《地心引力》與航天訓練

如果電影《地心引力》中的險情在真實的太空行走中出現，那該怎么辦？即將訪問國際空間站的英國航天員皮克談了他的看法。

當我跌跌撞撞地在太空行走時，我想到英國電影學院獎和奧斯卡提名獎獲獎影片《地心引力》片頭中的場景。目前的情況不容樂觀：脫離了空中的構造，未系安全繩索，不停地翻跟頭，難以控制，完全沒有方向感，快速地遠離了安全港——國際空間站……突然間，我感到特別欣慰，因為這僅僅是一次模擬訓練。事實上，這里根本不是普通的模擬訓練場所——我正在休斯敦市約翰遜航天中心一個叫做“虛擬現實實驗室”的地方接受訓練，其中擁有尖端的設施。在這里，航天員們為了處理險情而參加訓練，可以說模擬的是他們有可能遇到的最糟糕的情況。

不像桑德拉·布洛克在《地心引力》那部電影中的艱難處境——任由物理定律的擺布，不停地滾翻起來，直到喬治·克魯尼將她救下……我們還可以利用最終的辦法：美國用來進行太空行走的航天服都配備著被稱為“EVA簡易救援裝置（SAFER）”的噴氣背包，其中的EVA就是艙外活動（Extra Vehicular Activity），更通俗的說法就是太空行走。EVA簡易救援裝置向位于航天服背包周圍的24個小型推力器釋放高壓氮氣，這些推力器圍繞六個軸線控制航天服：縱向轉動、橫向轉動、斜向轉動；前后平移、斜向平移、上下平移。航天員利用手動控制器來控制這些推力器，如果你覺得聽起來有些像詹姆斯·邦德早期電影里的聲音，那么就不會相差甚遠。

讓航天員們感到欣慰的是，發現自己身處險境、需要啟用EVA簡易救援裝置的情況很少。在太空行走中，為了防止航天員們與空中構造分離，通常將一條可縮回的安全繩索一頭固定在空間站上，另一頭系在航天服上。然而，這條細鋼繩有利有弊，航天員們必須經常保持警覺狀態，以免被自己或隊友的繩索纏繞起來。除了安全繩索之外，所有航天員新手腦子里都牢記一句口頭語：“一停下，就丟下”，意思是：從一個位置到另一個位置時，你的移動一旦停止下來，就要丟掉另外一種繩索——一種將航天員固定在最近扶手上的短帶。提出這些有關安全繩索的注意事項，意味著EVA簡易救援裝置真的是最后一件防止航天員飄進茫茫太空之中的裝置，因此一旦啟用了該裝置，那么你的生命也就真的要靠它了。當我試圖返回空間站時，我深深地意識到這一點。

背著推進背包飛行

我敢肯定，在其他情況下，背著一個推進背包在太空中到處飛行肯定會被列為可以想象到的最令人興奮的感覺之一。在1984年進行的三次載人機動裝置測試和1994年進行的EVA簡易救援裝置首次飛行測試中，只有少數航天員經歷過這樣的感覺。我想，從太空拍下的最鼓舞人心的照片就是， NASA航天員布魯斯·麥克坎德雷斯在最初的無繩索太空行走時的照片。這張照片是從航天飛機上拍下來的，顯示了在漂亮的藍色地球之上，在空曠的黑色太空襯托之下，麥克坎德雷斯正在飄浮著……他當時肯定有強烈的孤獨感和暴露感吧。

然而，我沒有時間細想這些情況——我的緊急救援方案極具挑戰性：可以用來推進的氮氣很少，這意味著我只有一次機會，不容許犯錯。值得欣慰的是：EVA簡易救援裝置配有自動姿態控制器，這種控制器的作用是——一旦系統開啟，就能終止令人作嘔的空翻運動。如果幸運的話，航天員將能夠看到空間站的一部分，或者能夠看到地球，作為參照目標。如果沒有那么幸運，那么航天員將不得不把珍貴的氮氣用在尋找空間站上。

