星际航线飞往国际空间站的惊魂之旅
环球新知
2025年04月02日 05:10

星际航线飞往国际空间站的飞行,远比我们大多数人想象的惊险得多。

NASA宇航员布奇·威尔莫在完成国际空间站上的长期科学任务后,抵达休斯敦约翰逊航天中心的埃灵顿机场,受到NASA宇航员里德·怀斯曼和伍迪·霍伯格的热烈欢迎。

去年夏天,当“星际航线”飞向国际空间站时,它有四个推进器失效。NASA宇航员布奇·威尔莫不得不手动操控飞船。但随着推进器接连失效,威尔莫也逐渐丧失了控制能力,难以将飞船朝预定方向飞行。

他和同伴宇航员苏尼·威廉姆斯知道他们的目标位置。星际航线已经飞到了距离空间站仅一步之遥的地方——那里是一个安全的避风港,但前提是他们要能抵达空间站。然而,如此多推进器的失效已经违反了任务的飞行规则。按照规定,他们此时应当掉头返回地球。因为继续接近空间站,对威尔莫和威廉姆斯,以及这座价值千亿美元的空间站上的其他宇航员来说,风险都太高。

但如果此时返回地球也不安全呢?

“我当时不确定我们是否还能返回地球,”威尔莫在采访中说,“我不知道我们能不能回去。事实上,我在想,我们很可能回不去了。”

星际航线宇航员与媒体见面

周一,威尔莫和威廉姆斯首次公开亮相,参加了在休斯敦约翰逊航天中心举行的新闻发布会。这是他们在两周前乘坐龙飞船返回地球以来首次面对媒体。发布会结束后,他们花了数小时接受来自世界各地记者的简短采访,每场约10分钟,讲述了他们的任务经历。我与他们二人也进行了交流。

许多问题都围绕任务结束时的政治风波展开——川普政府声称他们营救了因拜登政府而被困太空的宇航员。这个说法并不属实,但现役宇航员也不会对这种问题发表评论。他们对NASA,以及任命其领导的白宫都保持高度尊重,并且接受过不随意发言的训练。正如威尔莫在周一反复强调的那样:“这类事情我无可奉告,也不会回应。”

因此,当我在那天最后一次采访中见到威尔莫时——那是安排在下午4:55到5:05,在约翰逊航天中心一个小型演播室里进行的采访——政治话题并不在我们的谈话议程中。我真正想了解的是这段真实的经历,那些至今未被讲述的故事:驾驶“星际航线”到底是怎样的体验。毕竟,飞船推进系统的问题引发了一系列后续事件——最终NASA决定让“星际航线”空载返回地球,Crew-9任务的重新调整,并且导致他们在太空停留了九个月,一直到今年三月才返回地球。

我与威尔莫相识已有十余年。2014年,我有幸与他家人一同在哈萨克斯坦观看了他乘坐“联盟号”火箭升空。如今,我们都即将成为“空巢”家长——女儿都在读高中最后一年,很快就要升入大学。也许正因如此,威尔莫在这次采访中非常坦诚,愿意分享他在飞行中真实的经历与焦虑。我们远远超出了原定10分钟的采访时长,最终聊了将近半小时。

这真是一段惊心动魄的经历。

发射与寒冷的夜晚

波音的“星际航线”在执行首次载人任务前经历了多次推迟。这次任务搭载NASA宇航员布奇·威尔莫和苏尼·威廉姆斯,于2024年6月5日发射升空。推迟的原因包括阿特拉斯V火箭上面级的一个故障阀门,以及星际航线内部的氦气泄漏问题。

5月初的阀门问题导致任务出现了较长时间的延迟,威尔莫甚至提出返回休斯敦,继续在飞行模拟器中训练,以保持操作手感。最终,在天气良好的情况下,星际航线载人飞行测试从佛罗里达州卡纳维拉尔角成功发射。这是阿特拉斯V火箭首次进行载人发射,火箭配备了全新的双引擎半人马座上面级。

苏尼塔·“苏尼”·威廉姆斯说:“哇,发射太棒了。我们俩互看了一眼,就像在说,‘天啊,这一切太顺利了。’飞向太空的过程以及进入轨道的插入点火,一切都完美无瑕。”

