国际空间站长期泄漏问题引发关注，NASA计划2030年前退役并开发新空间站

在地球以外的恶劣条件下，航天器是宇航员与死亡之间的唯一屏障。因此，国际空间站 (ISS) 出现多年来似乎无法修复的泄漏听起来就像一场噩梦。这也是现实，该机构最近的一份报告称其为“最高安全风险”。几个月来，有关宇航员被波音公司的星际线飞船困住的新闻不断见诸报端，NASA 宣布与埃隆·马斯克的SpaceX 签订合同，将在下个十年初摧毁国际空间站，对泄漏的持续担忧再次提醒人们，在太空中长期维持人口是一项真正难以想象的挑战。

与此同时，空间站的泄漏却是家常便饭——对于我们这些既不是工程师也不是宇航员的人来说，这也许令人震惊。“当你在空间站时，就像你在这里的生活一样，”佐治亚理工学院工程师、前 NASA 宇航员桑德拉·马格努斯 (Sandra Magnus) 说，她曾担任 NASA 的航空安全咨询小组成员，该小组是一个负责监控安全问题的独立小组。“你不会在日常生活中四处奔波，担心过马路时会被车撞到，对吧？这就是你的生活——你只是过你自己的生活。”

令人不安的事实是，国际空间站每天都会漏气，而且一直如此。科罗拉多大学博尔德分校航空工程学教授戴维·克劳斯说：“所有航天器都会漏气。”空间站是最受瞩目的航天器，现在它的漏气量比以前更多。

南加州大学航天工程副教授迈克尔·凯兹里安 (Michael Kezirian) 表示，泄漏量确实有所增加，但还不算多。目前的泄漏量“比针孔还大，可能有两个针孔那么大”，他说。“你说的泄漏量相对较小。”公开分享的最严重泄漏发生在 4 月份，当时空间站每天损失 3.7 磅大气。（作为参考，海平面地球表面上方任何一平方英寸的空气，延伸到大气层末端，平均重量略低于 15 磅。）

对于专家来说，NASA 和运营空间站的国际合作伙伴在追踪和修复泄漏方面遇到如此多的困难并不特别令人惊讶。“泄漏很难解决，”马格努斯说。“空间站很大；里面有大量的空气。因此，试图隔离微小的泄漏或任何泄漏不多的东西都很困难。”（由于空间站走廊里堆满了大量的设备、货物和一般物品，空间站的大部分船体也很难从内部进入。）

暂时不要惊慌

令人不安的泄漏于 2019 年 9 月首次被发现，后来被追溯到 2000 年 7 月发射的俄罗斯 Zvezda 服务舱的一条隧道。这条隧道将对接端口连接到模块的主要部分以及空间站的其余部分。马格努斯将这条隧道描述为“后廊”，主要用于储存计划在地球大气层中焚烧的垃圾。

多年来，宇航员们很幸运地找到了空间站漏气的确切位置，甚至试图修补隧道。理论上，航天器泄漏很容易从内部密封。“你所要做的就是用某种粘合剂堵住那个漏洞，它会自动堵住漏洞，”克劳斯说。“航天器内的压力有助于保持密封以防止泄漏。”但这些修补工作只是减少了泄漏的流量，而不是完全消除它们。

在宇航员和地面控制中心继续排除故障的同时，美国宇航局和俄罗斯航天局决定尽可能保持泄漏隧道的舱门关闭。马格努斯说，这是一个基本的解决办法，但考虑到后门廊的重要性相对较低，这是一个合理的解决办法。克劳斯说，只要泄漏保持稳定，唯一真正的问题是宇航员可能需要更频繁或更大量的空气输送，空气是货运飞船向空间站供应的许多所谓消耗品之一，如食物和水。

三位专家都表示，从长远来看，如果泄漏情况恶化，权宜之计可以成为永久性的，而不会产生严重影响。失去隧道远端端口的通道会带来不便，需要更紧密地协调前往轨道实验室的机组人员和货运车辆以及他们运送的材料。“他们必须在后勤部门磨练，想出如何弥补，”马格努斯谈到这种情况时说。“这会是一场灾难吗？不会。这会更具挑战性吗？也许吧。”

