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太空遇難怎麼辦?

電影《地心引力》讓人對太空探險捏把冷汗。

太空碎片果真會如劇中威脅到國際太空站?

實際發生過的太空災情又有多驚險?

作者╱凱莉‧ 歐克斯(Kelly Oakes)  譯者╱林東翰


圖一

電影《地心引力》中,珊卓‧布拉克和喬治‧克隆尼維修哈柏太空望遠鏡的場景。(PHOTO: WARNER BROTHERS)

兩名太空人飄浮在太空中,正在維修哈柏太空望遠鏡。突然間,一塊人造衛星碎片猛地撞上他們所乘坐的太空梭。哈柏太空望遠鏡也被一塊衛星殘骸撞上,脫離了軌道。太空梭被撞毀時,繫住太空人蕾恩‧史東的機械手臂開始失控旋轉。她拚命地試圖解開繫索,只想盡快脫身。太空梭墜往地球,史東博士和另一名太空人麥特‧科沃斯基一起留在太空飄浮著。孤零零的他們和休士頓失去了聯繫。

這是好萊塢新片《地心引力》(Gravity)開場劇情概要,這部片由珊卓‧布拉克(Sandra Bullock)飾演醫學工程師蕾恩‧史東博士,喬治‧克隆尼(George Clooney)飾演資深太空人麥特‧科沃斯基。

電影情節哪裡不對?

我們知道電影大多是虛構的,但你知道上述情節跟實際情形差多少嗎?

現在太空人已經不是乘太空梭上太空了【註1】,而且他們太空漫步的地方會是國際太空站,不是哈柏太空望遠鏡【註2】。國際太空站的實際大小和足球場差不多,在我們頭頂大約三百七十公里的地方繞著地球飛行,被太空碎片撞上的機會似乎很高。

【註1】美國NASA已於2011年宣布正式終止太空梭計畫,太空梭自此走入歷史。
【註2】由於NASA後來認為派人員維修哈柏太空望遠鏡過於危險,2009年亞特蘭提斯號太空梭載人前去維修是最後一趟。

前陣子太空廢棄物國際聯合協調委員會(Inter-Agency Space Debris Coordination Committee,IADC)舉辦了研討會討論太空垃圾問題,參加會議的各國太空機構代表總結認為,太空船受到「災難性撞擊」的次數,可能很快就會增加到每五年出現一次。災難性撞擊是指太空船受到太空碎片撞擊後完全毀壞、無法修復的事件。

英國南安普敦大學航太工程師、英國太空局(UK Space Agency)參加IADC太空垃圾問題研討會的代表休‧路易士博士(Hugh Lewis)說:「國際太空站不太可能發生災難性撞擊。」因為太空碎片必須相當大,才有辦法摧毀像國際太空站這種大小的東西。

雖然國際太空站不太可能被太空垃圾撞毀,但要是太空人在漫步時因太空碎片撞擊而被困在外頭,那麼他們能活多久呢?「這要看太空衣能供應多少資源。」倫敦大學國王學院的大衛‧葛林博士(David Green)說。太空衣通常能供應氧氣大約七小時,但你若是緊張恐慌,消耗氧氣的速度會快很多,而要一個困在漆黑的太空裡的人不要慌張,他們根本辦不到。

在《地心引力》這部片裡,受困的太空人穿的,是美國NASA在1984年的太空梭任務中,讓太空人於太空艙外快速移動用的載人機動裝置(Manned Maneuvering Unit,MMU)。但是今日,太空漫步的太空人已改穿比較小型、為了應付緊急事件所設計的推進系統,它的推進燃料足夠執行一次約十三分鐘的「自救」行動。

圖二

這張圖呈現出地球軌道上的衛星數量。太空已經越來越擁擠了。

 小小東西,大大威脅

如果發現有太空碎片可能會撞上國際太空站,可以先下手為強,所以美國國防部下級單位戰略司令部會緊盯著它的動態。戰略司令部會用雷達追蹤任何大於十公分的太空碎片。如果有任何可能進入太空站周遭區域的東西,戰略司令部會向位於休士頓的NASA詹森太空中心(Johnson Space Center)的飛航管制人員示警。

如果那塊太空碎片撞上太空站的機率大於十萬分之一,休士頓會對太空站電腦發出指令,讓它改變路線。國際太空站有四具一組的陀螺儀與推進器,讓太空站可以改變高度、旋轉和往旁邊移動。太空站閃避的時候,移動速度是0.5 m/s到1 m/s之間。

