空间站事件需要独立调查

这是一篇客座文章。此处表达的观点仅代表作者的观点，并不代表 IEEE Spectrum 或 IEEE 的立场。 7 月 29 日，国际空间站的一个重大里程碑事件正在酝酿超过 15 年，延迟已久的俄罗斯科学实验室 Nauka 自动与空间站对接，这让休斯顿和莫斯科的任务控制中心松了一口气。但在几个小时内，令人震惊的是，庆祝活动为时过早，国际空间站比其在轨运行近 25 年的任何时候都更接近灾难。虽然事件的直接原因仍在解开，但有令人担忧的迹象表明，美国宇航局可能正在重复一些导致挑战者号和哥伦比亚号航天飞机及其机组人员丢失的失误。而且由于政治压力似乎在很大程度上推动了这个问题，只有具有严肃政治影响力的独立调查才能扭转安全文化的任何侵蚀。让我们回过头来看看我们知道发生了什么：在网络逻辑过程中仍然不完全清楚，当从西北到东南经过印度尼西亚时，Nauka 模块的自动驾驶仪显然决定它应该飞离空间站。尽管实际上已连接，并且站侧的闩锁已关闭，但该模块开始尝试自行对齐，以准备使用姿态调整推进器启动其主发动机。随着推进器的发射，整个空间站也被慢慢拖斜。由于国际空间站远远超出俄罗斯地面站的覆盖范围，而且由于苏联时代遍布全球的跟踪船舰队和环绕世界的“Luch”中继通信卫星网络早已报废，替代者迟迟没有到来，甚至没有人知道 Nauka 正在发射推进器，直到 NASA 最终检测到 ISS 的方向发生了轻微但不断增长的变化。几分钟之内，休斯顿的飞行总监宣布了“航天器紧急情况”——空间站生命周期中的第一次——他的团队试图找出可以做些什么来避免国际空间站旋转得太快，从而导致结构损坏。足球场大小的加压模块阵列、支撑梁、太阳能电池阵列、散热器面板、机械臂和其他机构设计用于在失重环境中运行。但它也可以处理来自定向推力（用于定期提高高度）和旋转扭矩（通常是为了保持水平方向，或转向特定的不同方向以方便访问车辆的到达或离开）的压力。 .将国际空间站模块固定在一起的接合闩锁的尺寸已设计为以舒适的安全裕度容纳这些力，但从未预料到这种规模的机动。与此同时，空间站的自动姿态控制系统也注意到了这种偏差，并开始发射其他推进器来反击。这些也位于车站的俄罗斯一侧。美国唯一的定向控制系统是一组旋转飞轮，可以在不需要推进器推进剂的情况下轻轻转动结构，但无法应对 Nauka 推进器的无情推动。后来的大众媒体场景描绘了专家团队手动指导机载系统采取行动，但具体采取的响应行动仍不清楚——而且可能大部分是自动的。随着该电台越过太平洋，然后是南美洲和大西洋中部，危机开始一小时后，最终通过中欧进入俄罗斯无线电联系，这出戏剧性的事情还在继续。到那时，推进已经停止，可能是因为有问题的推进器耗尽了燃料供应。俄罗斯航段的理智的一半然后恢复了所需的站点方向。

