@ 2013.07.06 , 15:00
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放飞国际空间站的人

距离地面400公里之上,正漂着一部超级大玩具,人类历史上造过的最昂贵的机械装置:国际空间站(ISS)

ISS的体重超过450吨,比美式足球场还要大一点。是由美俄勇士扛着各种零件,在天地之间往返近百次(包括37次航天飞机任务),和155次太空行走——这是之前所有太空行走任务次数的两倍,才把所有东西组装成型。

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国际宇宙空间站与美式足球场的比较

造个能飞的ISS,耗了13年,烧掉1500亿美元,现在还有6个人挤在里面上太空班。不过,它可不是项「固定资产」,因为ISS可不是在轨道上「固定不动」的。

首先,因为地球引力,ISS每年都要下坠2公里,所以ISS必须周期性地「1,2,3~起!」,才能维持自己的轨道高度。其次,别忘了,ISS是一个在地球轨道上「飞行的胖子」,能滚来滚去,也能前俯后仰,能在板砖横飞的地球轨道上能灵活躲闪。NASA称之为三度空间上的「做位移」(Translated),以躲避太空垃圾。

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宇宙空间站的飞行控制中心,位于约翰逊太空中心的30号楼的2楼

Ars的「高级科学类编辑」约翰·蒂默在五月份发了一篇稿子,内容关于地球轨道上失控翻滚的前苏联间谍卫星,差点撞上了NASA的另一件大玩具:费米伽马射线太空望远镜。ISS可不能是「失控的卫星」,而且要比卫星大得多,还装着6个喘气的打工仔。这个400吨重的易碎品是如何在轨道上躲砖头的呢?

别担心TOM少校, 地控还管着你

为了了解如何驾驶ISS,原文的小编跑到了NASA的约翰逊空间中心,见到了ISS的驾驶员,乔希·派瑞斯(Josh Parris)。派瑞斯是这屋子里,能对ISS控制说几句的人之一。我们一般都把他们工作的地方叫做「任务控制室」,更正式的说法是「国际宇宙空间站飞行控制处( ISS flight control room)」。派瑞斯的职称是:TOPO,「轨道操作官,TOPO(Trajectory Operations Officer)」。派瑞斯和他的同事都经历了数年的专门训练,TOPO们都是很早就参与太空飞行任务的资深大神;才能有资格坐在这间屋子里盯着显示器发呆。

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乔希·派瑞斯(Josh Parris),ISS飞行控制官

派瑞斯说:「TOPO的职责是监视和控制ISS和造访ISS的飞船的位置,动作,保证他们不剐不碰到任何东西。」虽然在ISS所处的400公里轨道上工作的卫星并不多,但是这个轨道上还漂着很多不受控制的太空垃圾。去年,有上百次潜在的撞击危险。地控的雷达一直监视着可能与ISS发生碰撞的太空垃圾。今年,已经有67次碰撞警报。

小编问派瑞斯:「这些太空垃圾都是哪儿来的?是不是那个足球世界排名第100位的千年古国在太空乱扔垃圾?」

「噢,你知道的太多了!」派瑞斯确认道:「不能都怪那个13亿人都凑不出一个好国家的球队,还有好东西没人要的铱星系统,和俄罗斯人的废弃卫星,都是太空垃圾的主要来源。这些垃圾大部分都会坠入地球大气层烧毁,但还有不少垃圾没有降够高度,在轨道上游荡。」

小编又问「那谁在监视这些危险的太空垃圾呢?他们是不是和你一样,有这样的超级大屏幕上放着宇宙垃圾大电影?」

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显示器上显示着ISS的位置、轨道、还有能联络到的地面控制站

「USSTRATCOM——美国战略司令部(United States Strategic Command)在范登堡的空军基地,管着一份《宇宙垃圾名录》——地球轨道上所有的垃圾板砖都是有名有姓的——每天,他们会把这些混账东西的轨道和ISS的轨道对比三次,就是他们负责向我们通报ISS是否有被近身攻击的危险。」

「近身攻击?」这个翻译太搞了吧,小编继续问普瑞,他继续解释: 想象有一个笼子刚好把ISS关起来,ISS在里面头上有2公里空隙,脚下也有2公里富裕,前后各有25公里余量。如果有坏东西进入了这个笼子,USSTRATCOM就会向NASA发出警报。

