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最担心的事情发生了俄飞船找不到明显泄漏点,设计或存在严重问题

  2月18日,对接于国际空间站的进步MS21飞船脱离空间站,为后续MS23飞船腾出对接口,原计划该飞船在脱离国际空间站后将在受控的条件下减速进入大气层,它的最终归宿将会是南太平洋的航天器墓地。
  但在2月11日再次发生冷却剂泄漏后,俄航天在新增加的检查环节中却发现了更严重的问题:没有泄漏点!这下事情大了,原因不明的泄漏,MS21飞船推迟坠入大气层,MS23飞船延迟发射,两次冷却剂泄漏,究竟是意外事件还是设计问题,俄航天局或将面临极其棘手的问题!没有泄漏点的泄漏:最可怕的事情发生了
  2月12日,俄罗斯卫星通讯社报道称在11日时,对接于国际空间站的ProgressMS21(进步MS21飞船)的船体在其冷却剂回路中出现意外降压,当日NASA的也在新闻稿中确认了这一事件,NASA专家正和俄航天专家一起调查该事件。
  由于MS21货运飞船对接的位置比较靠近整个国际空间站的角落,其他舱体上难以观察到,加拿大的机械臂在俄罗斯段的接口很有限,很多数据都无法传递,其主要活动范围还是在美国段,而在科学舱(俄罗斯)上的欧洲机械臂则太短,只能勉强抵近飞船近侧,活动范围限制在了科学实验舱附近。
  尽管没有调查结果,但此前俄罗斯航天局专家仍然宣布了一个模糊的结果,可能与12月15日发生的联盟MS22载人飞船冷却剂泄漏是同一原因,这个原因在媒体上公开后舆论哗然,微流星体两次撞击都撞在了同一个位置,还刚好让冷却剂泄漏了,这个概率比连中两次六合彩头奖都要低。
  Progress82就是MS21货运飞船
  2月18日,进步号货运飞船脱离空间站,为MS23飞船抵达让出对接口,之后的原计划在北京时间12时03分时飞船推进器将启动制动,进步号货运飞船脱离轨道,飞船大部分将在大气层中烧毁,12时45分左右,部分残骸可能会坠入南太平洋区域。
  但在2月11日再次发生冷却剂泄漏事件后一直观测不到泄漏点,泄漏原因无法查明,只能在脱离后使用姿控火箭控制转动船体供仔细观察:
  北京时间2月18日10:26:30,进步MS21货运飞船从国际空间站俄罗斯段成功分离,随后飞船进行姿态翻转,空间站宇航员利用相机对分离的货运飞船外表进行了全面拍照检查,但未检查到明显损毁或微小流星体撞击点。
  经过俄航天局工程师对照片仔细判读,确认飞船表面无明显损毁或者流星撞击点,这表示MS21货运飞船的泄漏原因可能另有原因。俄航天局已经暂缓了飞船再入大气层,目前在考虑将飞船对接到径向节点舱并重新对冷却循环泄压问题进行检查,或者另选时机再入大气层。
  12月15日联盟MS22载人飞船的故障是冷却剂泄漏,一个突然产生小孔在3小时内让3个大气压下的44千克冷却剂漏了个精光,一时间国际空间站外部漫天飞舞就像下了一场暴风雪,后来调查是一个0。8毫米的小孔所致,俄航天局认为这个小孔可能是微流星体撞击所致。
  这个推测也比较靠谱,因为在12月15日是双子座流星雨极大值期间,有些微流星体颗粒撞击到国际空间站,尽管概率比较低,但还是有可能的!后来公布的照片显示泄漏点成因似乎也比较接近撞击,但2月11这次MS21货运飞船再次发生冷却剂却无论从时间上(非流星雨期间)和外观上都看不到明显原因,这就头大了!
  故障再严重都不可怕,只要找到原因维修解决或者更换设备等都是可以解决的,但要是找不到故障,带着不明原因飞行,而且还是载人飞行,那绝对会是一场灾难性事件!俄飞船找不到明显泄漏点,设计或存在严重问题
  两次泄漏都发生在飞船的推进舱,这个舱室对整艘飞船来说非常重要,且看下文:ProgressMS21是货运飞船,而Soyuz则是载人飞船,尽管两款飞船在功能上不同,但结构上非常相似:
  上图是俄罗斯的进步号货运飞船正在接近国际空间站的Pirs对接舱,为Expedition59机组人员运送了3。7吨食品、燃料和其他补给品。
  上图是SoyuzMS系列载人飞船,要是不仔细看,估计大家可能都分不出两者的区别,两者同是三舱结构,载人飞船是轨道舱、返回舱和推进舱,而货运飞船则是加压舱、货舱与推进舱,功能上也大相径庭:
  载人飞船的舱段与尺寸
  载人飞船的轨道舱是宇航员在轨休息与活动以及实验和出舱的关键位置,返回舱则是能重返大气层并且最终可以降落地面的舱段,平时说的飞船指的就是这个段。
  货运飞船的结构
  货运飞船的加压舱则是可以携带需要加压的货物,并且可以与空间站对接成为临时活动舱室的舱段,另一个则是比较大的货舱,这里是携带货物的主要舱段,货运飞船不返回地面,任务结束后直接坠入大气层烧毁。
  推进舱到底有多重要?
