《地心引力》与航天训练

如果电影《地心引力》中的险情在真实的太空行走中出现，那该怎么办？即将访问国际空间站的英国航天员皮克谈了他的看法。

当我跌跌撞撞地在太空行走时，我想到英国电影学院奖和奥斯卡提名奖获奖影片《地心引力》片头中的场景。目前的情况不容乐观：脱离了空中的构造，未系安全绳索，不停地翻跟头，难以控制，完全没有方向感，快速地远离了安全港——国际空间站……突然间，我感到特别欣慰，因为这仅仅是一次模拟训练。事实上，这里根本不是普通的模拟训练场所——我正在休斯敦市约翰逊航天中心一个叫做“虚拟现实实验室”的地方接受训练，其中拥有尖端的设施。在这里，航天员们为了处理险情而参加训练，可以说模拟的是他们有可能遇到的最糟糕的情况。

不像桑德拉·布洛克在《地心引力》那部电影中的艰难处境——任由物理定律的摆布，不停地滚翻起来，直到乔治·克鲁尼将她救下……我们还可以利用最终的办法：美国用来进行太空行走的航天服都配备着被称为“EVA简易救援装置（SAFER）”的喷气背包，其中的EVA就是舱外活动（Extra Vehicular Activity），更通俗的说法就是太空行走。EVA简易救援装置向位于航天服背包周围的24个小型推力器释放高压氮气，这些推力器围绕六个轴线控制航天服：纵向转动、横向转动、斜向转动；前后平移、斜向平移、上下平移。航天员利用手动控制器来控制这些推力器，如果你觉得听起来有些像詹姆斯·邦德早期电影里的声音，那么就不会相差甚远。

让航天员们感到欣慰的是，发现自己身处险境、需要启用EVA简易救援装置的情况很少。在太空行走中，为了防止航天员们与空中构造分离，通常将一条可缩回的安全绳索一头固定在空间站上，另一头系在航天服上。然而，这条细钢绳有利有弊，航天员们必须经常保持警觉状态，以免被自己或队友的绳索缠绕起来。除了安全绳索之外，所有航天员新手脑子里都牢记一句口头语：“一停下，就丢下”，意思是：从一个位置到另一个位置时，你的移动一旦停止下来，就要丢掉另外一种绳索——一种将航天员固定在最近扶手上的短带。提出这些有关安全绳索的注意事项，意味着EVA简易救援装置真的是最后一件防止航天员飘进茫茫太空之中的装置，因此一旦启用了该装置，那么你的生命也就真的要靠它了。当我试图返回空间站时，我深深地意识到这一点。

背着推进背包飞行

我敢肯定，在其他情况下，背着一个推进背包在太空中到处飞行肯定会被列为可以想象到的最令人兴奋的感觉之一。在1984年进行的三次载人机动装置测试和1994年进行的EVA简易救援装置首次飞行测试中，只有少数航天员经历过这样的感觉。我想，从太空拍下的最鼓舞人心的照片就是， NASA航天员布鲁斯·麦克坎德雷斯在最初的无绳索太空行走时的照片。这张照片是从航天飞机上拍下来的，显示了在漂亮的蓝色地球之上，在空旷的黑色太空衬托之下，麦克坎德雷斯正在飘浮着……他当时肯定有强烈的孤独感和暴露感吧。

然而，我没有时间细想这些情况——我的紧急救援方案极具挑战性：可以用来推进的氮气很少，这意味着我只有一次机会，不容许犯错。值得欣慰的是：EVA简易救援装置配有自动姿态控制器，这种控制器的作用是——一旦系统开启，就能终止令人作呕的空翻运动。如果幸运的话，航天员将能够看到空间站的一部分，或者能够看到地球，作为参照目标。如果没有那么幸运，那么航天员将不得不把珍贵的氮气用在寻找空间站上。

