編者注(6/28/24):美國國家航空航天局國際空間站專案運營整合經理比爾·斯佩奇在今天機構舉行的新聞釋出會上表示,用於摧毀國際空間站的脫軌飛行器的設計將以 SpaceX 的龍飛船艙為基礎,新聞釋出會討論了一系列與空間站相關的問題。“那是基於龍飛船的傳統設計,”他在談到即將到來的飛行器時說。“顯然,他們必須對後備艙進行一些修改和更改,但這就是計劃。”
SpaceX 贏得了承擔一項艱鉅任務的權利:摧毀國際空間站(ISS)。拆除工作將把這個標誌性且巨大的空間站推入地球大氣層,進行一場壯觀的火葬。如果出現任何問題,大量的碎片可能會像雨點般落在我們星球的表面。
國際空間站是在冷戰後與俄羅斯合作構想和建造的,像 NASA 的許多重大專案一樣,它的壽命遠遠超過了最初設計的 15 年。然而,沒有什麼能永遠存在,尤其是在惡劣的外太空環境中。國際空間站正在老化,為了安全起見,NASA 計劃在 2031 年左右焚燬這個巨大的設施。為了完成這項工作,根據 6 月 26 日釋出的一份宣告,該機構將支付 SpaceX 高達 8.43 億美元。該合同涵蓋了開發一種獨特的脫軌飛行器,以引導笨重的國際空間站走向末日,但不包括髮射成本。
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NASA 拒絕透露收到的專案提案數量。目前,SpaceX 關於脫軌飛行器的願景的細節尚不為人所知。《大眾科學》 聯絡了該公司,但在出版前未收到回覆。
顯而易見的是,SpaceX 現有的龍飛船和星艦飛船與脫軌任務不太匹配。這意味著該公司可能打算大幅改造其中一種飛行器,或者從頭開始設計一種定製的飛行器。
無論脫軌飛行器最終看起來像什麼,SpaceX 都在承擔一項精細的技術挑戰。國際空間站可能是有史以來最複雜的建設專案——當然也是太空中有史以來最大、最昂貴的專案。從 1998 年開始,它的模組需要 42 次不同的發射才能升空。這個軌道實驗室的內部空間大約相當於一棟六居室的房子,佔地面積相當於一個足球場。國際空間站的重量超過 450 噸,相當於近三頭大型藍鯨,也非常重。安全地摧毀空間站可以說比組裝它還要困難。
國際空間站應該還有幾年的科學研究時間。NASA 表示,它計劃將空間站執行到 2030 年,加拿大、歐洲和日本的合作伙伴航天機構也同意這個時間表。俄羅斯聯邦航天局與 NASA 共同領導國際空間站合作,並運營空間站的幾個關鍵模組,目前僅承諾至少到 2028 年。
但為什麼要摧毀空間站呢?由於國際空間站的長期和持續執行,地球軌道上最後一次沒有人類是在 2000 年 11 月,就在遠征 1 考察組抵達之前,當時一名 NASA 宇航員和兩名俄羅斯宇航員開始了空間站的首次駐留。這個標誌性的軌道前哨站現在是太空時代和國際科學合作的有力象徵,超越了地球上的地緣政治爭端。
事實上,一些國際空間站的粉絲認為根本不應該摧毀它——相反,他們認為應該將其提升到一個非常高的軌道,使其永遠留在太空中,作為人類工程技術的證明。NASA 表示,這個想法非常不切實際,而且成本高昂。此外,實驗室已經很脆弱,而且隨著它在空中停留的時間越長,它會變得更加脆弱。遲早,它會開始解體——它脫落的碎片越多,災難性的太空垃圾碰撞就越有可能發生,這是一種可怕的反饋過程,可能會限制地球軌道上的進一步活動。
一些懷舊的觀察家希望看到空間站的部分部件完好無損地切割下來,並安全地運回地球表面,送往博物館,但 NASA 表示,這與永久性的超高軌道一樣在後勤方面具有挑戰性。雖然空間站是在軌道上組裝的,但它並非設計為可拆卸的,而且目前沒有航天器的有效載荷能力足以將國際空間站的模組運回地球。