巴里·“布奇”·威尔莫说:“在模拟训练中,总会有一些偏差,飞行轨迹会有些微小的变化。我之前执行过的航天飞机STS-129任务和‘联盟号’也是这样,轨迹总会不断修正。但这次ULA的阿特拉斯火箭完全正中靶心,一路都精准无比。这和我过去的预期以及经历完全不同,令人振奋,太棒了,真的。双引擎的半人马座上面级确实有个推力波动。我不确定ULA是否意识到了,但我们明显能感受到。我们是第一批乘坐它的人。一开始我们还在问,‘它这样波动正常吗?’但后来,这感觉反而变得有点令人安心。而且整个过程中,我们一直都在轨道线正中。”

在“星际航线”与阿特拉斯V火箭分离后,威廉姆斯和威尔莫进行了多项机动测试,对飞船进行了全面检验。在任务的第一天,这些初步测试中,星际航线表现非常出色。

威尔莫说:“控制的精度、对我想要达到的位置的响应能力,这些都非常出色。几乎没有、或者说几乎察觉不到的交叉控制。我从来没有给过操控质量打过‘一分’——这是用于将主观体验转化为量化评价的一种打分系统。在我参与的任何测试中,从未遇到过值得打‘一分’的,因为没一个系统配得上。但在这次的一些测试中,我差点就想给了。虽然最终还是没打‘一分’,但质量真的非常惊艳。”

完成这些测试后,宇航员们想要在第二天飞行前休息几小时,第二天要进行与国际空间站的重要接近和对接,比起发射或着陆,对这次任务来说,最具挑战性的部分,是靠近这一轨道实验室的过程——这将全面考验星际航线的操控能力和导航系统。

威廉姆斯说:“那晚我们在飞船里过夜,感觉有点冷。我们为了腾出空间带一些设备去空间站,把一些衣物留在了地面。所以我穿着一件小T恤、是件长袖T恤,结果冷得不行。我说,‘天啊,我好冷。’布奇也说,‘我也是。’最后我们把靴子穿上了,我还穿上了航天服。他看了也说,‘也许我也该穿上。’结果我们俩都穿上了航天服。可能是因为飞船里就我们两个人的缘故吧。”

星际航线的设计目标是将四名宇航员送往国际空间站,在轨道上停留六个月。但在这次初始测试飞行中,只有两名宇航员,也就意味着舱内缺少更多人体散发的热量。威尔莫估计,舱内温度大约在华氏50度左右(约摄氏10度)。

威尔莫说:“绝对是在50多华氏度,甚至可能更低。发射后我们忙着做各种测试,动来动去的,一开始还没注意到。一旦停下来,就感觉冷了。我们特意没带睡袋,我原本打算用绑带把自己固定在舱壁上。我穿了件卫衣和一条运动裤,心想应该没问题吧,结果完全不行,冷得要命。我甚至钻进了航天服,穿上靴子、手套,装备全套,但还是觉得冷。”

准备对接空间站

在断断续续睡了几个小时后,威尔莫决定起身活动活动,让血液流动起来。他查看了飞行计划,知道这一天将至关重要。威尔莫一直对飞船姿态控制系统(RCS)推进器的表现心存担忧。推进器共有28个,分布在星际航线服务舱的外部,飞船尾部四个均匀分布的“狗屋”(doghouses)中。

星际航线的推进器舱,外罩处于打开状态,绰号"狗屋"

每个“狗屋”中装有七个用于机动的小型推进器。每组推进器中,两个朝向飞船尾部、两个朝向前方,另外三个分布在不同的径向方向上,这些推进器对于完成对接操作至关重要。在2022年5月的无人试飞任务中,它们的表现曾出现问题,而威尔莫一直担心这些问题会再次出现。

威尔莫说:“飞行前我们和很多波音的高层开了会,包括首席工程师。[纳维德·侯赛因,波音防务、航天与安全部门的首席工程师。] 纳维德问我最担心什么?我说是推进器和阀门,因为在OFT任务(轨道飞行测试)中出现过故障。这些硬件你是拿不回来(星际航线的服务舱在返回地球前会被抛弃),所以你只能依靠数据和工程判断去推测,比如‘可能是异物堵塞’之类的问题。我说这就是我最担心的,因为我脑子里一直在想,‘如果推进器失效了,我们可能会陷入一种无法控制飞船的状态。’我当时就这么想的。结果天啊,你猜怎么着?这时第一个推进器失效了。”

