科技日报记者 付毅飞
近日，国际空间站上的3名宇航员结束了在俄罗斯舱段的隔离生活。由于此前发现的美国舱段漏气现象，他们于8月21日集中进入俄罗斯舱段，以配合飞行管理中心开展闭舱压力检查，寻找漏气源头。虽然最后隔离期被延长了一天，但截至记者发稿时，有关方面并未宣称找到漏气点。
中国航天科工集团二院研究员、国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光向科技日报记者表示，这次漏气不会威胁到宇航员的安全。对于这种细微的漏气现象，虽然很容易检测到，但想找到源头，目前却并没有特别简单有效的手段。
适量漏气有助于有害气体排放
杨宇光介绍说，无论是空间站还是载人飞船，其实是允许有一定空气泄漏率的，这有助于排出有害气体。只不过不同国家、不同时期的航天器，对泄漏率有着不同的标准。
他说，在载人航天器上，环控生保系统用于维持航天员生命，其作用包括大气控制、水控制，以及其他污染物的控制。
早期美国载人航天器里使用的是纯氧大气，大气密度低，气压也比较低，以便使航天器外壳能做得更薄。而苏联从一开始就采用氮氧混合大气。如今，氮氧混合大气已成各国载人航天的标配。
因此，环控生保系统在大气控制方面主要包括氮气分压、氧分压和二氧化碳分压。这三者都是多了不行，少了也不行。此外，舱内还会产生各种有害物，例如电子设备会分解产生有害气体，宇航员放的屁中也含有硫化氢。这些有害气体如果不加以控制就会堆积，因而适当的空气泄漏率对此很有帮助。
据测算，此次国际空间站大约每天泄漏220克空气。杨宇光表示，这样的泄漏率并没有超出国际空间站的安全阈值。按照美国国家航空航天局（NASA）和俄罗斯联邦航天局发布的声明所说，舱内空气泄漏率只是“略高于标准”。
通常1名宇航员每天所需的空气补给量约为6至10千克，相比之下，200多克空气确实不算多。或许这也是NASA自2019年9月就发现空间站漏气，却时隔一年才开始查漏的原因吧。
不过，虽然不会危及空间站安全，但计划外的漏气却也造成了一定的浪费。毕竟，漏出去的气总是得补回来的，而要补给只能从地面运输。
杨宇光说，国际空间站内始终要维持将近1个大气压的压力，随着空气消耗，每天都需要补充氧气和氮气，这些补给都需要从地面运过去。可是这样的补给运输成本十分高昂，按照货运飞船和火箭的造价和发射费用计算，每往空间站运送一公斤物资，成本比等重的黄金要贵得多。
换成这样一想，国际空间站每天往外撒4两多黄金，你说心疼不？
查漏相当于大型客机里找针孔
终于，NASA也无法坦然坐视了。8月20日，他们宣布要开始查找漏气源头。
根据漏气量估算，漏气原因可能是某个舱段外壳上存在一个直径约0.1毫米的小孔。要在庞大的空间站内寻找这样一个比针尖还小的孔显然很不容易。
国际空间站由美国、俄罗斯等16个国家联合建造，目前共有十几个加压舱段。杨宇光介绍说，俄罗斯有5个舱段，其中曙光号功能舱、星辰号服务舱均为20吨级。
美国舱段通过团结号节点舱与俄罗斯部分连接。其中包括美国的命运号实验舱、宁静号节点舱、穹顶号观测舱、莱奥纳尔多号多功能后勤舱等。美国和谐号节点舱上，又连接了欧洲的哥伦布实验舱，以及日本的希望号实验舱……这些舱段如一节节莲藕般连在一起，有主干、有分支，颇为复杂。杨宇光说，国际空间站总重量超过400吨，内部空间超过一架大型客机。
由于初步判定漏气源在美国部分，所以自8月21日起，驻留在空间站内的3名宇航员全部进入俄罗斯舱段，并将美国部分各舱段的舱门关闭，以求排查漏气舱段。按理说，空间站内各类传感器密布，要做到这点并不难。
不过杨宇光认为，即使找到了漏气舱段，想进一步找出漏气点也很困难，超声波等手段并非任何情况下都适用，很多时候还得靠宇航员趴在舱壁上一点一点寻找。可是一方面空间站舱内都装有机柜，这是非密封设备，而且有几层结构，如果漏气点在机柜后面，除非把机柜拆掉，否则既看不见也摸不着。另一方面，直径0.1毫米的小孔很难用肉眼辨别，无论是在舱内还是出舱，都很难迅速发现。
所以即使要付出一定经济代价，但如果运气不好的话，国际空间站或许不得不继续漏一阵子。
空间站漏气这已不是第一次
无论如何，这次漏气事件并不严重，也不是空间站上第一次出现。
2018年，国际空间站上也监测到有气体泄漏。经过排查，工作人员在与国际空间站对接的“联盟MS-09”飞船上，发现了一个直径约2毫米的洞。这个洞虽然不大，却导致舱内气压不断下降。后来宇航员用胶带和特制胶水将破洞堵上，并把飞船安全开回地面。
2004年，国际空间站内用于平衡窗户气压的真空跨接电缆发生破漏，好在破损并不严重，宇航员更换了新电缆便解决了问题。
相比之下，1997年俄罗斯和平号空间站与“进步M-34号”货运飞船相撞导致的漏气事故更为严重。是年6月24日夜间，该飞船与和平号空间站量子2号舱分离，拉开一定距离后，试图与空间站重新对接，以试验其安装的新型Toru交会对接控制系统。然而这套系统并不像人们预计的那样可靠。当飞船以每小时17.5公里的相对速度接近空间站时，“速率中止控制”有关部件失灵，于是它无视宇航员的指令，沿着空间站长轴向前飞去，径直撞上了光谱号舱的太阳能电池板，使得光谱号主舱体向内偏转。在确认受损情况之前，空间站内的宇航员已明显感受到了空气压力的变化。好在经过紧急处置，空间站人员脱离了危险，“闯祸”的飞船也重新得到控制，但受损舱段却永久失压，不再适合居住。
因空气泄漏导致的最惨烈的悲剧，发生在1971年苏联联盟11号飞船返回地球过程中。1971年6月6日，宇航员格奥尔基·多勃罗沃利斯基、维克托·帕查耶夫、弗拉季斯拉夫·沃尔科夫乘坐联盟11号飞船升空，成功与世界第一座真正的空间站“礼炮一号”对接，并创造了在空间站内驻留23天18小时22分的纪录。然而到了6月30日，当迎接英雄凯旋的人们打开飞船返回舱，看到的却是3位宇航员的遗体。
经调查，当飞船再入大气层，返回舱与轨道舱分离时，返回舱的压力阀被震开，舱内空气快速泄漏。同时，联盟飞船座舱空间十分狭窄，为容纳3名宇航员，苏联航天部门让他们脱掉宇航服，这使三人暴露于风险之中。因此，3名宇航员来不及作过多反应，就因急性缺氧窒息，以及体液沸腾而亡。
事后，苏联用了两年多时间设计出第二代联盟飞船，着重提升了安全性能，同时将成员数从3人改为2人，并要求宇航员在升空和返回阶段必须穿宇航服。这是3位宇航员用生命换回的教训。
杨宇光表示，由于空气泄漏导致的事故，分为几个级别。比较轻微的情况可以通过紧急处置进行修复；如果泄漏较为严重，可能需要封闭舱段；如果再严重，例如居住舱失压，不再具备居住条件，就要组织宇航员紧急撤离了。
而联盟11号飞船的悲剧，希望永远不要再发生。
2020-08-31
