載人空間站外殼的真實厚度，足夠擊破大多數人的想像

2020-10-30 匈奴狼山


最近這些年，載人空間站上出現有人偷偷打孔造成漏氣，或者因為不斷的對接撞擊造成金屬疲勞而讓空間站的外殼出現裂紋導致嚴重漏氣的現象經常被報導。於是這裡就有一個問題，載人空間站的外殼都是什麼材料製作的？為何如此脆弱，動不動就漏氣？其實載人空間站和水下的潛艇一樣，都是把人放到一個完全封閉的殼子中，然後飛上天和潛下水；而不論到外太空還是到幾百米的水下，人類如果沒有防護都是無法正常生存的。不過太空的環境和水下完全相反。水下的潛艇要抗壓，而太空中的載人空間主要是防止失壓。潛艇和潛水器在水下每下降10米就增加一個大氣壓的壓力，到水下500米就已經相當於51個大氣壓，因為 計算時需要帶上一個天然大氣壓。而到水下7000米時已經相當於701個大氣壓。


到11000米的深淵則達到1100多個大氣壓，相當於一個無名指指甲蓋的面積就要承受1噸多的壓力。因此不論潛艇還在載人的潛航器都必須有耐壓殼。耐壓殼用高強度鋼材和鈦合金製造，普遍厚度已經在10釐米以上。潛航器上對外觀察的「舷窗」，則是用高強度石英玻璃製造。而且呈現外口大內口小的倒漏洞狀，這樣才能承受巨大的水壓。而且因為耐壓殼都很厚，金屬材料用的多，因此潛艇和潛航器都是比較重的。而在太空飛行的載人系統則基本不承受外界的壓力。內部只有一個大氣壓，主要防止往外漏氣，保證密封就可以了。而且用火箭往太空發射物體的成本極高。即使長5這種850噸級火箭飛行一次，也只能往太空運輸25噸到29噸左右的實際有效載荷。因此載人飛船或者載人空間站的外殼完全沒必要做的和潛艇的耐壓殼那麼變態的厚。


只需要保持空間站和或者飛船的正常剛度和不漏氣即可。當然，像載人返回艙要承受返回時的高溫高壓和猛烈氣流的衝擊，因此有多層防熱措施，其外防熱殼與內殼加起來也有十幾釐米的厚度，不過這是一種特例。大部分空間站上的艙室發射上去就沒準備再完整的返回地球。除非有必要用太空梭捎帶回來。太空梭能耐熱耐衝擊是因為其主框架是鈦合金製造，外面又用耐熱陶瓷包裹。不過目前太空梭都已經退役。因此到目前，所有的載人空間站都是一次性使用不再返還。大多數有人活動的空間站艙段的主外殼仍然用是鋁鎂合金製造的。瀚海狼山（匈奴狼山）認為其厚度可能足夠讓大多數人驚訝。因為很多人也許認為空間站的外殼厚度怎麼也得有個五六釐米到10釐米左右。但是狼山要說實際上大多數空間站艙段的金屬外殼厚度連1釐米都沒有！如果想像不出1釐米以下的鋁合金外殼是多麼厚，那麼可以到商場買個高壓鍋看看，兩者基本大同小異！


但是為何空間站從外面看上去都很「敦實」呢，這是因為空間站艙段不僅僅只有一層鋁合金外殼。外面還包著多層的防熱複合材料和惠普爾盾「裝甲」，所謂的裝甲並非真裝甲。就是兩層薄皮之間夾著凱夫拉縴維而已。國際空間站主艙段的星辰號服務艙總質量約23噸，長13米，直徑4.35米，有4個對接口。放到地面上就相當於一個大油罐，而且裡面還有大量的儀器設備。如此龐然大物一共才20來噸，也暗示其是一個「薄皮大餡」的物體。其實很多載人太空飛行器的外殼之薄讓外行很難想像。比如阿波羅飛船登月艙的上升段外殼是僅僅3毫米厚的鋁合金。中間連個氣閘都沒有，一旦漏氣裡面人的結局可想而知。但是為了減重只能如此冒險。正因為空間站的外殼過於薄弱，才會出現可以用手鑽就能輕易打穿的現象。如何換了潛艇的耐壓殼，讓愛搞破壞的人去同樣手工打個孔試試！

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