假如航天器玻璃突然破裂怎麼辦……

價值連城的窗戶何其重要

大家最關心的問題一定是——航天器有沒有發生過因玻璃破裂而脫落的情況？

答案是，沒有！但玻璃在太空中受損的現象卻時有發生。

據報道，美國太空梭在1998年12月的一次飛行任務期間，曾遭遇過40餘次的空間碎片撞擊，這導致4塊窗口玻璃損壞。而在美國太空梭服役的30年時間裡，因為空間碎片而損壞的窗口玻璃有80塊之多。另外，在國際空間站的窗口上，也曾有一塊被空間碎片撞擊的痕迹，直徑約為7毫米。

這些玻璃的價值可是要貴過鑽石的。上世紀七八十年代建造太空梭時，機上的每塊玻璃近40萬美元，這個價格相當於現在的240萬美元，所以80塊玻璃造成的損失放到今天就約合近2億美元了。

那麼，造成航天器玻璃傷痕纍纍的罪魁禍首是誰呢？空間碎片和流星體是航天器、尤其是窗口玻璃、衛星光學鏡頭的最大「天敵」。

目前，太空中圍繞地球、直徑大於10厘米的碎片已有上萬個，大於1厘米的則有幾十萬個，而根據國際權威組織確認過的流星體數量預計在1.7億以上。千萬不要小看它們，由於飛行速度高達6公里/秒，所以蘊含著巨大的破壞力，科學家認為直徑超過10厘米的空間碎片就有可能擊毀國際空間站。

雖然時常受損，但載人飛船、空間站、太空梭等載人航天器上的觀察和風擋窗口都具有非常堅固的設計。

這些窗口多採用三層結構，最外層採用耐熱性能好的高硅氧或石英玻璃做熱防護，中間層與最內層採用熱穩定性好、強度高的強化硅酸鹽玻璃來承壓、承力，最外層與中間層之間為真空，中間層與最內層玻璃之間充氮氣，玻璃與艙體接縫處採用橡膠密封，這樣縱使最外一層玻璃破損，裡面兩層玻璃還可以保證密封性，保持艙內氣壓穩定。

國際空間站上著名的廣角天窗的防護玻璃則多達4層，由外到內分別為碎片防護層、冗餘承壓層、主承壓層和內部防護層，其最外的碎片防護層結構相對獨立，便於更換。

雖然太空中的威脅眾多，但到目前為止，載人航天器的窗口還是經得起考驗的。與此同時，哈勃望遠鏡、衛星等航天器也是通過遮光罩、光窗等來起到防護望遠鏡、光學載荷鏡頭的作用。

國際空間站上的廣角窗口便於航天員更好的觀測地球

失壓後果不堪設想

在高原生活過的人都知道低壓、缺氧環境下會導致人出現頭暈眼花、四肢乏力、嘔吐不止等各種癥狀。

如果在太空遭遇窗口破裂，那麼載人航天器里的航天員如果沒有穿厚厚的艙外航天服，將直接面臨外太空的真空環境，處於完全的失壓狀態，這要比高原反應危險得多。

美國宇航局曾對太空中失壓開展過研究，研究結果表明：人一旦失壓，清晰的意識最多只能維持10秒左右，隨後就會發生驚厥和麻痹，體內的水分會迅速變為水蒸氣，隨後人的身體開始膨脹、血壓無差別、血液不循環，隨著水蒸氣不斷蒸發，身體不斷降溫直到凍結。

1965年，一位美國航天員在地面真空艙內進行模擬實驗時，由於航天服漏氣，不幸暴露於接近真空的環境中14秒，他很快失去了意識，好在真空艙立刻進行了重新加壓，他才開始恢復知覺。據該航天員回憶，他能感覺並聽到空氣泄漏，在昏迷之前的最後記憶是自己舌頭上的水分已開始沸騰。

1971年，蘇聯的聯盟11號飛船返回大氣層時，原本應該在大氣層內低海拔高度才會開啟的壓力閥門在大氣層外就被震開，雖然航天員迅速做出反應，但為時已晚，過了半分鐘，壓閥還未關上，艙內的空氣卻已流失殆盡，當時航天員也沒有艙內航天服的保護，導致3名航天員最終因失壓而壯烈犧牲。

所以對於載人航天器而言，窗口玻璃一旦破碎所造成的失壓是航天員面臨的最嚴重危險之一。

太空望遠鏡、衛星光學載荷上的鏡片如果破碎、脫落，雖然不會造成人身傷害，但是對於該探測系統而言也算是下達了「病危通知書」。

此前，哈勃望遠鏡的主鏡形狀存在2微米的製造缺陷，但這樣只有頭髮絲直徑1/50的微小缺陷卻造成了成像質量顯著降低，與地面望遠鏡的觀測效果基本沒有什麼差異。可以想像，主鏡一旦發生破碎所造成的鏡面誤差將更為嚴重，導致整個望遠鏡功能的喪失。

航天員們在給哈勃望遠鏡安裝「近視眼鏡」

這個時候逃跑才是上策

所以，在太空沒有「英雄機長」，逃跑才是上上策。

一旦航天器的窗口出現破碎或脫落，航天器內部的壓力感測器會感知並報警，航天員需要即刻分辨是緩慢失壓還是瞬間失壓。航天器體積越大、平時艙內維持的氣壓越低，則失壓的速度就越慢。

如果是緩慢失壓，航天員應第一時間穿上艙內航天服，之後根據情況再決定是否馬上修補，還是立刻前往其他沒有失壓的太空艙或逃逸飛船上，並密封失壓艙段。

如果不幸是瞬間失壓，但已穿上航天服的話，航天員需要迅速把自己與艙體固定，避免因為壓力差被吸走，之後的事情就是祈禱救援隊的趕到吧！

目前，美國宇航局為進一步增載入人航天器的安全性，正在初步設計一款新型航天服，目的在於飛船座艙失壓後，航天員可以依靠它生存至少6天，該款航天服自帶空氣、食物和水，還具有排泄物處理功能。

當然最好的方法是防患於未然，航天器製造商需要採用更先進的技術、更嚴密的製造工藝，包括製造密封性更好的航天器、更靈敏的壓力感測器以及完備的氧氣供應系統。

太空望遠鏡、衛星光學載荷上的鏡片一旦出現問題，只能通過航天員出艙實施太空行走，或是其他航天器予以在軌回收或更換，但這樣做代價會比較大。為了給哈勃望遠鏡配一副「近視眼鏡」來修正成像誤差，7位航天員接受了長達20多個月的高強度專門訓練，在水池模擬失重環境中對哈勃望遠鏡模型進行了無數次反覆操作演練，最終通過5次太空行走才得以完成任務。

在國際空間站的廣角窗口上有8台攝像機位用於拍攝地球照

作者：王婷婷

來源中國航天報·飛天科普周刊

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