太空還是深海:哪個更危險?

太空和深海的探險者都面臨類似的危險,但一些差異使其中一個領域比另一個領域更安全

Rocket launch (left). Submersible underwater (right).

增強型目標對接介面卡 (ATDA) 安裝在佛羅里達州肯尼迪航天中心發射的阿特拉斯火箭頂端。ATDA 是為雙子座 9A 太空任務設計的交會和對接飛行器(左圖)。泰坦號潛水器(右圖)。

您、您的船員和您的飛行器漂浮在遠離文明的惡劣環境中。當您開始執行任務時,只有幾英寸厚的金屬將您與可能在瞬間奪走您生命的環境隔開。您的生命取決於設計您飛行器的工程師。只需要一道裂縫或一個穿孔,就可能使您的外殼破裂並奪走您的生命。這些條件同樣適用於深海潛水器和地球以外的航天器。考慮到突然死亡的類似風險,很自然會問:哪個更安全?

最近的新聞表明這個問題比以往任何時候都更相關。2023 年 6 月,海洋之門探險公司運營的名為泰坦號的潛水器在下潛至大西洋海底泰坦尼克號殘骸時被壓毀,導致艙內五人全部遇難。該事件發生在 SpaceX 的星艦(迄今為止建造的最大火箭)首次試飛昇空不到四分鐘後爆炸後僅兩個月——幸運的是,當時無人 onboard。

無論您是潛入海底兩萬裡,還是從地球到月球,航天器和潛水器都遵循許多相同的工程原理。它們的乘客艙都是壓力容器:容器的設計目的,就像被要求嚴格的父母撫養長大的優等生一樣,是為了承受內外的高壓


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太空的風險

科羅拉多大學博爾德分校的航空航天工程教授大衛·克勞斯說,工程師在開發航天器時,會提出一些關鍵問題來指導他們的流程。他研究風險評估和人類航天飛行。他解釋說:“我們想做什麼?需要做什麼才能做到?可能發生什麼不好的事情?以及我們可以做些什麼來減少壞事發生的機率?” 這些問題看起來很簡單,但答案至關重要。

當 NASA、SpaceX、藍色起源或其他任何人考慮將人類送入太空時,他們建造的飛行器必須做三件事。首先,它必須滿足機組人員的基本需求,例如氧氣、食物和水,從而容納機組人員。其次,它應該允許他們完成任務目標。最後,它必須保護機上和地面人員免受太空飛行和再入的風險。有時滿足一種需求會引入新的風險。機組人員當然需要呼吸,但正是高壓液氧罐導致了阿波羅 13號上的爆炸,並且是為氧氣發生器供能的燃料引發了 1997 年和平號空間站上的火災

太空環境本身也堆積了危險。宇航員不僅漂浮在充滿輻射的近乎真空的環境中,任何實際數量的遮蔽都無法阻止輻射,而且在國際空間站 (ISS) 執行的近地軌道中,宇航員還必須應對日益增長的環繞地球的高科技彈片雲。這些軌道碎片通常是舊衛星的破碎碎片。國際空間站的碎片防護罩可以吸收小於半英寸的顆粒的撞擊,但在 1999 年至 2022 年間,空間站不得不32 次發射推進器以避免與較大的物體碰撞。一次撞擊將是災難性的;以每小時 17,500 英里的速度,即使是壘球大小的東西也會造成嚴重損壞。

值得慶幸的是,阿波羅 13 號爆炸、和平號火災以及國際空間站的多次險情都沒有造成任何人員傷亡。然而,宇航員並非總是那麼幸運。1986 年,在經歷了一個寒冷的夜晚,並在最後一次飛行僅 73 秒後,挑戰者號太空梭解體,機上七人全部遇難。這場災難導致所有太空梭 operations 暫停了三年,但它促使 NASA 成立了安全、可靠性和質量保證辦公室——後來更名為安全和任務保證辦公室。然而,該辦公室無法阻止所有問題,17 年後,哥倫比亞號太空梭在再入大氣層時解體。