  进步号货运飞船和联盟号载人飞船的推进舱结构非常相似,两者吨位也差不多,应该有很多部件是互换的,但货运飞船没有维生系统,热管理系统也要比载人飞船低一些,但还是有一些要求的。这个舱室对于飞船来说可不只是热管理,简直是太重要了:
  除了温度控制外还包括了对整艘飞船的电力供应(包含太阳能电池)、远程无线电通信、无线电遥测以及定向和控制仪器的系统。在推进舱的非加压部分还包含了主发动机和燃料的推进系统,其中偏二甲肼与四氧化二氮就存放在推进舱的几个大球罐中。
  这是飞船在火箭送至预定轨道后,飞船将启动发动机变轨与空间站对接,也是与空间站脱离后重返地球的制动的动力所在,载人飞船返回过程中,轨道舱是第一个被分离的,推进舱是最后一个被分离的(到145千米高度才会被丢弃)。
  目前MS21货运飞船与MS22载人飞船的冷却系统出现了问题,首先就是乘员舱温度将无法保证,比如在12月15日这次事故中冷却系统被破坏后,轨道舱和返回舱的温度达到了30C,服务舱的温度达到了40C,这个温度有点高啊,宇航员可以洗桑拿了!
  当然也不只是宇航员,还有电子设备的散热问题需要冷却系统带走热量,要是冷却系统故障,这电子设备也得在高温中挂掉,这可是整艘飞船的通信关键所在,要测与测控以及飞船的信息处理基本都在这里,所以推进舱出问题,后果很严重!
  究竟是哪里出了问题:或可能是设计缺陷?
  MS22飞船的泄漏点很明显,位于推进舱步进扫描阵列天线的根部,可以对应到飞船中外部的某个位置:
  再放大一点的图如下:
  无法再放大了,撞击会有溅射,但在照片中并不明显,但也不能排除是这个原因,对应的飞船位置如下图:
  但在2月18日的货运飞船MS21检查图上却看不到明显损毁与撞击痕迹:
  这就让俄航天局的专家飞船郁闷了,泄漏发生了却没有痕迹,究竟是哪里有问题?
  上图是笔者在一份标题为SoyuzCrewOperationsManual(SoyCOM)(ROP19)的PDF文件中找到的联盟号飞船推进舱冷却剂环路系统,出问题的一定会在换热器位置,因为换热器需要在在舱壁位置辐射散热,可以在不穿透舱体的情况下让冷却剂漏光。
  冷却剂在飞船上的循环回路
  很可惜笔者不是这方面的专家,根本就看不懂这个热管理循环回路,哪位大神知道的可以在文末留个言,咱不懂就不瞎比比了,留给各位发挥。
  假如真的是设计问题,那俄罗斯航天局的头就大了,从12月15日到2月11日,连续两次都是冷却剂泄漏,虽然第一次疑似撞击所致,但第二次是找不到原因的冷却剂泄漏,这就不得不让人怀疑,究竟有没有可能是设计问题?
  从另一个角度来看,设计问题的可能性也很低,联盟号飞船尽管各国载人飞船中技术最落伍的,但技术稳定性还是相当不错,联盟飞船从国际空间站建设开始就担任载人航天运送任务,并且在2011年美国航天飞机退役后全部由联盟号承担货物与载人任务,这个局面一直到2020年SpaceX的载人龙飞船成功后才有所改观。
  一艘执行了十几年任务的飞船推进舱热管理系统有问题?这绝对是一个令人难以接受的问题,但两次事故又是那么相似,真让人不得不怀疑,所以接下来俄罗斯航天局应该会相当头痛,无法找出MS21货运飞船的问题就无法确定已经推迟发射的MS23飞船是否会存在类似的问题,也不知道以后的货运飞船是否有同样的问题。俄罗斯航天局的麻烦,可能才刚刚开始呢!
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