这个笼子里的任何东西,都归派瑞斯这样的TOPO管辖,他们不断计算着太空垃圾击中ISS的可能性。任何1/10,000到1/100,000可能性之间的碰撞,都被归入「黄色预警」。根据规定,面对黄色预警,除非和太空任务有冲突,ISS就必须挪一挪,以躲开碰撞危险。比如,如果这么一挪,站在发射台上,等着去ISS送货的联盟号货船就要骂街了,那我们就算了。什么时候可以不理联盟号呢?那就是1(就是100%会撞)~1/10,000之间的「红色警报」,这时候ISS就不敢拼人品了,让快递等一下再送吧,这种情况ISS必须挪腾一下。除非有一种「让事情变得更糟」的情况,比如ISS上的空调坏了,要是挪一下连马桶也堵了,那这也不能动。

推进器和陀螺仪

别看ISS肥大易碎,家伙还是很机敏的。它上面有四个陀螺仪,叫做「控制力矩陀螺仪(Control moment gyroscope)」,简称 CMGs。可以改变ISS的轨道高度。当TOPO被来袭的太空垃圾搞得焦头烂额的时候,这些CMGs就由ADCO(轨道高度控制官Attitude Determination and Control Officer)负责操作。

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ADCO:轨道高度控制官,注意到他们面前放着的棒球棍了吗?

ISS还有几组推进器,可以做出翻滚和位移动作,做为ISS的组件,星辰号服务舱上的装有推进器。除此以外,前来送货的「进步号太空船」, 和欧洲人的ATV也可以帮忙,给ISS推上一把。如果航天飞机在上面能用,也会协助ISS躲砖头。一般的躲闪动作,ISS会以0.5~1米每秒的速度移动,获得所需的「delta V」变化。

TOPO还会监测ISS的体重情况,因为这个影响到所需的 delta V 的所需动力大小。ISS体重,随着插上和拔掉的送货飞船而增减。ISS上的太空人不用为计算多少个 delta V 才能躲掉危险而操心,游戏手柄都在地面上的同事手里。「上面啥都做不了」派瑞斯笑道。

行动起来

如果轨道上哪坨垃圾触发了「红色/黄色警报」,TOPO们就要动起来了,在28.5小时内做出反应,让ISS安全躲开来袭的危险。
「为什么是28.5小时?」小编问道,听上去有点矫情。
「因为俄国人也参与控制ISS」派瑞斯解释道,「莫斯科和休斯顿之间的时差,可以让专家有充分的时间加入评估——他们把这个叫做「窗口期」,在窗口期内可以有足够的时间追踪碎片,并向ISS发出指令。」

TOPO们与俄罗斯的弹道专家一起决定ISS躲闪动作的参数,比如ISS需要多少个 delta V。而且他们会与USSTRATCOM联系,以确认ISS的躲闪不会撞上别的太空垃圾。当方案确定以后,ISS上的电脑会执行指令,TOPO们在地面监视,事实上没有什么「方向盘」之类的东西;一切都是精密地计算,让ISS上的推进器按计划点火工作。

最糟糕的情况

如果来袭的太空垃圾穷凶极恶,在ISS上的大活人才是最要紧的东西。派瑞斯说:「如果ISS被什么东西不幸击中,它就可能坠毁,太空垃圾都是高速飞行的暗器,ISS被任何一枚击中都是致命的灾祸。」轨道上所有直径超过10厘米的太空垃圾都会被跟踪,以策安全。所谓坠毁,真就是这两个字「坠」和「毁」,一点都不开玩笑;被太空垃圾击中不光会毁掉ISS,还有里面的人。

好在,ISS轨道上所有10里面以上的坏东西都会被详细跟踪,有据可查。而且ISS的护甲可以保护微小的碎片撞击。但是在「护甲可防」与「有据可查」之间,还是有盲区的,TOPO们会和空军通力合作,尽力缩小这片盲区。

为了给读者一个清晰的认识,小编继续追问派瑞斯,如果ISS就是刷暴了人品,被恶毒击中了,NASA怎么办?