即使这种方法也有其自身的复杂性：根据 9 月份的报告，美国国家航空航天局和俄罗斯航天局对于泄漏严重到需要永久关闭舱口的阈值存在分歧。

尽管如此，泄漏本身虽然远非理想，但基本上已得到控制。“没有人应该惊慌失措，”马格努斯说。“这是一个严重的问题，他们正在认真对待它，这才是真正的底线。”

磨损

然而，泄漏也不断提醒人们国际空间站已经在轨道上呆了多久。最老的部分于 1998 年发射；从那时起，它们就经受了一系列的压力。航天器到达和离开，火箭将不断下沉的实验室推向地球上方，材料因暴露在宇宙辐射中而降解。当空间站飞过地球的昼夜面时，太阳的热量每天都会来来去去 16 次，导致其组件每次都膨胀和收缩。

迟早——希望是更晚——所有这些机械应力的后果将导致比针刺式泄漏更严重的后果。“我们知道空间站不可能永远在那里，”凯兹里安说。“老房子油漆和更换损坏的部件要容易一些。”太空前哨站的房屋维修既昂贵又繁琐，而且在某个时候，熵将占上风。

NASA 希望这种情况不会在十年内发生，并计划让空间站运行到 2030 年。（俄罗斯迄今只承诺将轨道实验室运行到 2028 年。）但泄漏问题使航空安全咨询小组多年来提出的一个担忧变得更加紧迫：轨道实验室将在安全销毁之前发生故障，并将不受控制地坠入地球大气层，其碎片可能会对人员和建筑物造成严重损害。今年早些时候，NASA 委托 SpaceX开发一种飞行器，以便在 2031 年安全使空间站脱离轨道，目标是在 2029 年发射。对于这种规模的项目来说，这是一个非常紧迫的时间表，因此人们的焦虑仍在继续。

第二个时钟正在该机构的头顶上徘徊：无论空间站以何种方式遭遇火烧，美国都将没有可行的长期轨道栖息地。NASA 官员多年来一直在宣传这样一种想法：公司将通过发射和维护空间站来接管近地轨道，以延续国际空间站 24 年的连续人类居住记录。

再次放弃轨道？

2020 年，NASA 与总部位于德克萨斯州的 Axiom Space 公司签订合同，在空间站上建造第一个可居住的商业舱，该公司希望在 2026 年发射，然后在空间站退役后脱离对接自由飞行。2021 年，NASA 还向包括华盛顿州的蓝色起源（亚马逊的杰夫·贝佐斯旗下）和德克萨斯州的 Nanoracks 在内的公司提供资金，以开发更多的太空商业目的地。NASA 表示，Axiom 的舱位正在建造中，蓝色起源的空间站组件已经过测试，但进展仍然缓慢。为撰写本文而联系的每个空间站的公司代表都没有向《科学美国人》提供有关其当前状态的更多详细信息。与此同时，据报道 Axiom 正面临严重的财务困境。

克劳斯说，这些拟建的商业空间站或许能够从国际空间站的泄漏问题中吸取教训。“一旦你确定这是一个潜在的问题，你就可以更明智地设计未来的空间站，”他说。“如果你聪明的话，就不会再犯同样的错误。它发生过一次；你修复它，然后继续前进。”

但人们越来越担心，当国际空间站需要退役或变得无法居住时，这些空间站将无法投入使用，届时美国只能短暂进入地球轨道。

对于 NASA 来说，这一前景与 2011 年航天飞机机队退役时没有现役替代者的情况有着令人不安的相似之处。此后近十年，该机构购买了俄罗斯航天器上的宇航员座位，以到达国际空间站——这是一种昂贵的策略，不仅在财务上如此，而且在美国航天工业的知识和专业技能方面也是如此。

“你真的不想看到这种事情再次发生，”马格努斯说。“如果我们要成为一个探索太空的国家，那么我们需要以一种聪明、经济高效和最大化的方式来进行探索。断断续续的方法不是最佳的，而且很浪费。”