太空探索技术公司载人龙飞船的北极星黎明太空行走有多危险?

2024-08-28 21:41来源:本站编辑

Falcon 9 rocket

亿万富翁贾里德·艾萨克曼在他的北极星黎明号任务中有充分的理由创造历史,当时SpaceX Crew Dragon飞船的舱门打开,他冒险进入了真空的太空。

他相信它的安全性,尤其是新的舱外活动服的大量开发时间,这将是历史上第一次商业太空行走,所有四名机组人员都必须穿着。

“我的意思是,我们投入了大量的时间,”他在上周抵达KSC后的新闻发布会上说。“这是理所当然的。为什么这是最危险的部分?因为你是在放弃你的车的安全性,对吧?现在,你的宇航服变成了你的宇宙飞船。”

艾萨曼和他的同事斯科特·波提特、莎拉·吉利斯和安娜·梅农将于周二凌晨在KSC的39-A发射台乘坐猎鹰9号火箭,在“乘员龙弹性”号上发射,目标是在凌晨3点38分发射。在东部时间大约四小时的窗口内。

波提特是前空军飞行员,而吉利斯和梅农是SpaceX公司的员工,因为北极星计划是艾萨曼和埃隆·马斯克的公司之间的合作伙伴关系,旨在推动商业太空的界限。北极星计划将进行包括这次在内的最多三次太空飞行。

“韧性”是艾萨曼在2021年执行“灵感4号”任务时乘坐的同一艘飞船,那是第一次全商业载人航天飞行。在这次轨道任务中,SpaceX安装了一个圆顶窗口,以提供空间视野,而不是龙飞船前往国际空间站所需的正常对接机制。

为了这次任务,“恢复力”收到了新的硬件,一个有一系列手和脚的舱口,当他和吉利斯在龙外面旅行时将使用它。

波提特和梅农将留在舱内,但由于“恢复力”号没有气闸,因此也将受到太空真空的影响。太空行走计划在为期五天的任务中的第三天进行,届时航天器将在海拔约435英里的椭圆轨道上运行。整个活动将进行直播,时间不超过两个小时。

艾萨克曼说:“当我们到达那里时,我们将利用SpaceX团队设计的各种移动辅助设备,看起来就像我们在跳舞一样。”“我们正在对这套宇航服进行一系列测试,我们的想法是尽可能多地了解这套宇航服,并将其反馈给工程师,为未来的宇航服设计演变提供信息。”

他引用的移动辅助结构被称为天行者,这是舱口外的东西,两人将使用它来安全地完成他们的机动,而不是自由漂浮。

当被问及为什么不像1964年6月3日美国宇航员埃德·怀特在双子座4号上拍摄的第一次太空行走的著名照片那样完全漂浮起来时,艾萨克曼说,安全比这更重要,手或脚将始终与天行者保持联系。这遵循了巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)在1966年11月12日至14日的双子座12号任务中执行的更安全的参数。

他说:“看起来很酷,很鼓舞人心,这是每一项任务的一部分。但我认为,我们希望从历史中吸取教训,努力保持至少一个与移动辅助设备的接触点。”

SpaceX的最终目标是殖民火星,这款EVA宇航服的第一版设计具有平视显示器、头盔摄像头,以及用于关节活动和隔热的新结构。

艾萨克曼说:“我们不会忘记,从现在开始可能会有10次迭代和一系列的进化,但总有一天,有人可能会穿着它的一个版本在火星上行走。”“能有机会在这次飞行中进行测试,我感到非常荣幸。”

按照计划,艾萨曼和吉利斯将在“龙”号太空舱外待15-20分钟,两根氧气管分别通过约12英尺长的绳索连接到太空服上。

艾萨克曼引用北极星计划在任务宣布时发布的原始渲染图说:“足够长的时间来完成工作,但不够长,不足以完成我们在太空中漂浮的原始描绘。”

一旦完成了一系列的机动,飞船就会被设计成用可呼吸的大气来减压。如果再增压出了什么问题,舱外活动服将成为四人组返航途中的救生艇。

吉利斯说,SpaceX已经制定了尽可能多的应急响应计划。

“这是我们真正开始的地方。我们需要计划哪些突发事件,我们如何确保机组人员安全回家?因此,已经开发了一些非常有趣的操作,以确保我们有一个良好的着陆点,例如,在太空行走开始时,我们可以到达目标。”

“但我们已经花了很多时间来演练应急反应,演练我们在太空行走中可能需要的各种不同的反应。作为一名制宪者,我实际上认为我们已经用尽了我在开始时所拥有的所有想法,我可能想要钻什么。”

其中一项安全计划是让宇宙飞船的方向既能保护宇航员免受潜在微陨石的伤害,又能保护他们远离太阳,尽管宇航服和遮阳板的设计初衷是不管有没有太阳都能使用。

吉利斯说:“这是一种非常聪明的方法,既可以为前锥体提供阴影,又可以为航天器提供额外的保护。”

艾萨克曼说,他几乎担心对EVA细节的关注会分散对其他任务目标的关注,但SpaceX的团队帮助缓解了这些担忧。

“在接近你的飞行认证的几个月里,SpaceX开始了他们所有的偏执评估,就像你所说的那样,他们会看所有的东西。我的意思是,基本上从头再来。”

他说,四名机组人员参加了每一次风险简报,包括SpaceX在开发过程中发现的一个关于潜在火灾危险的发人深味的发现,SpaceX负责建造和飞行可靠性的副总裁比尔·格斯滕迈尔(Bill Gerstenmaier)在新闻发布会上谈到了这一发现的细节。

