看電影輕鬆學科普(八):《地心引力》

2020-11-23 成都全搜索

    女士們先生們,各位旅客朋友們大家好!很高興由我來介紹太空旅行的安全指南。相信有很多人都看了那部有關太空逃生的震撼影片,對接下來將要面對的太空之旅心有疑懼。沒關係,現在我就告訴大家最想知道的東西:一旦在太空之旅中遇到危險,在祈求Tardis或是Enterprise飛來救你之前,還有哪些事情是可以做的呢?

    【撤離發射架】如果你已經坐進飛船,但離發射還有好一會兒,這時發生了異常狀況,比如火箭的有毒推進劑正在洩露,但不會馬上爆炸。怎麼辦?你需要離開飛船,利用發射架上的應急撤離裝置來逃生。美國國家航空航天局(NASA)的發射架,裝備有架在鋼纜上的緊急撤離框。你只需要擠進撤離框,然後割斷繫繩,撤離框就會帶著你轟隆隆沿著鋼纜一路滑下去,直到撞上攔阻網為止,整個過程不超過半分鐘。中國的飛船發射架裝備有防爆電梯和應急撤離滑道,後者類似於火災現場救援用的逃生布道,可以讓你在緊急情況下迅速撤離。

    【啟動逃逸塔】火箭在即將起飛或已經起飛時突然爆炸,這時你怎麼辦?如果此時你正坐在俄羅斯的「聯盟」飛船或中國的「神舟」飛船裡,那麼恭喜你,安全獲救的希望還是相當靠譜的。逃逸塔,即位於整流罩前端的一枚固體火箭,會迅速點火,整流罩裡的鐵夾子也會在瞬間裹緊飛船的軌道艙和返回艙,組成「逃逸飛行器」,與火箭的剩餘部分撕裂開來。接下來,整流罩上的幾塊柵格翼迎風攤開,穩住「逃逸飛行器」的飛行方向。飛到安全距離後,飛船的返回艙獨自脫離,帶著乘員開傘安全著陸。逃逸塔分離後,整流罩上還裝有高空逃逸發動機;整流罩分離後,還可以利用飛船自身的動力來實施逃逸。

    1983年9月26日,蘇聯「聯盟」T-10A飛船發射前,火箭就在塔架上發生了燃料洩漏,緊接著就把發射臺炸成一片火海,多虧地面人員及時發出指令,數秒之內逃逸塔就將飛船和太空人帶到安全地帶。1975年4月5日發射的蘇聯「聯盟」18A任務組,則因為火箭級間分離失敗,經歷了一次驚心動魄的飛船自主動力高空逃逸。

    【跳傘逃生】早期的飛船,例如蘇聯「東方」號和美國「雙子座」飛船,以及測試階段的美國太空梭,都裝備了類似戰鬥機飛行員的彈射座椅,逃生之際艙門會迅速炸開,太空人被彈射到遠處開傘降落。不過,彈射座椅會讓使用者遭受嚴重的身體損傷,所以不建議你去體驗這些老式飛船。「挑戰者」號災難發生後,太空梭上增設了一根滑杆。這是為了在太空梭可控卻無法降落的情況下,讓機組乘員通過它滑到機翼範圍外跳傘逃生,但這樣的機會真的是太少了。

    【終止升空】如果你堅持要選擇乘坐美國的太空梭,我只能表示遺憾了。太空梭是載人太空飛行器中功能最強大的,但也是最不安全的。遇上火箭爆炸這樣的災難,機組乘員毫無生還的希望。不過,也不是說遇到任何故障都只有束手待斃。在主要系統可控的情況下,如果3臺主發動機中有一臺熄火,機組乘員可以根據故障發生時間的不同,選擇返回發射場降落(RTLS)、飛至大西洋對岸降落(TAL)、繞地一圈後降落(AOA),或者進入非預定軌道(ATO)。儘管如此,1986年「挑戰者」號太空梭的升空爆炸,以及2003年「哥倫比亞」號太空梭的再入解體,還是造成了14名太空人的遇難,也讓太空梭最終淡出了歷史舞臺。

    在太空艙內外

    「休斯頓,我們有麻煩了!」無論是身處飛船或者空間站內,還是正穿著艙外服進行太空行走,甚至跋涉在外星球的表面,類似的話肯定是你最不願意聽到的。那麼,聽到這句話之後,我們還來得及做些什麼呢?