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2013年5月,ISS的配置情况,两部联盟号(Soyuz)飞船正挂在ISS上,遇到紧急情况,太空人可以躲到飞船里。另外还有两部进步号(Progress)补给飞船。

USSTRATCOM的人会提前三天给NASA通风报信,但总有疏失可能发生。「对于我们能追踪到的东西,它的运行轨道总是被计算清楚的。」派瑞斯解释道,「如果连28.5个小时都没有,俄国人也没招了,这种情况真发生了的话,他们就会启动一个叫做PDAM(碰到哎妈)的预案。」(Predetermined Debris Avoidance Maneuver)。PDAM预案,就是在ISS被逼急了得情况下,不管三七二十一,猛踩油门以0.5米每秒的高速躲开来袭者。如果连PDAM都没法执行……我是说如果,ISS就不得不面对另外一种「撞击:太空人全都躲进联盟号准备逃离。从ISS开张以来,太空人已经三次躲进那个罐头里三次了。

事实上,PDAM预案是2011年夏天一次事故后产生的。NASA接到了一个撞击警告,结果真就「碰到哎妈」没辙了的情况,让所有太空人都多到了联盟号里面去;最后那枚太空垃圾,在距离空间站725米的地方飞过。NASA希望PDAM预案可以减少让太空人躲到联盟号里去的情况。

日常工作

如果没有被那个千年古国乱扔的垃圾困扰到,TOPO们还是有事儿可做的,派瑞斯说:「如果我们没有追踪任何碎片的任务——比如现在——还是有其它任务要做。我刚才说过,我得掌握ISS每时每刻的位置,所以我们和其它观测站协同工作,特别是戈达德太空飞行中心。让那里的人更新ISS的位置数据,以便TDRSS(跟踪与数据中继卫星系统)的人可以把天线朝着ISS掰正。」

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派瑞斯在TOPO控制台工作

除非是在给ISS设计躲避动作,TOPO们大部分时候都是被动地盯着显示器看。在TOPO的控制台,派瑞斯和同事主要管着三个显示器,派瑞斯分别说明它们的用途:「第一个显示器上是地面GPS信息,最左边那个是地面GPS数据与ISS遥感数据的比较,以确定地面和ISS的位置数据是否一致,中间显示的也是ISS的位置信息,不同的图表显示ISS上不同部分的delta数据,大部分时候,它们都是一条直线。」

在中间那个显示器的右边,在对比图表后面,是「设备运行状态监视器」,显示TOPO使用的各种仪器设备的运行状况。右手边是NASA的星历表,「最上面显示的是一组ISS的矢量信息,最下面则列出了与ISS有关的星历。」派瑞斯还说,如果他们正在为ISS设计躲避路线,显示器上会出现完全不同的软件界面。控制台上的电脑都是跑着Linux系统的普通PC(控制中心大部分电脑都是linux,少部分也有跑window7的)。比起以前,这些设备已经算是大有进步了。

小编按:

提起NASA,大家首先想到的就是休斯顿控制中心里面的显示墙,和墙下面坐着的科学家们,他们在用什么电脑玩转太空任务的呢?下次小编会给大家翻译一篇有关于NASA控制室电脑史的文章,这里预告一下。

结语

ISS的控制室位于约翰逊控制中心30号楼二层,曾经是阿波罗计划的控制室(这里三层已经被改造成当年的样子,向公众开发参观)。原文小编花了几分钟拍了几张控制室的照片;几个TOPO见到有人拍照,赶紧抬头向这只小编打招呼,包括威廉幕·福斯特,这里的老大。当这位小编圆润溜走后,派瑞斯继续他的TOPO职责,盯着显示器,时刻保卫着太空中国际宇宙空间站,这是一份没有终点的工作——需要他们时刻警戒。

本文译自 Ars,由译者 Junius 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 42+1

  1. 2066058

    终于把全部图片都看完了

    [32] XX [2] 回复 [0]
  2. buffalo
    @4 years ago
    2066062

    有没有人觉得超载鸡超贱的?

    [143] XX [1] 回复 [0]
  3. Sinαn
    @4 years ago
    2066064

    丧心病狂的超载鸡

    [94] XX [0] 回复 [0]
  4. 思空
    @4 years ago
    2066066

    什么时候报废

  5. 么么哒
    @4 years ago
    2066070

    超载鸡要入侵太空了

  6. syaoran
    @4 years ago
    2066072

    千年古国被黑两次。。。

    [37] XX [1] 回复 [0]
  7. 你这是自寻箱子
    @4 years ago
    2066074

    所谓美式足球场,译作橄榄球场更合适吧。在美国 football 这个词指的是橄榄球,足球叫 soccer 。

  8. 麻叔豆腐
    @4 years ago
    2066076

    超载鸡:专注抢镜三十年。

    [38] XX [0] 回复 [0]
  9. Junius_Lou
    @4 years ago
    2066078

    @你这是自寻箱子: 照顾美帝的自尊心……毕竟还有英式橄榄球

    [10] XX [0] 回复 [0]
  10. 屠龙刀割包皮
    @4 years ago
    2066080

    好多只小黄鸡,小编真蛋疼

  11. 纸飞机
    @4 years ago
    2066094

    MB….以后遇到这种文章我就要每张图找超载鸡。

    好评!!

