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The Worst-Case Scenario for the International Space Station

Wired - backchannel

There’s a good way to throw out the ISS. And then there’s a really bad way.

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國際太空站可能面臨的最糟情況

Wired - backchannel
3 天前

AI 生成摘要

處置國際太空站有一種好的方式,但也有一種非常糟糕的方式。如果發生嚴重的碎片撞擊導致壓力喪失,我們可能面臨無法控制的墜落風險。

這是國際太空站可能發生的最糟糕情況

例如,這將會非常、非常糟糕:一個穿刺傷口。

在太空真空中,碎片——廢棄的火箭級、破碎的衛星、微流星體——的數量以百萬計,它們都在以時速 17,000 英里的速度飛馳。它們還在不斷地互相碰撞,形成一種指數級增長的垃圾煩惱。這些碎片大多很小,而且許多都不在國際太空站(ISS)的高度附近。但該區域並非完全乾淨。

事實上,碎片一直都在撞擊 ISS,外殼上佈滿了明顯的凹痕和裂縫。但如果某個物體完全穿透了太空站,艙內的空氣將滲漏到太空真空中,警報會隨之響起。壓力計將向太空人確認太空站幾乎肯定遭到了撞擊,而滲漏的速度可能預示著機組人員有多少反應時間。根據 NASA 的一項估計,一個 0.6 公分寬的洞有 14 小時的時間來堵住漏氣。而一個 20 公分的洞留下的時間不到一分鐘。

有一項計劃可以防止此類撞擊——太空監視網絡(Space Surveillance Network),這是軍方用來追蹤太空碎片的一系列感測器。NASA 監控著非正式稱為「披薩盒」的區域,這是 ISS 周圍的一種禁飛區。當預測有碎片進入該區域時——如果碰撞機率至少達到十萬分之一——任務控制員就會下令進行規避機動,啟動推進器移動 ISS 以躲避垃圾。自 1998 年第一個 ISS 模組發射以來,這項技術已被使用過數十次。但該系統僅能追蹤約 45,000 個較大的碎片,且所有感測器都存在雜訊。此外,風險閾值可能會漏掉一些東西,有時後果很嚴重。2025 年,中國太空人在碎片撞擊其返回艙後,曾短暫受困於他們的太空站。

當然,ISS 確實有自己的防禦措施。織物緩衝層包裹著部分系統,一種名為「惠普爾防護罩」(Whipple Shield)的保險桿有助於減緩衝擊。然而,該防護罩的設計僅能阻擋約 1 立方公分以下的碎片,而碎片追蹤器的設計僅能捕捉 10 立方公分及以上的碎片。換句話說,防禦系統中存在缺口。

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無論如何,受損的 ISS 運氣都相當糟糕。早在 2017 年,來自 NASA 和一家俄羅斯太空承包商的科學家將這種最壞情況的機率定為 121 分之一。截至 2025 年底,NASA 告訴《連線》(WIRED),在任何六個月期間內,碎片導致失壓事件的風險大約在 36 分之一到 170 分之一之間。

如果有時間,太空人和俄羅斯宇航員將尋求堵住漏洞或關閉通往太空站漏氣部分的艙門。(這就是他們多年來處理太空站 PrK 模組輕微漏氣的方法,而且基本奏效。)但請記住,這是最壞的情況,我們的機組人員將面臨嚴峻的截止期限。NASA 表示,一旦壓力下降到約 490 mm Hg,關鍵系統就有崩潰的風險。太空人可能會遭受缺氧,這種氧氣缺乏會讓人虛弱到神志不清。這將是一個令人心碎的決定,但如果別無他法,機組人員將需要前往他們的載人太空船並離開 ISS。

(還有其他緊急情況可能導致這一點。一是火災,可能是由機器短路引起的。另一個是有毒氨氣洩漏。但這些可能性更低。)

現在讓我們想像一下,太空站已經失壓,且幾十年來第一次空無一人,完全透過電腦和遠端控制運行。首先,NASA 及其合作夥伴必須接受脫軌的必要性——已經無法回頭去拯救 ISS 了。這可能很複雜:歐洲太空總署的 23 個國家,以及日本和加拿大,都參與了 ISS 的合作夥伴關係。還有俄羅斯。俄羅斯人承諾支持 ISS 僅到 2028 年。但他們確實同意在緊急脫軌情況下協助 NASA。

目前還沒有一個單一的棄船計劃,因為一切都取決於……嗯,一切。但必須採取行動,因為一個巨大的太空垃圾將朝地球飛來——儘管速度非常非常緩慢,且在世界頂尖太空工程師和科學家的監督下。但這仍然是一個令人擔憂的情況。理想情況下,美國脫軌載具(US Deorbit Vehicle,即我們的龍飛船)將準備好引導 ISS 進入大氣層,降落在太平洋的一個安全區域。

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但在最壞的情況下,脫軌載具尚未就緒。如果沒有它,2024 年達成的一項依賴俄羅斯進步號(Progress)太空船的協議可能會發揮作用。屆時將有令人煩惱的權衡需要考慮。讓 ISS 自行向地球墜落可以節省燃料,這在最終噴射進入大氣層並確保海葬時是必要的。但緩慢的墜落會危及維持遠端控制所需的機器。

受控脫軌需要使用多個核心系統,包括通訊、電力和航空電子系統。ISS 的某些機器並未專門認證可在失壓環境下運行。(NASA 根據技術分析認為關鍵系統仍可運行,並強調其中許多系統已在真空環境中使用。)另一個令人擔憂的問題是:ISS 失去對其太空姿態的控制。太空船可能會開始翻滾,使太空站的太陽能電池板背離太陽,帶走主要的電力來源。