与空间站处于对接状态的星际航线飞船,最上面的白色矩形凸起就是“狗屋”

飞行器在靠近空间站时,会参考两条假想的导航线。第一条是R-bar,即从地球中心指向空间站的半径线;“R”代表半径。第二条是V-bar,即空间站的速度矢量线。当“星际航线”靠近空间站、距离V-bar约260米时,由于推进器出现故障,威尔莫不得不接管飞船,进行手动操作。

威尔莫说:“当我们接近V-bar时,第二个推进器失效了。所以现在我们只剩下一个故障容限来维持6自由度控制。你明白这意味着什么吗?”

如果你从未驾驶过飞行器,这里可能会有点复杂。威尔莫所说的“6自由度控制”(6DOF)是指物体在三维空间中可能发生的六种运动:前后、上下、左右的平移,以及偏航、俯仰、滚转这三种旋转。依靠星际航线四个“狗屋”中的多个推进器,飞行员可以在这六个维度上精确操控飞船的姿态与位置。但当星际航线靠近空间站、仅剩几百米的距离时,第二个推进器也发生了故障。此时,飞船处于“单故障容限”状态,也就是说,只要再失效一个推进器,就可能无法完全控制飞船的运动。这种情况下,按规程必须中止对接任务。

威尔莫说:“我们进入了单故障容限状态,我当时心想,‘哇,我们按规定该离开空间站了。’因为我知道飞行规则。但我并不知道,飞行指挥官当时已经在讨论是否放弃这项规则——因为我们已经有两个推进器失效。而且我们也不知道为什么会失效,它们就是突然停机了。”

任务控制中心的无名英雄

在商业载人航天计划中,SpaceX和波音这两家为NASA提供运输服务的公司,拥有自行决定谁来操控飞船的权力。SpaceX选择在加州霍桑的公司总部设立控制中心,负责其龙飞船的运行。而波音则选择与NASA合作,由位于休斯敦约翰逊航天中心的任务控制中心操控“星际航线”。因此,在这一阶段,飞船由飞行指挥官埃德·范·赛斯(Ed Van Cise)负责指挥。这是他在NASA担任飞行指挥官15年来的收官之战。

威尔莫说:“谢天谢地,这些人是真正的英雄。请一定要把这句话写出来。什么是英雄?英雄是那种背上氧气瓶,冲进火场,把人救出来的人。这是大家眼中的英雄。但英雄也可以是那些在工位上默默钻研系统几十年,对自己负责的系统了如指掌的人。当情况紧急,根本来不及评估、来不及去和别人讨论‘你怎么看?’时,他们凭借深厚的专业知识,现场迅速制定出应对方案——这也是英雄。而在任务控制中心,这样的英雄不止一位。”

从外部来看,当“星际航线”在去年6月接近空间站时,我们所知甚少。通过NASA的对接过程网络直播,人们只能看到推进器似乎出了点问题,威尔莫被迫接管手动控制。但我们并不知道,在对接前的最后几分钟,NASA实际已经放弃了关于推进器失效的飞行规则。根据威尔莫和威廉姆斯的说法,那一刻,这场惊险之旅才刚刚开始。

威尔莫说:“我们进入了V-bar,我开始手动操控。然后——第三个推进器也失效了。失效的推进器都集中在同一个方向。我脑中开始构建推进器的分布图:我们失去了两个底部推进器。假如你失去的是上下两个推进器,还可以靠左右两侧的推进器继续机动。但如果失效的是非正交方向上的推进器,比如底部和左舷的,而你只剩右舷和顶部推进器,那就没法控制了,因为那是偏轴方向。我脑子里一边操控一边在分析这些情况,因为我了解这个系统。我们现在是失去了两个底部推进器、一个左舷推进器。此时我们已经进入‘零故障容限’状态——已经超过了飞行规则允许的极限,而且我还在手动控制。天啊,控制变得迟钝无比。跟第一天相比,这根本不是同一艘飞船。我还能保持控制吗?可以。但它已经完全不一样了。”

说到这里,威尔莫进入了更深层次的细节。

威尔莫说:“这部分你肯定还没听说过——我们遭遇了第四个推进器失效。现在,我们失去了6自由度控制。我们无法再向前推进了。我在其他方向上理论上还有控制能力,但我心里在想:F-18是电传操控系统,你通过操纵杆和油门发出指令,信号传输到计算机,计算机会判断:‘哦,他想要这么做,那我们稍微动一下副翼、调一下升降舵、拉一下方向舵’,最终保持平衡飞行。而我从没想过——‘星际航线’是怎么做到这种协调的?它是怎么维持整体姿态的?”