Gerstenmaier说:“当我们在真空中使用100%氧气进入航天服时,我们希望尽可能多地消除易燃性风险。”

“我们发现,在干燥的环境中可能会有静电放电,这可能会导致可燃性问题。团队开始着手缓解这种情况。他们改变了程序,他们改变了工艺,他们添加了导电材料,我们真的准备好起飞了。”

这是SpaceX和北极星计划(Polaris Program)合作推动商业太空飞行的一个例子,但艾萨克曼对SpaceX对安全的关注充满信心。

他说:“从一开始到结束,与SpaceX的沟通和透明度,特别是当我说,他们真的从头开始,看看任务的每一个部分,而不仅仅是EVA,这激发了如此多的信心。”

即使在第一天,当机组人员试图飞到新的近地轨道高度记录时,他们也将开始改变舱内空气的成分,这样当最终切换到100%氧气时,他们就不会患上减压病。

吉利斯说:“在大约45个小时的过程中,我们实际上会慢慢降低机舱压力,提高氧气浓度,以帮助降低风险。”“在飞行的第二天,我们将在宇航服中加压,实际上是通过一个机动性演示,我们会在飞船内部完成顺序和运动,并确保我们的训练中没有任何遗漏,这样我们在走出飞船之前就有信心了。”

机组人员在训练中模拟了地球上的大气层。

吉利斯说:“我们实际上在美国宇航局约翰逊航天中心的真空室里呆了整整两天,完成了整个程序,降低了压力,然后最终在100%氧气的呼吸面罩上进行了模拟EVA,完成了整个操作。”

为了支持太空行走,飞船本身进行了大量的改装,增加了更多的氧气来支持所有四名乘客,增加了加压所需的氮气刷新系统,以及更多的环境传感器,这样SpaceX就可以很好地了解太空行走之前、期间和之后的内部情况。

吉利斯说:“随着所有这些生命支持系统的升级,显然需要进行大量的测试,这既包括组件层面,也包括全尺寸系统层面。”

为此,SpaceX将整个航天器放入一个热真空室,对太空舱进行端到端的减压,保持真空状态,并使用预计将在飞行中使用的所有软件和硬件进行再增压。这包括将内部暴露在真空中,这会烤出一些物质,包括化学物质,这些物质会因为暴露在太空中而被剥离。

“在这一点上,你承担了很大的风险,”艾萨克曼说。“我认为,这只是为了应对这种风险,我相信这种风险已经得到了很好的缓解。”

他说,有手动打开舱门的方法,一个舱门电机打开或关闭它,多余的密封和比普通龙更多的密封胶;两种不同的系统让飞船在太空行走后返回可居住的大气层;为舱外活动舱提供多余的氧气。

“在某个时间点,如果我们要打开这最后一个伟大的边疆,人们将冒险进入太空——顺便说一句,无论与之相关的风险是什么,都是值得的——我们不知道它能做些什么来真正改变人类的轨迹。”在这个方向上必须迈出一些第一步,但它们确实经过深思熟虑,经过深思熟虑,为了那些不可避免地要进行太空行走来建造、建造、修理和发现的人的利益。

“所以,是的,我认为这绝对是任务中最危险的一部分。在过去两年半的时间里,它也理所当然地受到了大部分关注。”

EVA并不是这次飞行中唯一有风险的操作。

另一个是任务第一天的初始目标是飞到海拔870英里的更高轨道,这将打破1966年美国宇航局宇航员皮特·康拉德和理查德·戈登在双子座11号任务中飞行到853英里的低地球轨道记录。

“当你进入更高的太空时,随之而来的是各种各样的潜在挑战,”艾萨克曼说,“你在飞行器中投入了大量的能量,然后又把它取出来。但当你在那里时,还有其他的现实,这是一个完全不同的微陨石,轨道碎片环境,显然不同的辐射环境。”

他说,目标是让航天器暴露在深空和火星计划的标准条件下。宇宙飞船将穿过地球范艾伦辐射带的内部区域,该辐射带作为地球磁层的一部分捕获带电粒子。

“在人类健康科学和研究方面,我们可以从中学到很多东西,”他说。“如果有一天我们到达火星,我们希望能够回来,并且足够健康,可以告诉人们这一点。所以我认为这是值得的。”

但在那个更危险的高度待不了多久。

艾萨克曼说:“在那种环境中接触到一些辐射也会影响车辆的结构,因为一般来说,车辆不喜欢辐射,所以我们将在那里停留最短的时间,以收集我们想要的数据,然后我们会回来。”

对SpaceX来说,格斯滕迈尔称赞艾萨克曼愿意执行危险的任务,这有助于SpaceX在追求崇高的最终目标时突破极限,但安全仍然是最重要的。

他说:“我们承担起委托给我们的责任,让机组人员安全返回家园。”“太空飞行并不容易。我们现在的任务是安全发射北极星,支持他们的多日任务,并将他们送回家人和朋友身边。”

但他表示,尽职调查已经完成,他预计会取得成功。

“EVA是一次冒险的冒险,但是我们已经做好了所有的准备。我们做了太空舱测试,太空服测试,高压氧舱测试,我们做了所有的工作来为这次任务做好准备。”

他说,SpaceX公司继承了NASA的传统,但做了进一步的扩展。

格斯滕迈尔说:“我认为这是对这个团队的致敬,他们推动了最先进的技术。”“我们将尽可能安全地进行手术,我们有正确的方案,我们已经做了正确的测试,为手术做好了准备。”

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