俄罗斯实验模组“科学”号在与国际空间站对接中出现意外，使国际空间站在44分钟里做了“540度后空翻”……究竟是怎么回事？
在寂静太空之中，地球轨道之上，一艘飞船正与环形的空间站缓缓对接。然而，片刻之后，火光冲出，碎片四散；飞船脱落砸向周围，空间站也因冲击力被抛出运行轨道，不受控制地自转……这是电影《星际穿越》中最惊险的一幕之一。然而当7月29日，国际空间站的宇航员们准备迎接俄罗斯“科学”号空间站模组时，他们怎么也没有想到，这一幕将在那一天几乎成为现实。
对接
7月29日，国际空间站上的七名宇航员正准备即将到来的俄罗斯多功能实验模组“科学”号与空间站的对接工作。“科学”号此次对接是为了替换旧的Piris实验模块，让空间站能够进行更多科研实验，这也是空间站的模块第一次被退役替换。其实在7月21日，“科学”号便早已成功发射，然而发射后飞船的遥感勘测和主推进系统等都出现了问题。莫斯科的控制中心经过了数天的紧张工作，才最终使“科学”号恢复正常。直到28日，“科学”号才被送上与国际空间站的交会轨道，等待着与空间站的对接。
▲“科学”号实验模组（图片来源/NASA）
航天器出现故障并不是新奇的事情，无论是地面控制中心还是空间站中的宇航员都没有对“科学”的姗姗来迟有太多顾虑。
美国中部世界7月29日8时29分，“科学”号模组开启了自动对接模式，伴随着飞船缓缓和空间站对接，宇航员和地面指挥中心的工作人员都放下了悬着的心。对接完成后，两名俄罗斯宇航员开始对对接舱室进行泄漏检查，并将模块集成到空间站的电源和计算机系统中，为打开“科学”号舱门、完成对接的最后一步做准备，一切似乎都很正常。
太空历险
然而，对接三小时后，意外发生了。
在休斯顿，美国国家航空航天局（NASA）任务控制中心的工作人员首先注意到了异常。平日里，空间站总是在环绕地球的环形轨道上移动，但是工作人员在任务控制中心的最新数据中所看到的却出乎意料又令人不安：空间站突然神秘地改变了运行姿态，并开始偏离运行轨道。将空间站固定在轨道上的大量 NASA 制造的硬件无法跟上空间站如此突然的运动，几分钟之内，空间站就偏离了通常的方向。空间站内的宇航员也发现了异常，他们看到窗外有些奇怪的东西，似乎是推进器喷射的尾焰。
空间站丧失姿态是很严重的问题，因为空间站需要有一定的姿态来保持与地球同步的卫星信号，并与地面任务控制中心通话。而庞大的空间站的各种部件是在微重力环境下组装，并设计成在零重力环境下运行的。如果不能及时采取措施，空间站与地球的联系不仅会丢失，其本身更有可能遭遇危险。
NASA 迅速联系了俄罗斯航天局，并随之联系上了负责“科学”号对接工作的两名俄罗斯宇航员。面对突如其来的紧急情况，首先要找到将空间站推离正常运行姿态的原因是什么。答案很快出现了：已经对接在国际空间站上的“科学”号模组，不知为何开启了推进器，导致国际空间站失去了“姿态控制”。工作人员很快发现是“科学”号的计算机出现了故障，从而下达了错误指令。于是，NASA和俄罗斯航天局的地面控制中心开始努力远程修复故障问题，同时指示航天员关闭所有太空舱窗口并等待计算机重新启动。
然而，工作人员随即发现，“科学”号只能直接接收俄罗斯航天局的指令，而空间站一个小时内都不会经过能够直接接收俄罗斯航天局指令的轨道段，更别说此时的空间站还在以最大每秒0.56度的速度偏离轨道。直接干预“科学”号的尝试失败了。
很快，另一种方案被提出：国际空间站上还有其他模组，启动位于“科学”号相反方向模组的推进器，来抵消“科学”号的推力。控制中心迅速启动了位于反方向的“兹韦兹达”号模块的推进器，随后又将抵消推力的任务交给了“进步”号货运飞船的推进器。
即使启动了反推推进器，空间站在接下来的44分钟里还是做了“1.5圈”，也就是540度的后空翻。最终，“科学”号的推进器燃料消耗殆尽，推进器也随之停止了运作。接着，位于莫斯科的俄罗斯航天局成功关闭了“科学”号的引擎，空间站也在“进步”号和“兹韦兹达”号的推动下慢慢恢复到了正常轨道，危机终于解除了。
▲7月29日，俄罗斯的“科学”号实验模组与国际空间站对接（图片来源/Thomas Pesquet/ESA/NASA）
与危险常伴
虽然过程惊险，但这只是国际空间站遇到的众多意外中的一次。宇航员们在太空中总是和潜在的危险相伴。
2004 年 1 月 2 日，国际空间站内检测到了轻微的气体泄漏。空间站的内部压力从标准的14.7磅下降到了14.0磅，虽然这对于当时空间站上的两名宇航员迈克尔?福尔和亚历山大?卡莱里并没有立即产生影响，但毫无疑问，问题必须要尽快解决。
那时，能够准确检测到漏洞的方法只有使用超声波探头探测，而空间站上科学设备发出的噪声阻碍了对泄漏的搜索。尽管如此，宇航员福尔还是最终于 1 月 10 日追踪到了泄漏空气的地方：一个与空间站美国段的多层窗户相连的真空跨接软管。随后空气泄漏被成功阻止。
2006年9月18日，国际空间站的宇航员们突然闻到了阵阵刺鼻的气味，他们很快以为发生了火灾并启动了烟雾报警器。地面控制中心立即要求3名宇航员戴上面罩和护目镜以及防护手套，并启动了应急措施，要求他们关闭舱内的换气系统，以防烟雾扩散。
然而惊慌过后，经过排查，宇航员们发现是制氧机中的氢氧化钾泄漏，刺激性气味很可能是因为过度加热导致橡胶垫圈熔化发出的。宇航员们用毛巾将泄漏的物质清理干净，又用活性炭空气净化装置驱除异味。
几个小时后，监测系统显示，舱内的空气已经没有危险，地面控制中心命令重新启动通风系统，空间站内又恢复了正常秩序。
2007年10月30日，国际空间站和发现号航天飞机的机组人员开始进行太空行走，在桁架上部署两个太阳能电池阵列。
