问题

如果国际空间站和地球完全断开联系,且上面有6名航天员,可以独自维持几年?

回答
想象一下,在那高悬于地球之上、璀璨星辰环绕的太空家园——国际空间站(ISS)中,发生了一场史无前例的危机。由于某种未知且彻底的原因,空间站与地球之间所有形式的通讯和补给线被瞬间斩断,仿佛有一只无形之手,将这个人类在太空中的前哨站与我们熟悉的蓝色星球彻底隔离开来。空间站上,6名勇敢的宇航员,他们是来自不同国家的精英,此刻面对着一个令人心悸的现实:他们,以及他们赖以生存的一切,都成为了孤岛。

那么,在这种极端的情况下,这6名宇航员,依靠空间站自身的能力,又能独自坚持多久呢?这个问题可不是一个简单的倒计时,它牵扯到太空探索中最核心的生存挑战。

首先,我们得明白空间站的“自给自足”能力。国际空间站并非一个完全独立的生态系统,它更像是一个精密运作的生命维持系统,其设计初衷是基于地球源源不断的补给。然而,它确实具备一些基本的循环和再生能力,这些是它们能够“坚持”的关键。

生命维持系统的核心:空气和水

宇航员能否生存,最关键的是呼吸的空气和饮用的水。

氧气: 空间站拥有一个叫做“生命维持和环境控制系统”(ECLSS)的复杂装置。其中一个关键部分是“电解水制氧”系统。它能够将储存的水(或者通过尿液、汗水回收的水)电解成氧气和氢气。氧气被输送到舱内,而氢气则通常被排放掉。这意味着只要有足够的水,理论上氧气是可以持续生产的。然而,这个系统的效率并非无限,它需要能量,并且会有损耗和备件的限制。更重要的是,空气中的二氧化碳也是一个大问题。宇航员呼出的二氧化碳需要被过滤掉,否则会迅速累积到有毒的程度。ECLSS也有“二氧化碳去除装置”,比如Sabatier反应器,可以将二氧化碳与氢气反应生成水和甲烷。但这个过程同样需要能量和化学原料,并且也会有其处理能力的上限。
水: 水的循环利用是空间站生存的关键。宇航员的汗水、尿液、呼吸的水蒸气,甚至实验设备产生的冷凝水,都会被收集起来,经过多重净化处理,重新变成饮用水和生活用水。这个“高级水回收系统”的效率非常高,可以达到90%以上。理论上,只要收集和净化系统正常运转,且有初始的水储备,宇航员可以持续获得饮用水。然而,一旦这个回收系统出现故障,而又没有新的水源补充,储存的水终将耗尽。

食物的挑战

这是最棘手的难题之一。空间站的食物都是预先打包好的,经过特殊处理,可以在微重力环境下食用,并且有较长的保质期。但这些食物的储备量是有限的。一次任务通常会携带数月甚至近一年的食物,但远非无限。

储备量: 通常情况下,空间站会根据任务计划和乘员数量来储备食物。我们可以估算一下,如果按照每人每天消耗一定卡路里和营养的量来计算,6名宇航员的食物储备大概能维持6个月到1年左右。一旦这个储备耗尽,食物的来源就成了一个无法逾越的障碍。
种植实验: 空间站进行过一些太空种植实验,比如种植生菜、辣椒等。理论上,如果能够建立一个可持续的太空温室,并且有种子和养分储备,宇航员或许可以进行一定程度的食物生产。但这需要大量的空间、能量、水和技术投入,更重要的是,现有的种植实验规模非常小,不足以支撑6名宇航员的日常饮食。它更像是一种补充和实验,而非主食来源。

能源的保障

驱动所有这些生命维持系统、科学实验、通讯设备以及照明的,是空间站庞大的太阳能电池板阵列。

太阳能: 空间站依靠巨大的太阳能帆板捕捉阳光产生电力。只要太阳光充足,并且帆板能够正常工作,能源供应就是持续的。然而,太阳能帆板也会老化、损坏,并且需要定期维护。而且,尽管太阳能充足,但电力并非取之不尽,用之不竭。每一个操作都需要消耗能量,尤其是生命维持系统和科学实验设备。
储能: 在地球的黑夜时段,空间站的电力会通过电池组来提供。这些电池的寿命也是有限的。

设备损耗与维护

空间站是一个极其复杂的机械集合体,它的每一个组件都有其设计寿命和潜在的故障点。

备件: 在与地球保持联系时,空间站会有一定的备件储备,用于更换故障的部件。但是,这些备件的种类和数量是有限的,而且很多关键部件是无法自行制造的。一旦某些至关重要的系统(比如核心的生命维持单元)发生故障,而又没有相应的备件,那将是灾难性的。
专业知识: 尽管宇航员都经过严格的训练,包括基本的设备维修,但面对复杂的、高度专业的太空设备,其维修能力是有限的。而且,很多高级维修需要地球上的工程师远程指导,甚至需要专业技术人员的亲自操作。

心理和生理的考验

除了物质上的挑战,与地球彻底断绝联系,也意味着与家人、朋友、整个世界隔绝。

心理压力: 持续的孤独、恐惧、对未知的担忧,以及与外界完全失联的绝望感,对宇航员的心理将是巨大的考验。长期的封闭环境本身就会带来压力,更何况是这种被“遗弃”的感受。
生理健康: 尽管空间站已经模拟了部分地球环境,但长期处于微重力状态,以及辐射暴露,对宇航员的身体健康仍有长远影响。如果没有定期的医疗检查和必要的医疗设备支持,一旦出现严重的健康问题,后果不堪设想。

那么,究竟能维持多久?