  12. 传说中的SK
    @4 years ago
    2066096

    对撞机和ISS都去过了,超载鸡您下次去哪?

  13. 上条当麻
    @4 years ago
    2066100

    怎么顺便把中国杨幂足球黑了一下…?

  14. Calibre
    @4 years ago
    2066108

    好高级的遥控飞……额 空间站

  15. llllllll
    @4 years ago
    2066120

    = =那几只超载鸡是在干什么

  16. 2066124

    儿:爹,我要一个ISS一样厉害的大玩具,快给我整。
    爹:我给你整了个更牛X的,全自动400公里轨道运行,分分钟击毁ISS。
    NASA:有个煞笔认领太空垃圾

    [64] XX [3] 回复 [0]
  17. 2066136

    居然全部都有鸡啊,第四幅还是黑化的小黄鸡。

  18. KFC神马的
    @4 years ago
    2066146

    推进器和陀螺仪
    这一段可以做在棒球棒上面 颜色相近会很隐蔽。

  19. feelings
    @4 years ago
    2066178

    人类碉爆了。。只有我这么觉得么。

  20. 公民小赵
    @4 years ago
    2066182

    千年古国有一个自己的太空站, 古国太空站前ISSS只是落后的纸老虎一块。美俄弱逼只会扎堆, 有本事自己弄个。

  21. 2066184

    空间垃圾来源一段有小小的错误。
    “还有好东西没人要的铱星系统,和俄罗斯人的废弃卫星,都是太空垃圾的主要来源。”
    原文说的是铱星33(事发时其实正在工作)和Cosmos 2251(毛国过期十几年的卫星)在2009年2月的无预警撞击产生的垃圾。

    顺便说一句现在还可以查到NORAD TLE轨道根数的风云1C可观测在轨残片2403块,Iridium33是390块,Cosmos2251是1088块

  22. 灾厄之焰
    @4 years ago
    2066252

    第三张的超载鸡好可怕………………………………

  23. 熊猫
    @4 years ago
    2066280

    我是来找超载鸡的

  24. whattheheck
    @4 years ago
    2066308

    终于在每张图片里都找到了超载鸡!

  25. 2066330

    Windows XP 气死他们

  26. xantippe
    @4 years ago
    2066404

    是不是只有我一个把“PDAM(碰到哎妈)”看成”哎哟妈呀”

  27. baibai12345
    @4 years ago
    2066430

    超载鸡到处抢镜头

  28. 2066442

    天朝被黑出翔了

  29. Polaris
    @4 years ago
    2066472

    没有人注意到那个棒球杆么?它才是赶走太空垃圾的秘密武器!

  30. 2066506

    反卫星的那个wiki链接,https是不必要的

  31. 爪机吐槽无力啊
    @4 years ago
    2066516

    太空人已经三次躲进那个罐头里三次了

  32. antique
    @4 years ago
    2066520

    《月光旅程》中对ISS应对太空垃圾的描述很详细

  33. 2066532

    超载鸡又调皮了

  34. 无知
    @4 years ago
    2066546

    原来是黑国足的……

  35. myfuther
    @4 years ago
    2066694

    真不错,耐心的看完了

  36. cat屎
    @4 years ago
    2066988

    邪恶的小黄鸡

  37. 2067220

    谁注意到第四张图左上角摆在机器上面的棒球棍么……?

    机器不灵光的时候来一记?

  38. Teo尘埃
    @4 years ago
    2067380

    啊这说明一个问题~为什么会乱掉垃圾呢,古国历史很久很久得出一个结论,垃圾是用来掉的而且很方便!

  39. 2067866

    所以大型的飞船,干脆就整个巨型的小行星,里头掏空了用好了。

  40. ultd_wind
    @4 years ago
    2068476

    建议将delta翻译为偏差或增量
    比如delta V是速度增量,delta数据是偏差数据
    我很不幸的学习了这个专业化。

  41. Junius_Lou
    @4 years ago

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