第一个阵列展开时一切正常，但是第二个阵列展开约80%后，宇航员才注意到在太阳能板上有一个76厘米的裂缝，于是宇航员停止了部署，并且在进一步的检查中发现了另一个25厘米的裂缝。为裂缝拍照后，宇航员返回了空间站并传回了照片。地面控制中心对这次任务进行了重新规划，以便设计一个修复方案。
▲太阳能电池阵列上的损坏部位（图片来源/NASA）
通常，这样的太空行走需要几个月的时间来计划，并提前周密地确定下来。然而为空间站提供能源的时间紧迫，几天后的11月3日，宇航员斯科特?帕拉津斯基在道格拉斯?惠洛克的协助下，乘坐在航天飞机OBSS检查臂的末端，用临时扣链固定了撕裂的面板，成为第一个以这种方式使用机械臂的太空行走者。
此次太空行走被认为比大多数太空行走更危险，因为可能受到来自太阳能电池板阵列的电击；此外，这种对OBSS检查臂的使用方法也是前所未有的。更重要的是，宇航员在缺乏周密计划和反复练习的情况下完成了这一壮举。
▲2007年11月3日，宇航员斯科特·帕拉津斯基乘坐在航天飞机OBSS 检查臂的末端，进行了 7 小时 19 分钟的太空行走，以修复损坏的太阳能电池板（图片来源/NASA）
2011年6月28日，工作人员突然发现，一块不明空间碎片将以1/360的几率经过国际空间站附近。该物体将以47000公里每小时的相对速度飞过，距离空间站只有340米。而预测到达时间距离可能发生碰撞的警告发出不到15个小时，因此没有足够的时间计划规避机动。
在如此危险的情况下，六名宇航员登上联盟号太空舱，关闭空间站和联盟号上的舱口，随时准备在发生碰撞时脱钩。
幸运的是，像电影《地心引力》中那样的碰撞并没有发生。在碎片距离空间站最近时刻过后4分钟，地面控制中心发出了解除危险信号，这意味着危险已经过去，机组人员可以回去工作了。
在太空中的旅途从来都不是一帆风顺，无论是国际空间站还是我国即将建成的天宫空间站，都会遇到一个个意料之外的事件。但宇航员与地面控制中心的双重保障，总能在一次又一次危机中化险为夷。这些致力于太空探索的可敬航天人们，是代表人类精神闪耀的群星。■
参考文献：
1. Space station with Russian module misfire more serious than stated: report. space.com
https://www.space.com/nauka-module-space-station-tilt-more-serious
2. По телеметрии «Науки» заподозрили сбои в топливной системе. nplus1.ru
https://nplus1.ru/news/2021/07/22/mlm-fuel
3. Final Nauka module orbit correction conducted before docking with ISS. en.roscosmos.ru
http://en.roscosmos.ru/22247/
4. It Was His Day Off. Then the Space Station Went for a Spin.The New York Times.
https://www.nytimes.com/2021/08/02/science/nasa-space-station-zebulon-scoville.html
5. RUSSIA BLAMES SOFTWARE ERROR FOR NAUKA MISFIRE THAT CHANGED ISS ATTITUDE BY 540 DEGREES. Space Policy Online.
https://spacepolicyonline.com/news/russia-blames-software-error-for-nauka-misfire/
6. MLM Nauka docks to ISS, malfunctions shortly thereafter. NASASpaceFlight.com
https://www.nasaspaceflight.com/2021/07/nauka-docking/
7. Crew finds ‘culprit’ in space station leak. NBC News.
https://www.nbcnews.com/id/wbna3882962
8. Astronauts Notice Tear in Solar Panel. Associated Press.
https://www.redorbit.com/news/space/1123767/astronauts_notice_tear_in_solar_panel
9. Space Station's Damaged Panel Is Fixed. The Washington Post.
https://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2007/11/03/AR2007110300227.html
10. Debris Gives Space Station Crew Members a 29,000-M.P.H. Close Call. The New York Times.
https://www.nytimes.com/2011/06/29/science/space/29junk.html
11. 国际空间站发生的那些事故（上）.《百科知识》2020.12A
编译/陈少喆（实习） 编辑/刘昭
新媒体编辑/吕冰心
出品：科普中央厨房
监制：北京科技报 | 科学加客户端
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