險。

比較典型的幾次頭盔漏水事故有:

2013年7月,國際空間站的一次出艙活動,意大利宇航員帕爾米塔諾的頭盔進水量高達1.5升,淹到了嘴巴導致了呼吸困難,為了保命只得提前結束了太空行走任務返艙,這次事故至今還讓帕爾米塔諾心有余悸;

2015年發生了兩次頭盔漏水事故,一次是宇航員維爾茨在太空行走時發現,頭盔里有漂浮的水滴,自認為不太嚴重,出艙一次不容易,還是堅持到完成任務才返艙;據有關資料稱,同年另一位宇航員頭盔漏水,水位竟一度高到眼睛,差點被淹了。不過,我沒找到這位宇航員的名字,因此難以確定消息的真假;

這種事故在今年3月份還出現過一次,當時美國宇航員拉賈·查理和歐空局德國宇航員馬蒂亞斯·毛雷爾正在執行出艙任務,NASA還在進行現場直播,但在大約6個半小時的出艙活動中,其中一名宇航員頭盔漏水,所幸不太嚴重,最終還是與同伴完成任務后才返回。NASA沒有透露是哪位宇航員頭盔漏水。

8月5日,這種事情又發生了。不過NASA沒有透露漏水原因,但看起來比較嚴重,所以才叫停了所有太空行走任務。

之所以發生一系列的宇航服事故,是因為這些宇航服太老了。俄羅斯宇航員使用的海鷹艙外宇航服規定使用次數為12次,達到使用次數后就扔了,跟隨廢棄的貨運飛船在大氣層燒毀。而美國這第四代艙外宇航服已經使用了40多年了!

宇航服的前世今生

宇航服的研制經歷了四代升級,第一代和第二代都很簡陋,是人類航天初期的六十年代末和七十年代初,宇航員們在地球低軌道飛船中穿的,不能出艙活動;第三代宇航服實現了質的變化,可以讓步宇航員在艙外活動,并實現了阿波羅載人登月,在月球上活動。

第三代宇航服不但能夠抵御月球高度真空低氣壓、127度高溫和零下183度低溫、宇宙射線和高強度電磁輻射,還能抵御微流星體的轟擊。

老美每一代宇航服的研制都花費了巨大的費用,都要超過10億美元。如1974年開始研制的第四代宇航服,主要用于出艙任務使用。這種宇航服最終成品做出18套,每套造價達到當時的1500~2200萬美元,折合現價達到1.24億美元一套。

老美第四代航天服在第三代基礎上有了很大改進,重量僅60公斤,在10-15分鐘內就能穿戴完畢,使用的生命保障系統更是可以讓宇航員進行長達7個小時的作業,而且可以抵御更多的宇宙物質,如高能粒子和小型隕石。同時,在航天服的頭盔中,還可以儲存更多的水和食物。

18套宇航服有2套在試驗時就損壞了,4套在航天飛機事故中毀掉了,1套在獵鷹9號火箭爆炸中摧毀了,剩余的11套足足用了40多年。

在太空真空環境,向陽一面溫度可以達到121度(攝氏度,后同),背陰一面溫度會驟降到零下157度,加上輻射等傷害,現在只剩下4套能夠勉強使用了。前幾天,又有一套漏水,看來只有3套能用了。

迄今為止,人類執行太空出艙任務已經有440多次了,這11套宇航服擔負了至少200次出艙任務,可謂勞苦功高。那麼老美為啥一直不能更換新的宇航服呢?說起來容易,做起來卻極難。

事實上,老美從2008年開始,就一直在研發新的宇航服,截止到2021年,研發費用已經花去4.2億美元,據稱還需6.25億美元才能完成這個項目,又是10億美元以上!項目完成后能夠提供2套成品,由此可見這種新宇航服一套造價就達5億美元。

2019年,NASA曾經高調展示了一款宇航服,看起來十分靈活。NASA宣稱是新款宇航服Xemu,能夠提供6天艙外活動的生命支持,是為阿爾忒彌斯登月任務準備的。但同時NASA表示,這款宇航服的成品在2005年4月份前無法拿出,影響了重返月球的時間。

而在今年6月1日,NASA又宣稱,由于Xemu宇航服出現重大延誤,擬向另外兩家公司支付35億美元的研發費用,用于研制新的宇航服。看來似乎是另起爐灶,研發費用驚天了,難道要研發登陸火星的宇航服?

這無疑屬于第五代航天服,但從一個側面說明這些宇航服無法適應國際空間站的出艙任務。

由此NASA希望那些陳舊的第四代宇航服使用壽命能夠延長到2028年,與國際空間站共存亡。看來美國宇航員們還需繼續忍受這些宇航服的毛病,或許還會有頭盔漏水的事故發生,但愿不要導致傷亡事故。

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