现在全国都在关注神舟二十号的情况,这一次,中国已经准备了最坏结果,那就是神舟二十二号紧急启动,中国将会创造全球最快太空救援纪录。
很多人都很好奇,为什么就一个小小的太空碎片,就可以对航天器造成如此严重的影响。
微小碎片对航天器的影响
在低地球轨道存在大量的空间碎片,它们是人类遗留在空间的废弃物,包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体之间的碰撞产生的碎块等。碎片的大小可以从微米级到米级。
其实虽然大还很好办,对于1cm 以上的空间碎片可以根据在轨碎片监视器给予预警机动,采取主动的防护措施,最麻烦的是固体火箭发动机点火、某些空间实验、大碎片的在轨碰撞、航天器表面材料的剥落以及碎片与航天器碰撞后的溅射等造成的小的碎片颗粒,这些碎片大多在1厘米以下,根本难以监测。

而在轨道上,碎片通常以每秒数公里的速度运动(例如低地球轨道速度可达8公里/秒),根据动能公式(动能=1/2×质量×速度的平方),即使质量仅几克的碎片,其动能也极大。例如,一个1厘米的金属碎片质量约0.001千克,以8公里/秒速度撞击时,动能可达32,000焦耳,这远超子弹的动能,足以穿透航天器外壳。这种高动能集中在微小面积上,产生极高的冲击压力和温度,导致局部熔化、汽化或碎裂,可能破坏关键部件如燃料箱、电子系统或生命支持设备。
如2022年12月撞击俄罗斯“联盟MS-22”飞船以及2023年2月撞击“进步MS-21”货运飞船那样,损毁了外部的冷却回路,就会导致冷却剂全部泄漏,使飞船失去温度控制能力,最终任务失败。其次,穿孔本身会引发舱体失压,威胁航天员生命。更为危险的是,撞击可能产生高温等离子体和大量二次碎片,这些碎片在舱内或航天器附近会形成新的威胁链。

即使是毫米级的碎片,其破坏力也不容小觑。例如国际空间站的机械臂和舷窗都曾发现过被微小碎片撞击留下的损伤凹坑或裂纹。这些损伤会累积性地降低结构的完整性,影响舷窗的透明度或机械部件的寿命。
要对神舟二十号全面评估
而现在地面人员正在和航天员一起,评估神舟二十号飞船的状况,最容不得半点闪失的就是返回舱。它是航天员们结束任务后返回地球时乘坐的“座驾”,可以看作是整艘飞船的“驾驶室和安全舱”。它的外衣是一层特殊的防热材料,我们称之为“防热大底”。这层材料是为了抵抗返回地球时与大气层摩擦产生的几千度高温。如果这层“铠甲”在太空中被撞伤,哪怕只是出现一个不起眼的坑洼或裂纹,都可能在返回时让高温烈焰侵入舱内,造成灾难性的后果。所以,返回舱的完好无损,是确保航天员能够平安回家的生命线,是评估中的重中之重。
另一个极其危险的部位是飞船的推进剂储箱和与之相连的管道、发动机。它们就像是飞船的“油箱”和“动力系统”。飞船在太空中要调整姿态、变换轨道,甚至最终返回地球,全靠这些发动机精准点火提供动力。如果一块高速碎片击穿了储箱外壳,导致燃料泄漏,飞船就可能像汽车没了油一样失去动力,无法控制。更危险的是,某些燃料如果泄漏到真空环境中,可能会迅速气化甚至引发其他复杂反应,直接威胁到飞船的结构安全。因此,推进系统的密封性和完整性,直接关系到飞船能否“动得起来”和“回得去”必要的时候。

必要的时候,航天员可能要出舱对神舟二十号飞船进行检测,有些时候,可能肉眼看不到伤痕,但是部件的刚度强度可能发生了变化,这些都是需要地面人员进行充分评估以后,才能得出结论。
而如果评估出,神舟二十号不适合搭载航天员返回,那么我们的神舟二十二就会立即启动,创造最快的救援纪录。
中国或创造最快太空救援纪录,但这不是中国想要的结果
要知道,美俄的太空救援应急都存在着严重的问题,就拿美国来说,美国波音公司的“星际客机”飞船在2024年6月5日执行首次载人试飞时。按计划,它本应在国际空间站停留约一周后于6月14日返回-5。然而,在飞行期间,飞船接连出现推进器故障和氦气泄漏等问题。尽管成功对接空间站,但出于安全考虑,NASA和波音公司一再推迟其返航时间。这是因为NASA官方已经没有了载人飞船,要么就要靠俄罗斯的联盟号飞船,要么就要等马斯克的龙飞船,为此,在NASA多方权衡评估以后,最终于2025年3月18日改由SpaceX公司的“龙”飞船才返回地球。
这使得两名宇航员巴里·威尔莫尔和苏尼·威廉姆斯在太空中意外滞留了长达286天,其中苏尼·威廉姆斯已经真正瘦成锥子脸了,看起来简直像P过的。这次漫长的等待,暴露了美国在商业载人航天体系下,当单一飞船出现复杂技术故障时,缺乏即时、可靠的备份救援方案。