而且無論如何,使用俄羅斯資產的計劃仍然存在問題,因為 NASA 表示,ISS 將採取「較淺的再入角度」,並將殘存的碎片灑在比預期更大的區域。儘管如此,NASA 仍能對這些現存碎片的掉落位置保持顯著的控制。它們可能會掉進海洋,正如太空總署一直希望的那樣。當然,太空站會在壽終正寢前提前退役,但它確實已經老舊了。最有可能的情況是,一切都會好起來。

但如果情況不好呢?早在 1996 年,在 ISS 的任何組件發射升空之前,NASA 就預見到了更糟糕的最壞情況:失控再入。這種情況的核心涉及多個系統在一個不太可能但並非完全不可能的連鎖反應中失效。機艙失壓可能會損壞航空電子設備。電力系統可能會離線,熱控制和數據處理系統也會隨之失效。沒有了這些,控制冷卻劑甚至推進劑的系統可能會崩潰。失去控制的 ISS 將緩慢地向地球靠近,可能耗時一兩年,無法控制其去向或碎片可能掉落的位置。而且,不,我們不能透過炸毀太空站來拯救自己。這將極其危險,而且幾乎肯定會產生大量的太空垃圾——而這正是我們最初陷入這場假設性混亂的原因。

大氣層是一個殘酷的焚化爐,無論 ISS 如何墜落,大部分都會被蒸發。但仍有部分太空站組件可能在再入過程中倖存。在我們有所準備的最佳情況下,空中交通管制員和海事當局可以發布警報。太空站將碎片灑向天空,澳洲人可能會在碎片墜入大海前看到一番美景。隨後,這項人類工程史上的歷史性壯舉的殘骸將沉入海底,成為留給藻類和微塑料的又一具屍骸。

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但在最壞的最壞情況下,我們沒有任何控制權。相反,太空站將衝破大氣層。當然,許多碎片可能會掉進海洋,但有些可能會擊中人,可能是在城鎮或城市。太空站可能會在數千英里的範圍內跨越多個大陸解體。這將極難預測。正如 NASA 所言:「計算這種穿透演變成失去脫軌能力的機率具有非常大的變數範圍,使得預測失效。」

這幾乎肯定不會發生在 ISS 身上。與此同時,這是一個更極端版本的美國太空站唯一的墜落方式。1979 年,在軌道上空置多年後,美國第一個太空站天空實驗室(Skylab)開始向大氣層沉降,威脅要墜落並將熔化的太空船零件掉在地球上。當時,NASA 官員不得不遠端喚醒其電腦,並在對太空站控制有限的情況下,將其導向一個對人類威脅最小的位置。

在之前的幾個月裡,太空總署官員與國務院保持頻繁聯繫,國務院向世界各地的使館發布了最新的預測軌跡。在這種情況下,「抱歉」是解決不了問題的:幾十年前,當蘇聯的一種太空站型號「禮炮號」(Salyut)脫軌時,燃燒的碎片散落在阿根廷各處,嚇壞了民眾,根據當地報紙報導,至少出動了幾名消防員。

ISS 比禮炮號或天空實驗室都要大得多。在失控脫軌中,官方 ISS 太空站諮詢委員會的專家表示,「大如汽車和火車」的碎片將從天而降。NASA 確認這將對「全球公眾構成重大風險」。

好了——噩夢結束了。我那充滿焦慮的胡思亂想就此結束。以下是截至 2026 年的事實:

就《連線》所知,從未有人因為被太空站碎片擊中而死亡。天空實驗室的一些碎片確實掉在了西澳的偏遠地區,吉米·卡特(Jimmy Carter)正式道歉,但無人受傷。碎片擊中人口稠密地區的機率很低。地球大部分是海洋,大部分土地無人居住。2024 年,一塊從 ISS 拋出的太空垃圾在大氣層燒蝕中倖存下來,從天而降,砸穿了一位真實存在的、且理所當然感到不安的佛羅里達男子的屋頂。他在推特上發布了這件事並起訴了 NASA,但他沒有受傷。

為了這篇報導,《連線》查閱了數十份 NASA 文件,包括緊急情況的備份計劃和應急方案,並採訪了十幾個人,其中包括三位曾造訪過 ISS 的太空人,似乎沒有人感到那麼恐慌。一位太空人說,他在軌道上主動想到的最令人擔憂的情況是牙痛。ISS 確實發生過一些緊急情況,包括 1 月份的首次醫療撤離,但總體而言,情況一直非常穩定。事實上,ISS 最令人印象深刻的一點就是從未發生過非常戲劇性的事情。沒有實驗失控得太離譜。它也沒有被小行星撞擊。

但也有一個令人討厭、揮之不去的事實:你不知道你不知道什麼。幾十年來,這一直是描述這個實驗性軌道殖民地生活的貼切格言。不過,最終其他的格言會發揮作用。是的,這是真的:你不知道你不知道什麼。但我們知道,所有美好的事物都有結束的一天。而且,上去的東西總得下來。

大部分情況下是這樣。這是因為,理論上我們仍然可以拯救 ISS 並將其移至更高的軌道。NASA 計算出,將太空站推送到地球上方 640 公里以上可以讓它再維持 100 年——這也需要至少 18.9 公噸的推進劑。這大約相當於 2,000 個飛機手提行李。一千年則需要至少 36 公噸。如果這看起來不太多,請考慮到目前沒有任何載具可以將這麼多燃料運送到太空站。仍在開發中的 SpaceX 巨型火箭「星艦」(Starship)或許能運載很大一部分,但根據太空總署的估計,它很難與太空站對接。

這或許是最大的諷刺。太空廣闊且大部分是空的——然而卻沒有簡單的方法可以把東西扔掉。

動畫:Jacqui VanLiew;素材來源:Getty Images

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