“我们现在的处境非常危险”

此时,威尔莫实际上已经无法完全控制“星际航线”了。但简单地放弃对接也不是一个理想的选择。推进器不仅对于完成对接至关重要,也同样用于飞船的制动点火和重返地球大气层的姿态调整。因此,威尔莫不得不思考:是继续冒险靠近空间站,还是尝试返回地球,哪个风险更大?威廉姆斯也在为同样的问题忧心。

威廉姆斯说:“我们两人之间有很多不需要说出口的交流,比如:‘嘿,我们现在处境非常危险。’我觉得我们两个都强烈地感受到:眼前这个空间站,是我们很想对接的地方。我们知道任务控制中心正努力保持与我们的通信,并试图发送指令。我们俩当时也在想,如果和地面失联怎么办?所以我们开始思考‘NORDO作战程序’(指飞行器在失去无线电通信情况下的应对方式)。虽然我们没有细说太多,但心里其实都达成了一致:我们应该飞向空间站。那里可能是我们此刻最该去的地方,因为我们不知道到底发生了什么,为什么推进器接连失效,也不知道解决办法是什么。”

威尔莫说:“那时我就在想,我们还能回地球吗?我不知道能不能。事实上,我在想,我们很可能无法返回地球了。所以我们当时的状况是:失去了6自由度控制,四个尾部推进器都失效了,我在脑中快速推演轨道力学的情况。空间站现在面朝下对着我们,我们并不是和它水平,而是处在它的下方。在轨道力学中,如果你在空间站之下,那你的轨道速度就比它快。这意味着你会逐渐远离空间站。我脑子里一直在思考这一切。我不知道我还剩下多少控制能力。如果再失去一个推进器怎么办?如果和地面失联怎么办?我该怎么办?”

除了维持飞船相对于空间站的位置之外,威尔莫此时还面临另一个重大挑战:必须让“星际航线”的飞船头部始终朝向空间站。

威廉姆斯说:“星际航线依靠一个视觉系统来对准空间站,它以空间站为参考框架。如果我们开始偏离那个方向、脱离对准——虽然系统允许一定的偏差范围——但一旦超过这个范围,就会自动中止任务。我们从未完全丧失对准空间站的状态,但确实有点开始偏离了。我觉得那时候我们两个都有些紧张,因为如果偏离过远,系统会自动中断对接程序。”

在“星际航线”28个姿态控制推进器中有4个失效之后,位于休斯敦的飞行指挥官范·赛斯(Van Cise)和他的团队决定,最好的方案是“重启”这些故障推进器——这本质上就像是把电脑关机重启,尝试用这种方式来排除故障。但要执行这个操作,就意味着威尔莫必须放开控制系统,不再手动操控飞船。

想象一下这种情景:你正在逐渐漂离空间站,努力保持稳定姿态;而空间站,是你唯一的生命线。因为一旦失去对接能力,想要安然返回地球的机会就非常渺茫。而这时,有人告诉你:放开控制杆。

威尔莫说:“要放开操控可不是件容易的事。我对轨道交会的动力学了如指掌,这方面的经验可以追溯到几十年前。[威尔莫是仅有的两位仍在役、拥有航天飞机手动驾驶经验的NASA宇航员之一。] 雷·比戈内塞是我们的交会操作官。太有干劲了。主要是他,但我也参与了,这些年我们一起努力开发手动交会的能力。他是个志愿消防员。有一次他说:‘嘿,我星期六早上5点半下班,你能在模拟器等我吗?’于是我们周六见面训练。我们从没想过要演练‘四个推进器失效’这种情况——谁会想到,而且还都在同一个方向?但我们当时就是在训练、在尝试,在做各种情况演练。这些,都是准备的一部分。”

正是这些训练,让威尔莫感到自己是最适合操控“星际航线”的人,他并不愿轻易放弃控制权。但最终,在判断飞船暂时足够稳定后,威尔莫向任务控制中心报告:“我松手了。”几乎就在同一时刻,飞控人员向“星际航线”发送指令,强制接管飞控系统,重新启动那些已被关闭的推进器。四个失效推进器中,有两个恢复了功能。