成功地确定空间站的位置之后，剩下的氮气可能已经减少到大约50%-60%了。尽管空翻运动将会停止，但是你仍然正在飘离空间站。随着距离空间站越来越远，像轨道动力学等其他因素会使情况变得更加复杂。简而言之，较高轨道上的物体移动得更慢，而较低轨道上的物体则移动得更快。这可以说明为什么我们的电视卫星高高在上，位于将近36,000千米的高度，它们在这一高度上每24小时才绕地球一周，相当于一个地球日绕地球一周，因此它们跟地球的相对位置是不变的。相比之下，空间站仅仅位于350千米的高度，为了保持在地球轨道上，其穿行速度高达每小时17,500英里，每四个半小时绕地球一周。即使在较短的距离上，轨道效应也会变得很明显，因此正当你飘入不同轨道上的时候，眼看着空间站快速地飞过，离你越来越远，那是特别让人紧张不安的情况。所以说时机是关键，航天员必须要学习的首要技能就是，能够快速准确地将自己调整到面朝空间站的方向，然后借助推力快速返回到空间站上离开时的位置。

我最初的两轮自救尝试进行得很顺利，这让我感到宽慰，不仅仅是一个方面的宽慰，因为我的指导老师们曾经说过——通常直升机上的飞行员都很擅长做这类事情……那么我就没有压力啦！在我第三次尝试中，难度加大：我被推向太空时速度更快，我要从距离空间站更远的地方成功地返回，当然也会更具挑战性。更糟糕的是，我对EVA简易救援装置进行了三次尝试才得以开启，这时空间站看起来已经非常遥远了。当恢复了靠近空间站的位置时，我赶快查看了一下氮气的剩余量，结果显示只有10%了。我的接近速度太快了，我能够得着的最近扶手就在我的右手边，但我不敢确信能够抓到。我伸出一只手臂，决定快速向前去硬抓，忘记了进行制动，利用剩余的助推气体前去抓扶手。这一招奏效了，但也是好不容易才抓住的。这时，我可以听到幕后的指导老师们在操纵台那里咯咯直笑。这真可谓是死里逃生，但这也正是这些训练项目的目的所在。为了巩固所学的功课，我又被立刻从原位置推回太空之中，只不过这次是在夜间……当然，那天上午我获得了应有的奖励。

“凯斯勒现象”

电影《地心引力》基于一个这样的假想：一颗俄罗斯的人造卫星遭受了导弹的袭击，引起了碰撞级联效应，形成了太空碎片云团。这并不是一个多么牵强附会的概念，事实上这种情况被称为“凯斯勒现象”。太空垃圾是个大问题，目前有六十多万块大于1厘米的碎片在轨道上围绕着地球旋转。换个角度说，如果一个那么大的物体以10倍于子弹的速度穿行，那么它能够轻而易举地击穿空间站，造成站内迅速减压。2009年，一颗铱星通信卫星偶然跟一颗报废的俄罗斯军事卫星互相碰撞。仅仅那次碰撞就产生了数千块大型碎片，结果在几年之后，当一块碎片飞过时，为了预防险情，空间站上的工作人员仍然需要躲避在“联盟”号中。

大约有19,000块太空碎片不断地受到地面雷达的跟踪。在欧洲，这项跟踪任务是由位于德国达姆施塔特的欧洲空间局操作中心负责的。一般说来，大约每年都有一次碎片物体逼得太近之时，为了避免跟碎片发生冲撞，每年都要对国际空间站进行一次调整。如果一个物体被发现得太晚了，那么就要求航天员们躲避在“联盟”号之中，直到危险结束，这只是不得已而采取的应急措施。如果你认为只有空间站上的航天员才会受到太空物体的威胁，那么请你不要忘记我们大家都乘坐在“地球”号飞船上，都在急速地穿越十分凌乱的太阳系。就在去年，一颗20米宽的小行星漏网而入，在俄罗斯车里雅宾克斯上空意外地发生爆炸，爆发出的能量相当于广岛原子弹的20至30倍。也许你想象不到，小行星使地球险遭意外的情况不在少数，因而我们不得不研究自己的“碎片回避策略”。然而，我这里的谈论离题了，这是关乎世界末日的东西，跟“地心引力”无关了！

（本文由胡德良翻译，作者蒂姆·皮克出生于英国，2009年被选拔为欧洲空间局ESA的航天员，目前正在ESA的航天员中心进行训练，准备执行国际空间站的长期任务。他所承担的航天任务定于2015年11月底发射。皮克将成为第一位访问国际空间站的英国航天员。）