1970年4月11日,阿波罗13号发射56小时后,正在平稳接近月球轨道,眼看登月任务就要圆满完成,大家都准备睡觉休息了没想到一次例行维护却出了意外,服务舱内一个氧气罐发生爆炸,很快引发连锁反应,燃料电池迅速停机(舱内生命维持系统陷入瘫痪状态)。眼下,服务舱成了死亡旋涡,源源不断地从指挥舱内吸走氧气,若是任由情况恶化下去,不光登月失败,就连宇航员的性命也保不住。

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01.阿波罗13号登月失败背后的真相

紧急时刻,指挥中心决定丢舱保命,任务画风突变,好好的登月探索变成了拯救大逃亡。期间还出现过一次插曲,3名宇航员的临时避难所(登月舱)氧气只够2人使用45小时,如今3人挤在里面回地球,凶多吉少。

眼见这精英小分队陷入绝望,地面科学家顿生一计——搞个设备把二氧化碳吸收掉。舱内瞬间忙碌起来,宇航员各自分工,四处搜集舱内塑料包装、胶带,往里面死命装填氢氧化锂,危机算是暂时解除了。

幸运的是,后来飞船再也没出现大故障,返回舱坠入南太平洋,三人成功生还。

事后调查人员发现了差点让宇航员丧命的罪魁祸首。原来,燃料电池设计团队,为了防止液氧分层,使用不充分,影响电池持续供电,特地在氧气罐内装上风扇,由航天员定期打开电源进行搅拌提升燃料电池效率。本来按照这样设计也没啥大问题,但后续的一系列意外操作却将氧气罐变成了大雷。

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外包公司在地面安装液氧罐时,为了蒸发掉残留液氧,他们决定打开氧气罐里面的加热器。可怕的是,当时氧气罐上的温控系统彻底失灵,罐子被加热到了540度(本身安全温度是29度),造成液氧搅拌风扇上的特氟龙绝缘层融化,当宇航员按下通电开关那一刻,导线周围火花四溅,爆炸发生了。

一直以来,氧气供应便是航天器上的核心难题。为了避免各种缺氧事故发生,空间站设计人员可谓是费尽心力。

很长一段时间里,国际空间站内氧气供应主要来自于俄罗斯的Elektron系统,它运行时利用太能发电电解水产生氧气。当然,他们还准备了另一套补救方案,一旦主要制氧系统出现故障,宇航员立马紧急启动空间站氧气“反应堆”产氧,平均每根制氧燃料棒可满足1名宇航员1天的氧需求。而类似制氧棒大概有100支储备。

还有人考虑到了极端情况,专门用来应对以上两种制氧方式同时失灵。空间站外部设有一外部气闸模块,常年接着两个大型氧气罐,足够所有人使用2个月。

当然了,想在国际空间站内维持宇航员健康状态,只有氧气供应远远不够,必须得模拟出地球上的空气成分以及气压参数,此外工作人员的排泄物循环处理也是个难题。生命维持系统便适时担起重任,从气体成分管理到废物分解、水分回收全程精准控制,高度还原出地球上的生活环境,确保各项科研活动顺利进行。

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02.空间站生命倒计时

随着空间站内多个设备使用年限超期,氧气泄漏问题也越来越成为各重度使用国的心头之痛。在它进入生命倒计时的最后几年里,各国宇航员的去向已成为大众所关注的热点话题。

从2018年的某一天开始,国际空间站浮动实验室的工作人员发现加压模块压力老是莫名下降,经过多番盘查,他们终于在空间站外壁找到了一个神秘小洞,也亏是发现得早,并未酿成大祸。

无独有偶,2019年9月,空间站上又发生过一次小规模氧气泄事故。尽管有关方面早已经察觉到不对劲,奈何空间站规模实在过大(足球场大小),里里外外彻底排查头发丝大小的裂缝难如登天。宇航员们妥协了,只能在看得到的地方修修补补。

时间来到2021年10月,事态终于到了不得不认真面对的地步,空间站氧气泄漏量已经从最初的每天270克飙升到1.4公斤。工作人员决定分舱段进行气密测试摸排,费了好一番周折,总算在一处存放生命维持系统的舱室里找到了元凶——有两处头发丝粗细的裂缝,还没有1个大拇指节长,远远看去跟金属划痕没什么两样。

该舱段隶属于俄罗斯,于1998年11月20日进入轨道,成为空间站的初始部分,细细算来,早已超出服役期8个年头(原定使用寿命仅为15年,但实际运行了23年)

鉴于专家觉得这点气体泄漏量对宇航员安全并无重大影响,他们只是提出了解决方案:使用专用密封剂修填,如果修补后效果不理想,则考虑从地球多带些氧气上去,反正大家经济都不宽裕,搞新空间站还要好几年,增加点氧气预算倒无足轻重。

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俄方一名航天专家推断,类似裂纹极有可能是金属疲劳或者太空微陨石撞击所致,他认为断裂处金属具有特殊研究价值,让俄罗斯宇航员捎了一点碎屑回地球分析。

事实上,国际空间站发生过的气体泄漏事故远不止这几次,随着许多元部件严重老化并且无法更换,空间站生命进入倒计时,有专业人士就曾预言,到2025年,会有一大批部件彻底失灵,到2028年将进一步失去存在价值,最终落入大气层烧毁。

作为空间站重度使用国,美国和俄罗斯都面临着将来无站可用的尴尬。为此,美航天局计划跟私企进行联合开发,消息一出,多家公司的竞标提案接踵而来,世界名企SpaceX、蓝色起源、波音、空客赫然在列。目前他们已经和Axiom Space达成1.4亿美元的订单,计划在2024年推出第一个美国空间站模块。

俄罗斯则跟我国航天局签了一项重要协议,将目光投向月球科研站。他们的空间站太空舱交由Energia公司组装,2025年面世。

至于我国,天宫号空间站只是挺近宇宙的第一步,月球采矿应该不会太远了。