日漸老化的國際空間站，離退役還有多久？

2020-09-09 中國航天報

國際空間站以其龐大的規模、酷炫的外形，已經成為當代世界航天的標誌。近日，一則發生在國際空間站上的新聞引起了人們的廣泛關注。

由於國際空間站上的美國艙段出現了空氣洩漏的情況，在空間站上駐守的3名航天員，作為地球以外僅有的人類，都被緊急集中到了空間站上的俄羅斯艙段內。

俄羅斯艙段和美國艙段示意圖

實際上，此次國際空間站的洩漏問題在2019年9月就被發現了。當時，美國宇航局及其國際合作夥伴就發現空間站的漏氣速度略高於標準值。然而由於那時候正值其「繁忙季」——航天員要進行各種太空行走，還要準備SpaceX公司的龍飛船進行首次載人任務等，這個問題一直被壓著沒有好好處理。美國宇航局認為，氣體洩漏並不是一個特別急迫的問題，畢竟空間站上還常備有氣罐，可以不斷補充洩漏的氣體，維持空間站內氣壓的穩定。

然而窟窿不補，只會越來越大。氣壓下降的速度越來越快。目前，國際空間站的洩漏速度已經達到了每天約220克，相當於空間站某個艙段外殼上有一個直徑約0.1毫米的孔洞。近期緩過來的美國宇航局終於決定騰出幾天時間，把潛在的洩漏點找出來，把這個漏洞補上。

美國宇航局已經確定洩漏點位於美國的艙段內，但具體是哪一個艙段洩漏仍然不明朗。按照要求，在此次檢修行動中，空間站所有的艙段艙門全部關閉，全體航天員集中到俄羅斯艙段待3天。在此期間，航天員與飛行管理中心的地面控制人員聯合，對每個艙段進行閉艙壓力檢查，以查出漏氣源頭。全體航天員集中也是為了避免他們的活動幹擾氣體、氣壓的檢測工作。

然而對於一個400多噸、十幾個艙段、整個生活空間比一架大型客機的內部空間還要大的國際空間站來說，找到一個甚至連肉眼都難以察覺的縫隙，是一件頗為困難的事情。

國際空間站內部

經過一番檢查，問題的根源似乎仍然沒有確定，因為美國宇航局在一份新聞稿中指出，「任務控制人員仍在繼續他們的洩漏檢測工作，以便收集更多的數據」。

這次洩漏事件與最近在國際空間站上發生的重大事件相比，也許只是「小菜一碟」，但可能也是一個重要的跡象，表明國際空間站已然邁入了性能逐漸退化的「老年期」，距離退役，回歸大地母親的懷抱很可能不會太遠了。

就像蘇聯時代的和平號空間站，當時類似於漏氣這樣的故障不斷出現，這通常意味著空間站已經老化。

在和平號空間站運行的後期，航天員用於設備維護和排除故障的時間佔到了整個工作時間的80%。儘管通過耗時巨大的維修工作，使設計壽命僅有5年的和平號空間站超期服役到了15年，但那個時候的空間站其實際價值已然微乎其微了，最後只能忍痛讓它隕落退役。

其實，國際空間站目前也已經超期服役很久了。國際空間站於1998年開建。當年11月20日，由美國出資，俄羅斯製造的第一個組件曙光號功能艙發射成功。

曙光號功能貨艙

隨後10多年間，國際空間站從2個太空艙拓展至15個太空艙。國際空間站的設計壽命最初只有15年，但在2015年，美國和俄羅斯的航天部門達成一致意見並籤署協議，同意國際空間站的使用壽命由2020年延長至2024年。而已經在太空運營了20年的國際空間站隨著時間的推移，正在緩慢老化。

國際空間站20周年時間表

國際空間站是以美國和俄羅斯為主，日本、加拿大、歐空局成員國等16個國家聯合開展的太空項目，總投資超過1000億美元。美國為了維持其在太空領域的領導地位，並不願意在有合適的接班項目之前，輕易地退出國際空間站。美國波音公司作為國際空間站的主要承包商，一直在進行國際空間站延壽至2028年的可行性研究。美國宇航局甚至表示，國際空間站至少也得運行到2030年。

國際空間站由16個國家聯合開展

當然，國際空間站能否不斷地超期服役並不僅僅取決於政治家的願望，還要看國際空間站在惡劣空間環境下的狀態變化，以及相關國家的維護力度，甚至是國際形勢的演化。

氣體洩漏是表徵空間站老化水平的顯著指標，洩漏的速度會隨著時間的推移而變化。一項覆蓋了2004年10月~2011年2月的數據顯示，國際空間站的氣體洩漏速度從每天約0.064公斤，增加到了每天約0.227公斤。

空間站在距地球表面約400公裡高度運行，被太陽光照的一側受熱膨脹，背面卻受冷收縮。還有長期使用的機械應力問題，經過多年的運行會發生材料磨損和撕裂等結構的老化。此外，軌道空間的微型隕石或者人類產生的太空垃圾碎片也會造成空間站的磨損，可能在空間站上撞擊形成凹坑或者小洞，造成艙體洩漏。

去年，國際空間站利用機械臂相機對空間站外層結構進行了兩次掃描，發現了數百個小凹痕，大部分凹痕直徑小於1毫米，但部分碰撞體直徑至少達1釐米。

另外，國際空間站上的太陽電池板也在老化。空間輻射使太陽能電池的透明玻璃變黑，阻礙陽光的進入，而且不時還會有碎片掉下來，結果就是太陽能電池陣列從開始能產生220千瓦的電力，預計到2028年將下降到只能產生160千瓦。

國際空間站上的太陽電池板也在老化

國際空間站這次的洩漏事故不是第一次，也不會是最後一次。隨著國際空間站老化程度的不斷加深、美俄兩國航天預算的吃緊，國際空間站的故障將越來越頻繁地出現，其最終命運也許將在不久之後揭曉。


文/ 於遠航

編輯/ 王立莉

審核/ 楊蕾 楊建

監製/ 索阿娣

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    根據俄羅斯衛星通訊社消息，俄羅斯齊奧爾科夫斯基宇航科學院通訊院士安德烈約寧在接受採訪時就表示，由於超期服役，目前國際空間站存在眾多問題故障，很有可能在2024年就被迫停用。此後，隨著全球多個國家加入該項目，國際空間站也開始發揮越來越大的作用。不過，航天項目本來就耗資巨大，近20年來全球經濟整體呈現下行趨勢，這也導致各國在航天領域的資金投入捉襟見肘。以國際空間站來說，它原本設計的使用年限截至到2015年。然而，本著「縫縫補補將就用」的原則，國際空間站經過了連續兩次延期，甚至有些國家還提出，要將其使用壽命延長到2030年。
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  • 國際空間站即將退役，讓400噸的龐然大物安全墜毀成難題
    然而隨著服役時間的增加，國際空間站的許多部件已經老化，零件的可靠性降低國際空間站是多個國家和組織合作建立起來的，總耗資超過1600億美元，按照計劃，國際空間站至少要到2024年12月份退役，而NASA宣稱國際空間站最晚到2028年退役。
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    據媒體報導，俄羅斯宇航科學院通訊院士分析稱，國際空間站已經開始散架，很有可能在2024年停止使用，對此有俄羅斯網友表示：看來剩下的時間不多了，而在國際空間站老化的同時，中國天宮空間站即將完成建設，屆時或將取代國際空間站成為唯一，看來參與國際空間站項目的國家這次必須求助於中國。