如果太晚發現有東西飛過來,來不及閃避的話,太空人會到聯合號太空船(Soyuz)裡蹲下,準備必要時返回地球。最近一次發生這類事件是在2012 年,所幸,那塊來自俄國人造衛星「宇宙2251 號」(Kosmos-2251)殘骸的小碎片在離國際太空站十公里處擦身而過。

不過,從太空高速呼嘯而來的大塊金屬,還不是太空人漫步時面臨的唯一威脅。在地球上我們有大氣層保護,在太空則不然,因此太空人相當仰賴太空衣這類裝備的保護,一旦裝備故障,他們的麻煩就大了。

去年7月,義大利太空人魯卡‧帕米塔諾(Luca Parmitano)就因為太空衣頭盔漏水,不得不提前結束漫步任務。當時帕米塔諾說:「有水跑到我的眼睛裡了,鼻子也有⋯⋯好多水啊。」在太空裡,這種狀況可能會害死人。飄浮的水滴可能會使帕米塔諾溺斃。雖然他安然無恙,但事後NASA還是召開了太空漫步意外調查委員會(Spacewalk Mishap Investigation Board),調查事情的前因後果。初步的跡象顯示,太空衣冷卻系統的水可能是經由它的通風系統漏到頭盔裡了。

2001年曾經發生另一起洩漏意外。兩名太空人在太空漫步時,太空站冷卻系統裡的氨氣從一個閥門洩漏出來。美國太空人羅伯特‧柯爾賓(Robert Curbeam)使盡吃奶的力氣要關上閥門時,他的太空衣和頭盔已經積了一層數公分厚、有毒的氨晶體。他的同事必須盡可能刷掉氨晶體,然後柯爾賓還要待在太空站外等著剩下的氨晶體蒸發。他們回到太空站裡面時,其他太空站人員戴著氧氣罩,維生系統同時把殘留的氨氣從空氣裡清除掉。

待在艙裡也有事

太空人待在太空站裡頭時,威脅也不會就此消失。最危險的可能就是火了,火在太空裡的行為完全不一樣。「在無重力的地方,熱氣完全不是往上升的,」澳洲昆士蘭大學的太空船防火安全專家荷西‧托雷洛教授(José Torero)表示,「火會呈半球形,而且會越變越大,但是它們不會到處竄。」

1997年,俄國和平號太空站(Mir)的太空人一如往常加熱製氧罐來添加空氣中的氧氣,沒想到製氧罐卻燒起來,裡頭的氧氣使它像噴火槍那樣燒著,一直燒到氧氣耗光,而在燒光之前太空站裡早已煙霧瀰漫。托雷洛說:「還好火沒有燒到其他東西,他們很幸運。」

太空中遇到火災時,應對訣竅不是積極滅火,而是確認火把燃料都燃燒殆盡。目前NASA會測試所有要送上太空站的材料,如果有可燃性物品,太空人會知道要小心處理,因為那可能攸關他們的生命安全。

儘管現在太空任務很稀鬆平常,危險的狀況可沒有稍減,而且由於太空垃圾越來越多,將來太空人必須比以前更加警戒。

國際太空站的三大危險

圖三

失火

太空站是封閉空間,氧氣供應有限。但隨著任務時間越來越長,像食物包裝、拋棄式衣物、紙巾這類垃圾就會在站內越積越多,提高失火的風險。和平號太空站失火是給製氧罐著火引起的,其他像是電器或電池過熱等也可能引發火災。

輻射線

在國際太空站上,照射在太空人身上的輻射線強度比地球上高很多:在太空站待六個月,最高可達160毫西弗(mSv),我們在地球上每年承受的劑量則只有兩毫西弗。隨著太空人參與任務的時間比以往來得久,輻射線的問題就更嚴重了。倫敦大學國王學院的大衛‧葛林博士說:「我們會暴露在各種宇宙射線之下。」

太空碎片

雖然已經做了很多降低風險的措施,但就算是被極小的碎片打到,也可能會釀成很大的問題。1983年,挑戰者號太空梭的擋風片被一小塊二氧化鈦塗料以4 km/s的速度打中,造成一小處破損。太空垃圾的速度要是夠快,可能會毀掉國際太空站,不過上火星的旅途比較不用擔心這問題,因為我們還沒有開始在比近地軌道遠的地方丟垃圾。

凱莉‧歐克斯 科學雜誌記者。

譯者林東翰  繁體中文版《劍橋插圖天文史》整稿、審訂,專事科普編譯工作,email:allman1969@gmail.com

本文選自BBC知識國際中文版第29期(2014年1月號)。版權所有,轉載請註明出處。

 

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