神舟二十號舷窗出現裂痕,迫使太空人更換飛船,也凸顯軌道碎片風險

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神舟二十號舷窗出現裂痕,迫使太空人更換飛船,也凸顯軌道碎片風險

神舟二十號舷窗受損,太空人改搭其他飛船返航

中國三名太空人歷經軌道上的突發驚險狀況後,平安返回地球。工程師在神舟二十號返回艙的舷窗發現細微裂痕,任務主管表示,損傷最可能是由一小塊太空碎片造成。太空人沒有搭乘原本的飛船返家,而是改搭剛抵達天宮太空站、將下一組太空人送上太空的神舟二十一號。這次罕見的飛船調度,比原定返航時間晚了一週,也凸顯即使是毫米級碎片,也可能威脅載人太空飛行。

目錄
  1. 神舟二十號舷窗受損,太空人改搭其他飛船返航
  2. 天宮發生了什麼事?
  3. 小舷窗面臨的重大威脅
  4. 著陸與任務成果
  5. 太空人為何更換飛船,而不修理舷窗
  6. 救生船空窗期,以及中國的應對計畫
  7. 太空碎片風險再受關注
  8. 碎片從何而來
  9. 目前可以採取哪些措施
  10. 中國太空站與太空雄心
  11. 因應日益擁擠的軌道
  12. 神舟二十號與太空站運作的後續
  13. 值得關注的時程
  14. 任務中的心聲
  15. 重點整理

三人於美東時間11月14日凌晨3時40分左右,在內蒙古東風著陸場降落,結束在低地球軌道204天的任務。指令長陳冬與隊員陳中瑞、王傑狀況良好,離開返回艙。他們原定11月5日返航,時間安排上曾預計與神舟二十一號太空人短暫重疊;後者於10月31日對接天宮,展開下一輪為期六個月的任務。

任務控制人員確認損傷後,延後返航,並判定神舟二十號已不符合再入大氣層的安全要求。中國載人航天工程辦公室表示,該飛船將繼續對接太空站,支援在軌作業。辦公室計畫適時發射系列中的下一艘飛船神舟二十二號,以維持太空站運作,並為新一組太空人恢復備用返航工具。

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天宮發生了什麼事?

神舟二十號於4月24日發射,既是太空人進入軌道的工具,也是原定的返航飛船。在脫離太空站前的例行檢查中,團隊發現返回艙舷窗玻璃有細微裂痕。載人太空船的舷窗刻意設計得很小,供太空人目視檢查飛船外部及周遭環境,但相較於厚實的承壓艙體和多層防護,舷窗是相對脆弱的部位。即使只發現輕微裂痕,也必須進一步深入分析。

小舷窗面臨的重大威脅

太空船舷窗採用多層玻璃和防護罩等冗餘設計。許多飛船的舷窗由多層玻璃或熔融石英組成,包含內側承壓層和外側碎片防護層。在軌道速度下,一粒沙大小的碎片就可能帶有子彈般的能量。即使裂痕在平穩的加壓環境中看似穩定,也可能在返回大氣層時,因受熱、震動和壓力變化而擴大。結構用舷窗不適合在軌修補,也不可能在下降時承受高應力前完成修補測試。因此,工程師會將載人返航所用舷窗的任何細小裂縫都視為不可接受。

著陸與任務成果

儘管計畫臨時變動,任務仍達成核心目標。太空人在近七個月的停留期間,執行科學研究、維護和科普活動。他們進行四次太空漫步,在太空站安裝碎片防護罩及外部設備。畫面顯示,太空人於東風著陸後健康狀況良好。任務也搭載小型生命科學載荷,包括用於研究微重力適應狀況的小鼠,返回地球後將進行飛行後分析。

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太空人為何更換飛船,而不修理舷窗

這項決定的關鍵在於風險。神舟二十號舷窗裂痕雖小,但返回過程中,返回艙將承受空氣動力加熱和巨大壓力負載。對如此關鍵的部件,沒有方法能為在軌修補提供安全認證。較安全的做法是讓神舟二十號繼續對接太空站,並讓返航太空人改搭剛把下一組太空人送上天宮的神舟二十一號回家。

計畫主管以安全為由說明這項決定。中國載人航天工程辦公室表示,其做法秉持「生命至上、安全第一」原則。讓神舟二十號留在軌道,也能讓工程師持續觀察損傷如何變化,藉此研究太空環境中的真實撞擊案例。

救生船空窗期,以及中國的應對計畫

神舟二十一號如今已返回地球,天宮上的現役太空人暫時沒有對接中的返航飛船。載人太空計畫都會為這種情況做好準備。中國在酒泉衛星發射中心,備有一枚長征二號F火箭和一艘神舟飛船,維持高度待命狀態。在條件最理想的啟動情況下,團隊可在約8.5天內準備好緊急發射。辦公室也表示,將適時發射無人駕駛的神舟二十二號,讓新一組太空人重新有一艘停靠中的救生飛船。