威尔莫说:“这样我们又恢复到了‘单故障容限’状态。但接着,第五个推进器失效了。要是这第五个推进器在前四个还没恢复的时候就出问题,那会发生什么我真的不知道。我相信是上帝的眷顾,在第五个推进器失效前,让那两个推进器恢复了工作。但这下我们又回到了‘零容错’状态。我还能继续控制飞船,不过依然很迟钝。不只是从操控反馈来看不一样,连听觉上都能察觉——推进器在点火时,阀门开关的声音,像机关枪一样突突突。”

“我们很可能没法乘星际航线回家了”

任务控制中心决定再次尝试恢复故障推进器。在威尔莫再次松手停止手动操控后,这次操作成功了,只有一个推进器还有故障,其它所有推进器都恢复了功能。此时,飞船终于可以按预期那样,自动完成飞行。可当飞控要求威尔莫将飞船交还给自动系统,完成与空间站的最后对接时,他依然感到犹豫不安。他担心,一旦进入自动模式,飞船可能就无法再切回手动模式了。在经历了这么多问题之后,他只想确保如果出现问题,他必须能够重新接管控制。

威尔莫说:“我当时非常犹豫。在早期的模拟训练中,我就跟飞行指挥官说过:‘如果到了必须交给自动系统的地步,我可能不会交。’他们也理解,因为如果由我掌控的模式是可行的,我就不想放弃。但因为推进器大多数恢复了,我心想,‘好吧,也就差一个了。’这些念头在我脑子里实时飞转。最终我还是交出了控制。然后,当然,我们成功对接了。”

威廉姆斯说:“我当时超级开心。如果你还记得直播画面,我们进入空间站时,我还跳了个小小的快乐舞。一方面当然是因为我真的很喜欢上太空,能和空间站上的朋友们团聚特别开心;另一方面,是因为星际航线真的完成了对接。我当时心里的感觉是:‘呼——终于可以松一口气了,现在该搞清楚到底发生了什么了。’”

“我们团队里有很多非常优秀的人。团队规模很大——商业载人航天计划、NASA的工程师、波音的工程师,大家都在努力搞清楚到底发生了什么,思考我们需要做些什么,才能让我们最终乘这艘飞船回家。那时我们也意识到,这事儿不会很快解决。在这个行业里,一切都需要时间,你懂的,因为我们必须确保每一个‘T’都划好,每一个‘I’都点清楚,不能有疏漏。我认为,在那个夏末做出的决定是正确的——我们当时还没有完全搞清楚情况,所以我们有必要冒那个风险吗?答案是否定的。”

威尔莫补充说,在成功与空间站对接之后,他基本就已经意识到,“星际航线”大概不会是他们的回程工具了。

威尔莫说:“我当时就想,‘我们可能暂时回不去地球了,至少不是乘这艘飞船。’我打的第一个电话之一是打给文森特·拉科特——国际空间站的飞行指挥官,也是决定放弃推进器失效飞行规则的人之一。我问他:‘好吧,那这艘飞船现在还是我们的避难所吗?’”

虽然这种情况发生的可能性很小,但如果威尔莫和威廉姆斯在轨道上时,空间站突发严重紧急情况,他们该怎么办?是该撤回“星际航线”进行应急撤离,还是挤进空间站上的其它飞船中?可问题是,那些飞船并没有他们的专属座位或航天服。文森特·拉科特表示,就当前而言,“星际航线”应作为他们的应急避难所。

随后,NASA和波音围绕“星际航线”是否适合将宇航员安全送回地球,展开了一系列漫长的会议和评估。对外,NASA和波音始终公开表示对飞船的返回能力有信心。但刚刚经历过那段惊险旅程的威廉姆斯和威尔莫,心里却并不这么认为。

威尔莫说:“我是非常怀疑的,就因为我们经历过的一切。我实在看不出我们有能力让它完成返回。我当然希望能成功,但要做到‘是的,我们可以乘它回家’,那真的太难了。”

最终,他们没有乘“星际航线”回家。

两位宇航员最终乘坐SpaceX龙飞船返回了地球,溅落时周围有海豚来迎接

原作者:Eric Berger