而俄罗斯也没好到哪里去,2022年12月15日,地面控制人员突然发现联盟MS-22号飞船外部冷却系统的压力正在急剧下降。通过分析飞船外部摄像头的记录,原来是:一个微流星体(一小块太空中的天然岩石或尘埃)击穿了“联盟MS-22”飞船服务舱的外部散热器,导致其冷却剂全部泄漏到了太空之中。冷却剂的丧失,意味着这艘飞船已经处于“病危”状态。俄罗斯航天局的工程师们紧急进行了地面模拟和评估,最终得出了一个严峻但必须直面的结论:这艘飞船不再安全,无法承担载人返回地球的任务。

于是,原本应乘坐此飞船在2023年3月返回的三名宇航员,包括美国宇航员弗兰克·卢比奥,瞬间陷入了“有家难回”的境地。
面对这一突发状况,俄罗斯航天局迅速做出了一个替代方案:将下一艘计划执行的飞船——“联盟MS-23”改为无人驾驶模式,提前发射,专门前往空间站充当“救援飞船”,最终,“联盟MS-23”原定于2023年3月发射,为了执行救援任务,其发射日期被提前至2月底。然而,即便是提前了,从故障发生到救援飞船就位,中间也间隔了两个多月。这意味着,空间站上的三名宇航员在得知归家工具报废后,不得不在太空多等待近三个月,才能等到他们新的、安全的返程座驾。
但是中国不一样,从神舟十二号载人飞船任务开始,中国空间站建造与运营阶段的神舟飞船任务呈现出一种显著不同的特点,那就是拥有一艘随时待命的备份船。
这背后是中国航天工程管理能力和制造技术的一次重大飞跃,其核心在于攻克了“组批研制”这一难题。在传统的单件研制模式下,每一艘神舟飞船都是为一次特定任务“量身定制”并独立生产的,从建造、测试到发射准备,周期长,成本高。如果任务中出现不可挽回的严重问题,再紧急生产一艘新飞船将耗费大量时间,可能危及在轨航天员的安全或中断整个空间站计划。

而组批研制模式,则是对多艘飞船——通常是任务船与备份船——作为一个批次进行统一设计和生产。这类似于工业上的“批量生产”理念,但应用于极其复杂和精密的载人航天器上。
工程师们可以针对这一批次的小型产品、子系统甚至整船,同时进行各项环境试验、可靠性测试和一次性的集中验收。这种模式极大地压缩了单艘飞船的研制和测试周期,降低了综合成本,并保证了产品状态的高度一致性。
正是基于组批研制的成功,中国才能为每次载人飞行任务都配备一艘处于相近完成度的备份神舟飞船。这艘备份船并非简单的“备件”,而是一艘功能完整、状态良好的“热备份”飞船。一旦在轨运行的任务飞船因遭遇如无法修复的损坏、重大系统故障等极端紧急情况,导致其无法安全返回,地面指挥中心可以立即启动应急响应程序。
这艘备份船将在1周内内完成最终检测、加注燃料并执行紧急发射任务,前往空间站接回被困的航天员。因此,从神舟十二号开始建立的这套备份船制度,不仅仅是一个技术上的备份方案,它更是一套强大的航天员生命安全保障体系,确保了我国空间站长期、连续、稳定运营期间,航天员始终拥有一条可靠的生命救援通道。

没有错,中国将会创造全球最快太空救援纪录,在最短一周内就可以把我们的航天员接回来,但这并不是中国想要的结果,对于中国来说,航天员的安全是最为至关重要的。
而接下来,我们将充分评估神舟二十号的状态,吸取经验,优化神舟飞船的被动防护系统,而神舟飞船也会采用无人驾驶模式脱离空间站并返回地球,我们的地面人员也会在对返回舱进行拆解复盘。
而神舟二十三号也会紧急总装,防止空间站出现经济情况,神舟二十一号乘组缺乏救援飞船。
原文:https://www.toutiao.com/article/7569632038588875310/
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