儘管如此,除了挑戰者號和哥倫比亞號之外,NASA 在其六十多年的載人航天飛行中只發生過另一起致命的飛行事故:1967 年,一名飛行員在噴氣動力飛機墜毀中喪生,當時他剛達到 50 英里多的高度。然而,這個數字遺漏了1967 年的艙室火災,該火災在發射臺的地面測試中導致阿波羅 1 號機組人員喪生。此外,蘇聯的聯盟 1 號和聯盟 11 號宇宙飛船分別在 1967 年和 1971 年嘗試返回地球時遭遇事故,共造成四名宇航員喪生。“國會從一開始就說過,太空[旅行]本質上是一項超危險的活動,”安柏瑞德航空航天大學航空航天法助理教授薩拉·蘭斯頓說。“而且,對於任何超危險活動,這意味著,無論您多麼努力使其安全,它都不是安全的。” 克勞斯的研究證實了這一點。在他和他的前研究生羅伯特·奧坎波撰寫的2018 年論文中,他們發現,從歷史上看,太空旅行的風險水平與攀登珠穆朗瑪峰的風險水平相似。

美國政府非常清楚這些危險,以至於目前拒絕認證任何商業飛行器對於將人類運送到太空是安全的。根據美國聯邦航空管理局 (FAA) 法規,太空公司需要在付款前告知潛在的太空旅行者這種缺乏認證的情況,並且所有乘客都必須與政府簽署責任豁免書。為了確保可以給予知情同意,太空公司還必須在發射前向太空遊客和商業機組人員介紹航天飛行安全歷史

深海風險

但是,潛入佔我們世界三分之二的黑暗、水下的深淵又如何呢?鑑於泰坦號上五名遇難者的可怕死亡,很容易相信深海的超高壓力比任何太空之旅都危險。然而,海洋探索通常比看起來更安全。

除了海洋之門之外,潛水器行業總體上具有良好的安全記錄。根據海洋技術學會潛水器委員會編寫的一份情況說明書,在泰坦號之前,自 1980 年代後期以來,儘管每年有成千上萬次的潛水器潛水,但自 1974 年以來,商業潛水器還沒有發生過致命事故。

潛水器 operations 的安全標準部分來自於第三方認證機構(例如美國船級社)維護的健全的規則和法規。為了獲得任何船舶或潛水器的認證,該機構將在建造前審查設計和計算。在隨後的組裝過程中,檢查員將驗證建造商是否使用了宣告的材料和正確的工藝,並且他們將在成品車輛進行測試以確認是否遵循了適當的程式時在場。只有這樣,該 vessel 才能被正式分類用於特定活動。

在 11 艘設計用於潛入 4,000 米(近 2.5 英里)或更深的在役商業 vessel 中,只有泰坦號沒有經過第三方檢驗和認證。該潛水器之所以能夠避免這種情況,部分原因是認證在法律上不是必需的——一旦您進入國際水域,您就置身於法律之外。聖母大學國際法教授黛安·德西爾託說,目前沒有任何法律、法規或公約管轄公海深海潛水器的設計和 operation。此外,她說,根據美國海岸警衛隊目前的規定,“載人少於六人的潛水器不受檢查。” 泰坦號載有五人。“這在很大程度上是他們能夠在沒有任何認證的情況下部署的原因,”德西爾託說。如果再多一名乘客,任何在美國建造或 launched 的客船都需要海岸警衛隊的檢驗證書——而泰坦號是在華盛頓州埃弗裡特建造的。

即使有了第三方認證,運營商仍然需要為他們正在進行的活動的固有風險做好準備。“最佳實踐是:當您進行深海潛水時,您必須制定應急 operation 計劃,”Hydrospace Group 的執行長威廉·科恩說。Hydrospace Group 是一家在潛水器行業擁有超過 25 年經驗的工程公司。標準協議之一是準備第二艘潛水器,以便在必要時到達第一艘潛水器,這是電影導演兼深海探險家詹姆斯·卡梅隆在他 33 次泰坦尼克號潛水期間使用的策略。

這些協議和認證在統計上幫助潛水器比太空旅行更安全。深海探險家的另一個安全優勢是,潛水器不必承受航天器目前正在經歷的 violent 發射和再入 forces。此外,潛水器具有更長的 operation 記錄,這使得它們更加安全。在他們 2018 年的論文中,克勞斯和奧坎波發現,一項活動的安全性和其執行次數之間存在明顯的 correlation。“你做得越多,你學到的經驗教訓就越多,”克勞斯說。“你會遇到問題。你修復它們。你向前邁進。所以大多數事情往往會因為吸取的教訓和應用而變得更安全。”

鑑於潛水器的潛水次數比火箭發射次數多幾個數量級,因此潛水器可能始終比航天器具有安全優勢。但是,隨著 SpaceX、藍色起源和其他公司完善他們的可重複使用飛行器並努力提高發射頻率,我們也可以期待太空旅行的環境會越來越安全。

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