newsence
來源篩選

The Worst-Case Scenarios for the International Space Station's End

Wired - backchannel

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

newsence

國際太空站可能面臨的最糟結局

Wired - backchannel
3 天前

AI 生成摘要

處置國際太空站有一個好的方法,但也存在一個非常糟糕的方法。如果發生嚴重的碎片撞擊導致失壓,我們可能面臨失去控制、讓巨大殘骸墜落於人口稠密區的極端風險。

這是國際太空站可能發生的最糟糕情況

例如,這會是非常、非常糟糕的事:一個穿刺傷口。

在太空的真空環境中,碎片——廢棄的火箭推進級、碎裂的衛星、微流星體——的數量以百萬計,它們都在四處飛馳,速度通常高達每小時 17,000 英里。它們還在不斷地互相碰撞,形成一種指數級增長的垃圾災難。這些碎片大多微小,且許多並不在國際太空站(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擊穿空間站,艙內的空氣將滲入太空真空,警報隨之響起。壓力表將向太空人證實空間站幾乎肯定遭到了撞擊,而洩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 公分寬的孔洞留有 14 小時來堵住漏洞;一個 20 公分的孔洞留下的時間則不到一分鐘。

有一項計劃旨在防止此類撞擊——空間監視網絡(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。當預測有碎片將進入該區域時——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,這項技術已使用了數十次。但該系統僅追蹤約 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,中國航天員在碎片撞擊其返回艙後,曾短暫受困於其空間站。

當然,ISS 也有自己的防禦措施。織物緩衝層包裹著部分系統,而一種稱為「惠普爾防護罩」(Whipple Shield)的保險桿有助於減緩衝擊。然而,該防護罩僅設計用於阻擋體積約 1 立方公分以下的碎片,而碎片追蹤器僅設計用於捕捉 10 立方公分及以上的碎片。換句話說,防禦系統中存在缺口。

圖片

無論如何,受損的 ISS 運氣都算相當糟糕。早在 2017 年,來自 NASA 和俄羅斯航太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,太空人和俄羅斯航天員將尋求堵住漏洞,或關閉通往空間站洩漏部分的艙門。(這就是他們多年來處理空間站 PrK 模組輕微洩漏的方法,而且基本上奏效了。)但請記住,這是最壞的情況,機組人員將面臨嚴苛的截止期限。NASA 表示,一旦壓力降至 490 mm Hg 左右,關鍵系統就有崩潰的風險。太空人可能會遭受缺氧,這種氧氣匱乏會使人虛弱到神智不清。這將是一個令人心碎的決定,但如果別無他法,機組人員將需要進入他們的載人載具並離開 ISS。

(還有其他緊急情況可能導致這一局面。一是火災,可能由機器短路引起;另一種是有毒氨氣洩漏。但這些情況的可能性更低。)

現在讓我們想像一下,空間站已經失壓,且幾十年來首次空無一人,完全由電腦和遠端控制操作。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 夥伴關係。還有俄羅斯。俄羅斯人承諾僅支持 ISS 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(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。

圖片

但在最壞的情況下,脫軌載具尚未準備就緒。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,這是 ISS 在最終進入大氣層並確保海葬時所需的。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,包括通信、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。太空船可能開始翻滾,使空間站的太陽能電池陣列背離太陽,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」,並將殘餘碎片撒在比預期更大的區域。儘管如此,NASA 仍能對這些殘存碎片的墜落地點保持顯著的控制。它們很可能會掉進海洋,正如航太局一直希望的那樣。當然,空間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極不可能但並非完全不可能的連鎖反應中失效。艙內失壓可能損壞航空電子設備。電力系統可能離線,熱控制和數據處理系統也隨之失效。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,可能歷時一兩年,無法控制其去向或碎片可能降落的地點。而且,我們不能通過炸毀空間站來自救。這將極其危險,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 如何降落,大部分都會被蒸發。但仍有部分空間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部門可以發布警報。空間站將碎片散落在天空中,澳洲人可能會在物體墜入大海前看到壯觀的景象。隨後,這項人類工程史上的歷史性壯舉殘骸將沉入海底,成為留給藻類和微塑料的又一具殘骸。

圖片

但在最壞的最壞情況下,我們沒有任何控制權。空間站將衝破大氣層。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。空間站可能會跨越數千英里和多個大陸解體。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量範圍,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一一次墜落的方式。1979 年,在軌道上閒置多年後,美國的第一個太空站「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,並在對空間站控制有限的情況下,將其導向一個危及人類最少的地點。

在之前的幾個月裡,航太局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,當時甚至出動了至少幾名消防員。

ISS 比「禮炮號」或「天空實驗室」都要大得多。ISS 官方諮詢委員會的專家表示,在失控脫軌中,「大如汽車和火車」的碎片將從天而降。NASA 證實這將對「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告一段落。以下是 2026 年的現狀:

據《連線》所知,從未有人因被太空站碎片擊中而死亡。雖然「天空實驗室」的一些碎片確實掉在了西澳的偏遠地區,吉米·卡特也正式道歉了,但沒有人受傷。碎片擊中人口稠密地區的機率很低。地球大部分是海洋,大部分陸地無人居住。2024 年,一件從 ISS 拋出的太空垃圾在經過大氣層燒蝕後倖存,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州男子的屋頂。他在推特上發布了這件事並起訴了 NASA,但他並未受傷。

為了這篇報導,《連線》查閱了數十份 NASA 文件,包括應對緊急情況的備份計劃和應急方案,並採訪了十幾個人,其中包括三位曾訪問過 ISS 的太空人,似乎沒有人對此感到恐慌。一位太空人說,他在軌道上真正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,包括今年 1 月份首次進行的醫療撤離,但總體而言情況非常穩定。事實上,ISS 最令人印象深刻的一點是,從未發生過非常戲劇性的事件。沒有實驗失控到不可收拾。它也沒有被小行星撞擊。

但也有一個令人討厭、揮之不去的真相: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恰當格言。然而,最終其他的格言將會發揮作用。是的,沒錯: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,將空間站推升至地球上方 640 公里以上,可以讓它維持 100 年——這也需要至少 18.9 公噸的推進劑。這大約相當於 2,000 個飛機隨身行李。維持一千年則需要至少 36 公噸。如果這看起來不算多,請考慮到目前沒有任何載具能將如此數量的燃料運送到空間站。根據航太局的估計,SpaceX 仍在開發中的巨型火箭「星艦」(Starship)或許能運載很大比例的燃料,但它很難與空間站對接。

這或許是最大的諷刺。太空廣袤且大多空曠——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

你有什麼看法?
請在下方的評論區告訴我們你對這篇文章的看法。或者,你可以致信編輯部:mail@wired.com。