    【帶好毛巾】無論是在地球上還是在太空中,我們都最好讓災難抑制在萌芽狀態。在空間站你需要時刻保持警惕,如果突然聞到奇怪的氣味,應該立刻通知所有人戴好防毒面罩,同時找好滅火器以防萬一。1997年2月24日,俄羅斯老舊的「和平」號空間站上,制氧用的高氯酸鋰罐突然起火,所幸駐站太空人第一時間戴上了防毒面具,並努力用滅火器滅火,火焰在一分半鐘內熄滅,濃煙也沒有來得及損害乘組的健康。無論遇到什麼情況,Don't panic。

    【轉移至安全地帶】在空間站遇上失火或者有毒氣體洩漏已經夠可怕了,但總算還有短暫的反應時間。另一種災難——洩壓漏氣,可就真的是萬分危急了!刺目的紅燈在眼前晃悠,悽厲的警報聲響徹耳邊,數據顯示站內氣壓正在飛速下降,沒準還能聽到嘶嘶的漏氣聲,這個時候你還能保持淡定嗎?快!現在唯一能做的就是轉移到安全的地方,同時迅速將漏氣的艙段與空間站的其它部分隔離開來。

    1997年6月25日,剛經歷過火災沒多久的「和平」號空間站與「進步」M-34號貨運飛船對接失誤,發生「撞車」。飛船撞破了「光譜」艙艙壁,造成漏氣。千鈞一髮之際,駐站太空人用小刀割斷了火花四濺的輸電線纜,總算關上了「光譜」艙的艙門。這造成了「和平」號40%的電力損失,不過所有人總算又一次活了下來。

    【記清逃生路線】在最糟糕的情況下,可能不得不放棄整個空間站逃生。這時,我們就只能寄希望於「救生艇」——與空間站對接的飛船了。國際空間站曾計劃裝備專用的救生飛船CRV,但因為經費不足被砍掉。目前充當國際空間站救生艇的,是兩艘定期輪換的俄羅斯「聯盟」TMA型飛船,它們都對接在俄羅斯艙段那一頭。因此,強烈建議你進站之前記熟各個艙段的連接順序,以免在災難臨頭之際緊張兮兮變成路痴,錯誤奔向美國艙段那邊。和站上的俄羅斯乘員處好關係,應該也挺重要。不過,等到未來的載人「龍」式飛船和「獵戶座」飛船上天以後,美國艙段的對接口也可以用來逃生了。中國未來的「天宮」空間站上,也將對接有一至兩艘「神舟」飛船,它們分別對接在「天和」核心艙節點部分前方和下方的對接口上。

國際空間站上俄羅斯艙段部分的連接示意圖,請認準「聯盟」(Soyuz)TMA型飛船的對接位置

    【去別的空間站】如果發生了相反的狀況呢?空間站完好無損,用來回家的飛船卻出現問題,這時候的最佳選擇無疑是堅守待援,充分利用有限物資和循環再生系統堅持下去。1973年「天空實驗室」3號任務期間,就差點發生這種事。當時和空間站對接的飛船推力器發生故障,NASA已經考慮提前發射下一艘飛船前來營救。不過,假如空間站上的物資不夠支撐到地面準備好下一艘飛船,也可從另外的空間站派遣一艘飛船過來,轉移受困人員。上述過程也可能反過來,比如空間站A的飛船受損無法返回地球,但仍可以在軌道上飛行,那麼也可能由空間站A派出飛船主動前往空間站B。

    飛船在空間站之間飛行,聽上去像是科幻情節,不過歷史上有過真實案例。1986年,蘇聯「聯盟」T-15號飛船就在新建的「和平」號空間站和即將廢棄的「禮炮」7號空間站之間實現過往返飛行。由於飛船上的燃料有限,在空間站之間機動又需要耗費大量燃料,如果兩個空間站的軌道不在一個平面(例如國際空間站和中國空間站),變軌需要的燃料就更多。因此這需要充足的燃料、周密的計算和精確的地面引導。像《地心引力》片中那樣,只藉助飛船返回艙底部的著陸緩衝火箭,再抓住一支四處亂噴的滅火器,就成功飛到另一個空間站,幾乎是沒有可能的。