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太空碎片風險再受關注

這起事件讓全球性問題重新受到矚目。地球軌道上有三萬多個直徑超過10公分、已列入追蹤的物體,還有數十萬個更小的碎片,雖小到無法追蹤,卻足以損壞太空船。低地球軌道上的物體速度約每秒7至8公里。微小碎片可能在舷窗上留下凹痕、撕裂散熱器管線,或刺穿薄壁。天宮和國際太空站的操作人員會定期啟動推進器,避開追蹤網路預測將近距離飛過的碎片。

近期的案例顯示,單次撞擊就可能改變整項任務。2022年,一個小型物體撞上對接於國際太空站的俄羅斯聯盟MS-22太空船,導致冷卻劑外洩。這使太空人在軌停留時間延長數月,等待備用飛船準備就緒。美國太空人法蘭克.魯比歐在此期間創下美國太空飛行紀錄,在太空停留371天。2024年,兩名美國太空總署太空人也因測試用太空船的推進器出現問題、仍在評估中,而在太空站停留時間遠超原定計畫。長時間延誤雖不常見,卻說明軌道環境變化多端,可能改變飛行計畫。

碎片從何而來

大多數軌道垃圾都是數十年太空活動留下的遺物。火箭上面級的剩餘燃料與氧化劑發生反應後爆炸,衛星也曾因電池在使用壽命後期破裂而解體。武器測試同樣製造出大量碎片。2007年,中國在反衛星試驗中摧毀已退役的風雲一號C氣象衛星,產生數千個至今仍繞地球飛行的碎片。近年其他破壞事件也留下碎片。共同點很簡單:碎片一旦進入穩定軌道,就會持續繞行,直到慢慢墜入大氣層。

目前可以採取哪些措施

營運單位可透過避免產生新碎片,以及在任務結束時妥善處置衛星,降低風險。衛星退役前對電池和燃料槽進行鈍化、採用較低且衰減較快的軌道,以及透過處置點火讓衛星脫離軌道,都是現行指引中的做法。廣泛採用的一項規範要求營運單位在25年內將衛星移出低地球軌道,部分機構則推動縮短期限。多個團隊正測試主動清除碎片的工具,包括機器人捕捉器、網具、阻力帆和繫索,藉此增加大氣阻力。這些方法在示範中展現潛力,但都還無法大規模應用,以處理問題的實際規模。更完善的太空交通協調和更精確的追蹤,也有助於太空人規劃更安全的閃避操作。

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中國太空站與太空雄心

天宮是一座三艙太空站,於2022年完成基本構型。太空站可支援三名太空人執行六個月任務,交接期間短暫容納六人。其質量約為國際太空站的五分之一。計畫人員曾討論增設艙體,以及讓一座大型太空望遠鏡在附近軌道飛行,以利維修。中國已提出約於2030年讓太空人登月的目標,也表示將歡迎國際訪客造訪天宮,其中包括計畫派遣一名巴基斯坦太空人前往。

因應日益擁擠的軌道

在繁忙的軌道上營運太空站,需要多層防護和周延程序。天宮採用防護層,在小型粒子撞上承壓艙壁前將其擊碎。太空人也會在太空漫步期間,隨著設備更新安裝額外防護板。例行檢查敏感區域,包括舷窗,也是日常工作的一部分。營運方式同樣能提升韌性:讓返航飛船持續對接、維持快速發射救援能力,以及備妥足夠物資以應付短期內有六人留在太空站的情況,都能為任務增加安全餘裕。

神舟二十號與太空站運作的後續

目前神舟二十號仍在軌道上,與天宮對接。辦公室表示,這艘飛船將用於支援在軌實驗。任務結束後,任務控制人員預計引導它在偏遠海域進行受控再入大氣層,這是安全處置載人返回艙、避免產生新碎片的標準做法。主管人員將協調處置計畫與對接口使用情況,確保有空間讓貨運飛船及無人駕駛的神舟二十二號到訪。

值得關注的時程

關鍵里程碑包括神舟二十二號無人發射與對接,以及神舟二十號最終脫離軌道。神舟二十二號成功對接後,現留在天宮的太空人將重新擁有撤離途徑。後勤補給飛行將持續為天宮運送燃料、食物和研究用品。計畫也會保留緊急發射的選項,以便在需要迅速支援時採取行動。

任務中的心聲

著陸後,任務指揮長陳冬回顧這段經歷,也談到太空人為何願意承擔太空飛行的風險。

人類探索太空的道路並非一帆風順,充滿艱難與挑戰,而這也正是我們選擇走上這條路的原因。

計畫主管也重申了他們遵循的原則。中國載人航天工程辦公室表示,這次事件中的決策秉持「生命至上、安全第一」的原則。

重點整理

  • 神舟二十號返回艙的舷窗出現細微裂痕,原因可能是太空碎片撞擊。
  • 中國延後原定11月5日的返航,並於11月14日讓太空人搭乘神舟二十一號返回地球。
  • 太空人在軌道停留204天後,於內蒙古東風著陸場降落。
  • 神舟二十號仍與天宮對接,支援在軌作業,之後將脫離軌道。
  • 天宮暫時沒有對接中的救生飛船。中國將發射無人駕駛的神舟二十二號,恢復備用返航能力。
  • 這起事件凸顯無法追蹤的小型碎片帶來日益嚴重的危害。
  • 中國計畫擴建天宮、維持太空站持續有人駐留,並以登月為目標。
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