成功地確定空間站的位置之后，剩下的氮氣可能已經減少到大約50%-60%了。盡管空翻運動將會停止，但是你仍然正在飄離空間站。隨著距離空間站越來越遠，像軌道動力學等其他因素會使情況變得更加復雜。簡而言之，較高軌道上的物體移動得更慢，而較低軌道上的物體則移動得更快。這可以說明為什么我們的電視衛星高高在上，位于將近36,000千米的高度，它們在這一高度上每24小時才繞地球一周，相當于一個地球日繞地球一周，因此它們跟地球的相對位置是不變的。相比之下，空間站僅僅位于350千米的高度，為了保持在地球軌道上，其穿行速度高達每小時17,500英里，每四個半小時繞地球一周。即使在較短的距離上，軌道效應也會變得很明顯，因此正當你飄入不同軌道上的時候，眼看著空間站快速地飛過，離你越來越遠，那是特別讓人緊張不安的情況。所以說時機是關鍵，航天員必須要學習的首要技能就是，能夠快速準確地將自己調整到面朝空間站的方向，然后借助推力快速返回到空間站上離開時的位置。

我最初的兩輪自救嘗試進行得很順利，這讓我感到寬慰，不僅僅是一個方面的寬慰，因為我的指導老師們曾經說過——通常直升機上的飛行員都很擅長做這類事情……那么我就沒有壓力啦！在我第三次嘗試中，難度加大：我被推向太空時速度更快，我要從距離空間站更遠的地方成功地返回，當然也會更具挑戰性。更糟糕的是，我對EVA簡易救援裝置進行了三次嘗試才得以開啟，這時空間站看起來已經非常遙遠了。當恢復了靠近空間站的位置時，我趕快查看了一下氮氣的剩余量，結果顯示只有10%了。我的接近速度太快了，我能夠得著的最近扶手就在我的右手邊，但我不敢確信能夠抓到。我伸出一只手臂，決定快速向前去硬抓，忘記了進行制動，利用剩余的助推氣體前去抓扶手。這一招奏效了，但也是好不容易才抓住的。這時，我可以聽到幕后的指導老師們在操縱臺那里咯咯直笑。這真可謂是死里逃生，但這也正是這些訓練項目的目的所在。為了鞏固所學的功課，我又被立刻從原位置推回太空之中，只不過這次是在夜間……當然，那天上午我獲得了應有的獎勵。

“凱斯勒現象”

電影《地心引力》基于一個這樣的假想：一顆俄羅斯的人造衛星遭受了導彈的襲擊，引起了碰撞級聯效應，形成了太空碎片云團。這并不是一個多么牽強附會的概念，事實上這種情況被稱為“凱斯勒現象”。太空垃圾是個大問題，目前有六十多萬塊大于1厘米的碎片在軌道上圍繞著地球旋轉。換個角度說，如果一個那么大的物體以10倍于子彈的速度穿行，那么它能夠輕而易舉地擊穿空間站，造成站內迅速減壓。2009年，一顆銥星通信衛星偶然跟一顆報廢的俄羅斯軍事衛星互相碰撞。僅僅那次碰撞就產生了數千塊大型碎片，結果在幾年之后，當一塊碎片飛過時，為了預防險情，空間站上的工作人員仍然需要躲避在“聯盟”號中。

大約有19,000塊太空碎片不斷地受到地面雷達的跟蹤。在歐洲，這項跟蹤任務是由位于德國達姆施塔特的歐洲空間局操作中心負責的。一般說來，大約每年都有一次碎片物體逼得太近之時，為了避免跟碎片發生沖撞，每年都要對國際空間站進行一次調整。如果一個物體被發現得太晚了，那么就要求航天員們躲避在“聯盟”號之中，直到危險結束，這只是不得已而采取的應急措施。如果你認為只有空間站上的航天員才會受到太空物體的威脅，那么請你不要忘記我們大家都乘坐在“地球”號飛船上，都在急速地穿越十分凌亂的太陽系。就在去年，一顆20米寬的小行星漏網而入，在俄羅斯車里雅賓克斯上空意外地發生爆炸，爆發出的能量相當于廣島原子彈的20至30倍。也許你想象不到，小行星使地球險遭意外的情況不在少數，因而我們不得不研究自己的“碎片回避策略”。然而，我這里的談論離題了，這是關乎世界末日的東西，跟“地心引力”無關了！

（本文由胡德良翻譯，作者蒂姆·皮克出生于英國，2009年被選拔為歐洲空間局ESA的航天員，目前正在ESA的航天員中心進行訓練，準備執行國際空間站的長期任務。他所承擔的航天任務定于2015年11月底發射。皮克將成為第一位訪問國際空間站的英國航天員。）