NASA 也考慮過其他方案:在軌道上改造該設施,將其運營權移交給私營企業,甚至在太空中將其炸成碎片。然而,所有這些都帶來了更糟糕的前景。
因此,註定是火葬的命運。鑑於拆卸空間站的挑戰,國際空間站將作為一個整體被送下來。從理論上講,這是一個簡潔的解決方案,因為地球大氣層產生的摩擦力會自然地焚燒透過的物質。
然而,較大的物體可以在烈火中倖存下來並墜落到地球上。墜落的太空碎片造成損壞的情況很少見,但並非聞所未聞,正如佛羅里達州的一位居民今年早些時候痛苦地瞭解到,一塊近兩磅重的金屬砸穿了他的屋頂。該物體是裝滿碎片的大型電池托盤的殘骸,宇航員三年前從空間站拋棄了該托盤,以便“不受控制地再入大氣層”,NASA 確定。這位房主現在正在向航天局索賠該事件的賠償。
據 NASA 稱,當托盤被丟棄時,重量約為 5,800 磅。相比之下,空間站的質量約為 925,335 磅。形狀、密度、方向、大氣條件等一系列因素決定了有多少物體能在再入大氣層時倖存下來。像國際空間站這樣龐大的物體不受控制地墜落將是一場噩夢。不僅實驗室的大塊碎片很可能落到我們星球的表面,而且空間站也可能會翻滾和解體,使這個過程變得不可預測。不受控制地再入大氣層可能會使碎片像雨點般落在國際空間站軌道上的任何地方,而國際空間站的軌道經過地球 90% 的人口。
這就是 NASA 與 SpaceX 簽訂合同的原因。商業脫軌飛行器旨在發射、連線到空間站,然後在精心編排、風險最小化的操作中將其拉入地球大氣層。
以下是可能的情形。首先,國際空間站將利用自然阻力和(如果需要)其現有發動機移動到較低的軌道,從約 260 英里的執行高度降至不低於地球上方 205 英里。然後,SpaceX 的脫軌飛行器將在空間站計劃的末日日期前大約一年發射,並且在宇航員仍在船上時發射。
在那一年的提前期內,國際空間站的高度將繼續降低,最後一批常駐宇航員將返回地球——使空間站 30 年來首次無人值守。根據實驗室下降的速度,脫軌飛行器將進行一系列燃燒,將空間站軌道的最低點從約 155 英里拉至約 90 英里。
在大氣層的這個區域,空氣的稠密程度意味著空間站只剩下不到一個月的時間,即使 NASA 讓它自行墜落也是如此。國際空間站相對於地球穩定定向自身的能力也會下降。到那時,脫軌飛行器需要對空間站的運動施加鐵腕般的控制,以防止潛在的災難。
然後,最後,將進行最後的推動。脫軌飛行器將點燃其發動機長達一個小時,以將國際空間站推入最稠密、最危險的低層大氣層。燃燒時間將經過精心計時,以確保空間站及其產生的任何碎片都落在人口稀少的南太平洋上,那裡是人類大多數危險軌道垃圾的最終安息地。
NASA 表示,在整個過程中,即使發生兩次元件故障,SpaceX 的系統也必須能夠成功執行受控脫軌。
該合同是 NASA 依賴 SpaceX 執行關鍵工作的又一個例子。該公司率先將 NASA 宇航員運送到軌道實驗室,並接管了為該機構發射大量任務的工作。此外,該公司還進行了四次測試有史以來最強大的火箭的飛行,該火箭旨在成為 NASA 複雜的阿耳忒彌斯 III 任務的一部分,該任務最早將於 2026 年將人類送上月球南極附近。
為了執行摧毀國際空間站的任務,SpaceX 需要大幅改造現有飛行器或設計全新的飛行器——而且要快。雖然 NASA 希望脫軌飛行器在 2030 年初之前不需要發射,但該機構意識到,老化的空間站如果運氣不好,將需要緊急行動,以便更快地發射脫軌飛行器。
在整個任務期間,全世界都將真正地關注。完好無損的空間站已經是一個引人注目的明亮天體景象,但它燃燒的墜落將是一場照亮天空的葬禮柴堆——這個標誌性設施及其所有象徵意義的最後輝煌。
