載人空間站的外殼有多厚？真相足夠擊破你的想象

瀚海狼山

最近這些年，載人空間站上出現(xiàn)人為打孔造成漏氣，或者因為不斷地對接撞擊造成金屬疲勞而讓空間站的外殼出現(xiàn)裂紋導致嚴重漏氣的現(xiàn)象經(jīng)常被報道。于是這里就有一個問題，載人空間站的外殼都是什么材料制作的？為何如此脆弱，動不動就漏氣？

其實，載人空間站和水下的潛艇一樣，都是把人放到一個完全封閉的殼子中，然后飛上天和潛下水;而不論到外太空還是到幾百米深的水下，人類如果沒有防護都是無法正常生存的。不過太空的環(huán)境和水下完全相反。水下的潛艇要抗壓，而太空中的載人空間主要是防止失壓。

潛艇和潛水器在水下每下降10米就增加1個大氣壓的壓力。到水下500米就已經(jīng)相當于51個大氣壓，因為計算時需要帶上1個天然大氣壓;而到水下7000米時已經(jīng)相當于701個大氣壓;到11 000米的深淵時則達到1100多個大氣壓，相當于1個無名指指甲蓋的面積就要承受1噸多的壓力。因此，不論潛艇還是載人的潛航器都必須有耐壓殼。耐壓殼用高強度鋼材和鈦合金制造，普遍厚度已經(jīng)在10厘米以上。潛航器上對外觀察的舷窗，則是用高強度的石英玻璃制造，而且呈現(xiàn)外口大內(nèi)口小的倒漏斗狀，這樣才能承受巨大的水壓。而且因為耐壓殼都很厚，金屬材料用得多，因此潛艇和潛航器都是比較重的。

而在太空飛行的載人系統(tǒng)則基本不承受外界的壓力。內(nèi)部只有1個大氣壓，主要防止往外漏氣，保證密封就可以了。而且用火箭往太空發(fā)射物體的成本極高。即使長征五號這種850噸級的火箭飛行一次，也只能往太空運輸25噸～29噸的實際有效載荷。因此，載人飛船或者載人空間站的外殼完全沒必要做得像潛艇的耐壓殼那么厚。只需要保持空間站或者飛船的正常剛度和不漏氣即可。

當然，像載人返回艙要承受返回時的高溫高壓和猛烈氣流的沖擊，因此有多層防熱措施，其外防熱殼與內(nèi)殼加起來也有十幾厘米的厚度，不過這是一種特例。大部分空間站上的艙室發(fā)射上去就沒準備再完整返回地球。除非有必要，則更可能用航天飛機捎帶回來。

航天飛機能耐熱耐沖擊是因為其主框架是鈦合金，外面又用耐熱陶瓷包裹。不過目前航天飛機都已經(jīng)退役。因此，目前所有的載人空間站都是一次性使用不再返回地球的。大多數(shù)有人活動的空間站艙段的主外殼仍然用鋁鎂合金制造，其厚度可能足夠讓大多數(shù)人驚訝。因為很多人也許認為，空間站的外殼厚度怎么也有5～10厘米，但實際上大多數(shù)空間站艙段的金屬外殼厚度還不到1厘米。如果想象不出1厘米以下的鋁合金外殼的厚度，那么可以到商場買個高壓鍋看看，兩者的厚度大同小異。

但是，為何空間站從外面看上去都很“敦實”呢？這是因為空間站艙段不僅只有一層鋁合金外殼，外面還包著多層防熱復合材料和惠普爾盾（美國天文學家惠普爾發(fā)明的一種簡單的屏蔽外殼）“裝甲”。當然，這里所謂的裝甲并非真裝甲，就是兩層薄皮之間夾著凱夫拉纖維而已。國際空間站主艙段的星辰號服務(wù)艙總質(zhì)量約為23噸，長13米，直徑4.35米，有4個對接口。放到地面上就相當于一個大油罐，而且里面還有大量的儀器設(shè)備。如此龐然大物一共才20來噸重，也暗示其是一個“薄皮大餡”的物體。

其實，很多載人航天器的外殼之薄都會讓外行很難想象。比如阿波羅飛船登月艙的上升段外殼，是僅僅3毫米厚的鋁合金，中間連氣閘艙都沒有，一旦漏氣，里面人的結(jié)局可想而知，但是為了減重，只能如此冒險。正因為空間站的外殼過于薄弱，才會出現(xiàn)可以用手鉆就能輕易打穿的現(xiàn)象。如果換了潛艇的耐壓殼，這樣的小插曲就一定不會發(fā)生了。