    說到這裡,我要遺憾地補充一句:由於目前美國、俄羅斯和中國的對接口及對接機制都不相同,因此即使雙方成功交會,也無法相互對接。太空人還是得穿上艙外服,或者鑽進專用的「救生球」,才能穿過宇宙空間從而獲救。

    【身處宇宙空間】身穿艙外服進行太空行走,是太空之旅中最脆弱也最危險的時刻。太空行走非常疲憊,你需要記住以下幾點:別在上太空的頭3天或是頭暈嘔吐時出艙;出艙前按規定進行充分運動和吸氧;更衣時別忘記墊上紙尿布;出艙後心態儘量放鬆,最好用什麼東西固定住身體或雙腳,或者將安全繩扣牢;進入陽照區之前記得拉下遮陽罩。你的頭盔下面有一袋飲用水和一塊壓縮餅乾,可以用來充飢解渴。

    萬一遇上不測,請在及時呼救的同時儘量平緩呼吸,不要劇烈活動——這樣可以減少氧氣消耗量,有助於延長救生時間。如果不慎飄離空間站,可以嘗試利用艙外服上的噴氣機動裝置返回,但是飛行距離有限,可別指望能像《地心引力》的主角那樣,一口氣從「哈勃」飛到空間站。最早一批太空行走的太空人——蘇聯「上升」2號飛船的列昂諾夫和美國「雙子座」9號飛船的吉恩·塞爾南都遇到過麻煩,不過最終都安全返回。

    【在外星球表面】迄今為止唯一降落在外星球表面的,只有「阿波羅」任務。簡陋的蜘蛛形登月艙,是當年月面旅行者的唯一依靠。未來的外星探索任務很可能會建設基地,至少也該有居住用的氣密艙,或許還會裝備增壓機動車,甚至火箭飛行器。這樣,萬一返回艙出問題,也可以固守待援。在外星表面行走和做任何事都要小心謹慎,以免造成太空衣破損。回基地時要仔細吹掃太空衣,避免將外星塵土帶進氣密艙。收到太陽風暴預警時要第一時間躲進基地或是身邊最近的巖洞。注意腳下的坑穴和深溝。不要走得太遠。

這可不是《地心引力》的劇照,而是「和平」號空間站上被「進步」M-34號貨運飛船撞壞的「光譜」艙

    從太空返回

    回家永遠是太空旅行中最讓人提心弔膽的部分。目前所有類型的載人太空飛行器,在回家路上都是「一錘子買賣」,身處其中的你能把握的因素也不多。儘管如此,多知道一點,總歸能讓你心裡更踏實一些。

    【穿好壓力服】1971年,蘇聯「聯盟」11號飛船與「禮炮」1號空間站對接,成功完成了歷史上第一次空間站任務。在撤離空間站後,由於飛船上一個氣閥的錯誤開啟,返回艙內全部空氣洩露乾淨,3名身著普通工作服的太空人在數分鐘內喪生。所以,在飛船發射、對接和返回這些可能洩壓的危險時段,可千萬記得穿好壓力服!

    【安全回家】再入大氣層時需要精確地掌控飛船點火的時機和時長,以免再入角度過陡或過緩。過陡會讓飛船迅速過熱燒毀,過緩會被大氣層像打水漂一樣彈開。再入時的飛船姿態也非常重要,首先必須保證各部分成功分離後防熱大底朝前,不然整個返回艙會被燒穿。1969年1月18日,蘇聯「聯盟」5號飛船返回時,返回艙與推進艙就一度無法分開,致使返回艙「尖頭」朝前。在艙內開始瀰漫起糊味的時候,返回艙終於和被燒爛的推進艙分開,恢復了大底朝前的正常姿態。相比起這位快要被嚇死的哥們來,《地心引力》的女主角真的是一路開掛,運氣夠好。

    當然,安全返回還有賴於降落傘的正常展開(否則就會成為第二個科馬洛夫……)以及著陸反推火箭的準時點火。不過這些可不在我們的掌控之內,我們只能寄希望於它們正常工作了。唯一能做的,大概只有在躺椅上坐穩,準備好迎接開傘和觸地瞬間的兩次衝擊了吧。

    現在,火箭即將點火。你,準備好出發了嗎?(via 果殼網)

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