最初的私人尝试使用遥测数据来直观地表示在线发布的车站的翻滚，看起来很奇怪，在不同的方向有巨大的快速旋转。幸运的是，情况的真相是国际空间站经历了一个简单的长轴旋转一圈半，然后半圈回到起始对齐。跳跃和之字形是 NASA 使用的代表性方案的计算产物，这与陀螺仪中的“万向节锁定”概念有关。车站离灾难有多近是一个悬而未决的问题，飞行总监在后来的一条推文中幽默地提到了这一点，当他在外部电视摄像机上看到太阳能电池板和散热器仍然站立时，他从未如此高兴直接到位。俄罗斯和美国段之间的对接界面上的任何过度弯曲应力都需要进行快速泄漏检查。但即使旋转是“简单的”，不可否认的戏剧性事件对空间站的未来也具有短期和长期意义。它的前身可以追溯到 1997 年国际空间站的诞生。不幸的是，此时正是人类误判开始浮出水面的时候。为了让事情平静下来，美国宇航局官方发言人对空间站旋转的大小和速度进行了非常初步的低估。这些数据没有任何说明，即未经证实的数字——事实证明，真实数字要糟糕得多。俄罗斯方面则将态度偏差视为正常自动对接过程中的例行颠簸，并宣布不会进行正式的事故调查，尤其是涉及美国合作伙伴的调查。事实上，双方似乎都同意，越早忘记这件事越好。目前，美方正在深入分析国际空间站关键结构的诱导应力，首先是最重要的结构，例如太阳能电池板。此类事件发生后的另一个标准程序是评估压力引起的损坏的潜在指标，特别是在空气泄漏方面，以及最好监测机舱压力和其他参数以检测任何此类泄漏的地方。将所描述的事件潜在严重程度降至最低的官僚本能需要冷血评估。可悲的是，根据过去的经验，这种自满和希望最好的心态是人类自然心理漂移的结果，这是在长时间明显正常的情况下出现的。即使有一个缓慢出现的问题，只要每天看起来一切正常，趋势就是将警告信号视为轻微扰动而忽略。系统的安全性是假设而不是验证 - 因此管理人员会被引导到丢失的线索中，或做出粗心的选择，从而导致灾难。所以最近这些关于车站态度的心理态度的迹象令人担忧。在过去的几十年里，美国宇航局团队多次经历了同样缓慢的文化腐烂，即假设安全，带来了可怕的后果。在 1986 年挑战者号灾难发生之前的那一年，团队成员（当时我深入参与任务控制操作）已经注意到并开始表达对日益增长的粗心和对偶尔“愚蠢错误”的幽默反应的担忧，但没有效果。然后，在轻率的管理决定之后，有 7 人死亡。在 1990 年代后期也注意到了同样的漂移，特别是在美俄联合和平号行动和早期国际空间站飞行中。这导致一些美国宇航局高级官员被迫离开，他们反对由美国宇航局局长丹·戈尔丁实施的白宫冷战后外交目标所强加的趋势。与国际外交价值相比，安全显然是次要的。传奇任务控制负责人 Gene Kranz 描述了 1990 年代中期因他自己的反对而做出的决定，这些反对导致他突然离开 NASA。他在 1999 年写道：“俄罗斯随后被指派负责关键的内联任务，而对政治和技术困难以及成本和进度风险的担忧最小。这是美国载人航天历史上的第一次NASA 分配了关键路径的飞行，几乎没有或没有备份的在线任务。”到 2001-02 年，结果正如克兰兹和他的同事所警告的那样。 “今天空间站的问题是由一个由压倒一切的政治目标驱动并由一个特设委员会制定的计划的产物，该计划绕过了美国宇航局经过验证的管理和工程团队，”他总结道。到那时，导致 2003 年哥伦比亚灾难的扭曲的 NASA 管理文化已经完全到位。当前管理公告中关于 Nauka 对接的一些措辞有一种怪异的熟悉感。 “太空合作仍然是美俄关系的一个标志，我毫不怀疑，我们的共同工作加强了多年来约束我们合作努力的纽带”，美国宇航局局长比尔·纳尔逊在给俄罗斯太空负责人德米特里·罗戈津（Dmitry Rogozin）的信中写道。机构，7 月 31 日。没有提到国际空间站首次宣布航天器紧急情况，也没有对俄罗斯的贡献表示任何不满。为了扭转明显的新文化漂移，从而有可能阻止像以前一样的惨淡结果，美国宇航局总部或一些更高的办公室将不得不进行干预。 Nauka引发的大规模交叉推力体“太空相扑比赛”的成因有待确定和验证。并且有人需要公开决策过程，该过程允许 NASA 批准配备强大推进器的模块的国际空间站对接，而没有现场实时能力在紧急情况下快速解除该系统的武装。由于美国宇航局对来访车辆的安全监督明显的草率似乎与保持与莫斯科的良好关系直接相关，驱动因素似乎是白宫的外交目标——而这正是纠正动力必须产生的水平。拜登总统与美国参议院的长期同事纳尔逊（最近被任命为 NASA 负责人）密切相关，他可以发布此类指导，由独立委员会进行彻底调查，然后实施必要的改革。降压与他停止。

就 Nauka 在这个安全文化修复过程中的作用而言，事实证明，非常奇怪的巧合，类似的模式出现在启动国际空间站计划的第一次俄罗斯发射中，“Zarya”模块[称为“ FGB'] 在 1997 年末。结果证明 Nauka 是那次发射时反复重建和升级的备用模块，其相似之处非常显着。 FGB 于 1997 年 11 月 23 日发射的那一天，当它拒绝接受地面命令以提升其原始的掠过大气停放轨道时，该任务面临着灾难。当它穿越俄罗斯地面站点时，莫斯科的控制人员发出命令，但航天器没有回应。与此同时，附近设施的 NASA 客人正在与俄罗斯同事一起庆祝，因为没有人告诉他们危机。最后，在最后一次可用的范围内传递时，控制器尝试了一种新的命令格式，机载计算机确实识别并确认了该格式。任务——以及整个国际空间站项目——得救了，美国方面从来不知道。仅仅几年后，这个故事才出现在俄罗斯报纸上。尽管如此，尽管存在各种混乱的困难和令人沮丧的失望，但当以“严厉的爱”进行管理时，美国/俄罗斯的伙伴关系结果证明是一种非常强大的“相互依赖”安排。如果想要人类在太空中永久存在，双方都没有切实可行的替代方案，但他们仍然没有——因此两个团队都致力于使其发挥作用。而且它仍然可以奏效——如果美国宇航局对其传统的安全文化以及过去因美国宇航局失败而死亡的宇航员的生活保持信心的话。后记：当这个故事即将出版时，美国宇航局发言人回应了有关该事件的询问说：正如美国宇航局的凯西·卢德斯和乔尔·蒙塔尔巴诺在活动结束后的媒体电话中所分享的那样，俄罗斯航天局定期向美国宇航局和其他国际合作伙伴通报传销在接近车站期间的进展。我们继续对与 Roscosmos 合作运营国际空间站充满信心。当发生意外的推进器点火时，飞行控制小组能够制定应急程序，并在一小时内使空间站恢复正常运行。我们会向您推荐 Roscosmos，了解有关俄罗斯系统/性能/程序的任何细节。