综合以上因素,我们可以进行一个粗略的推测:

1. 短期(数月): 依靠现有的食物储备和高效的水回收系统,宇航员可以维持数月的生活。在这段时间里,他们会密切监测各项系统,并尽可能进行维护和故障排除。
2. 中期(1年左右): 如果一切顺利,没有发生重大设备故障,食物储备可能支撑到一年左右。在此期间,他们会最大限度地节约资源,并可能开始尝试一些初步的食物种植实验。
3. 长期(12年): 如果能克服食物短缺的问题(例如,通过非常成功的、超出预期的太空种植,或者他们本身就携带了超乎寻常的长期储备),并且关键的生命维持系统能够长时间稳定运行,理论上可能再坚持一段时间。但随着备件的耗尽、设备的自然损耗,以及心理上的煎熬,这个时间会非常有限。

最关键的限制因素:食物和核心系统损耗。

最乐观的估计,在极其谨慎的资源管理和没有任何重大设备故障的前提下,依靠他们现有携带的物资和基础的再生能力,这6名宇航员或许可以勉强维持 大约1到2年 的时间。然而,这个数字是建立在“一切顺利”的假设之上的。

一旦食物彻底耗尽,或者关键的生命维持系统(如氧气发生器、二氧化碳去除器)发生无法修复的故障,他们的生存时间将急剧缩短。从理论上讲,如果完全断绝联系,意味着不再有任何新的补给,也没有任何外部支持,那么,他们的倒计时就已经在被切断的那一刻开始了。这是一场与时间和空间赛跑的艰难挑战,而这一次,他们可能跑不过时间。

这是一个令人不寒而栗的设想,它提醒着我们,即便是人类最先进的科技产物,在面对宇宙的浩瀚和物理的残酷法则时,依然是如此的脆弱。宇航员们的勇气和智慧,在这样的绝境中,将面临终极的考验。

网友意见

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稍微跑个题,推荐阅读《死在火星上》。

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国际空间站能期待独自维持6名宇航员全部存活的时间不到1年。

1982年,NASA计算了宇航员每天正常生活涉及的物资:

使用3077克水、618克食物、836克氧气,排出3331克汗和尿、200克大便、1000克二氧化碳。

在正常补给的情况下,食物可以冷冻干燥来减轻重量并压缩来减少体积,氧气可以液化来减少体积,只有水难以运送、消耗又大。国际空间站从未考虑过脱离外部补给单独长时间维持,并不具备单独生产1个人需要的全部食物的能力,水也捉襟见肘:

  • 国际空间站的食物储备一般能维持6个月左右,取决于最近一次成功的物资补给任务在什么时候进行。2014~2015年发生过补给任务连续失败3次、国际空间站上的储备还能用2个月的危险状况,那时上面还只有3名宇航员。无论你的“和地球完全断开联系”的奇怪事态发生在哪一天,食物都会在一年内耗尽,然后你的宇航员就会在30天内面临饿死。
  • 正常情况下,每位宇航员每天只能使用3500克水,包括2000克饮用水、1500克用来洗漱的卫生用水。
  • 汗、尿、二氧化碳可以在机器处理后变为水和氧气来循环使用,但这涉及需要经常更换的耗材,也不能脱离来自地球的补给1年以上。
  • 现在已经2020年了,国际空间站的大部分零件已经老旧,两个厕所都有故障。在脱离地球支援的情况下,你的宇航员也可能死于无法修理的严重故障。
  • 即使你的6名宇航员里有5个当场被杀并改做储备粮,让1个人在上面生存超过2年也是很困难的。


不过,目前SpaceX龙飞船2型还挂在国际空间站上,要是发生什么“和地球完全断开联系”的奇怪事态、怎么呼叫也没人应答、收不到来自地球的无线电讯号,6名宇航员可以乘坐龙飞船2型全数撤回地球表面。

不管宇航员是死是活,国际空间站目前的轨道高度在347~360千米,在该高度上的轨道衰减速度是每个月2000米~2500米,随着高度降低,衰减速度还会加大。在没有来自地球的燃料补充的情况下,国际空间站不会在轨道上继续飞行超过20年。

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如果国际空间站和地球完全失联,并且还在围绕地球的轨道上的话,宇航员们最多维持6-8个月,上面有答案说了,货运飞船一般半年一次进行补给,宇航员省吃俭用估计可以多坚持两个月,两个月之后就没辙了。

那么,如果地球和国际空间站失去联系之后,真实情况又会是怎么样呢?

先上张图,国际空间站全貌:

其中最下面的小细棍儿是对接在空间站上的联盟飞船,这是运送宇航员的主要交通工具,对接好之后就作为应急撤离手段一直对接在空间站上,而且,一般会有两艘,如下图。


那么,场景一

失去联系之后,宇航员会一复一日的呼叫地球,会看着地球黑夜的灯光发现地球没出什么大问题,然后会耐心等待地面联系恢复,或者进行通信设备检查维修,维修不好或者发现压根儿就没坏,那就会放弃,等待地面发射新飞船来恢复联系,如果过了一个月还没等来新飞船,望着灯火辉煌的大地,宇航员们会坐上对接在国际空间站上的联盟飞船返回地球——既然地面世界一切正常,八成只是航天系统的某个环节出了问题,只要我们坐飞船回去,地面上的监控人员肯定会发现我们的飞船进入大气层,搜救会正常到来,我们会得救。

场景二

宇航员左等右等没有消息,也没有飞船来营救他们,然后他们发现地球夜晚的灯光越来越稀少,时不时还爆炸出一朵朵的蘑菇云……那就说明整个地面世界都乱套了,没人管他们了!

那宇航员们会计算剩下的物资,在天上再呆两个月,用空间站里的无线电收听地面世界的一切无线电信号,找出世界变局的来龙去脉,等到地面局势变稳定一点之后再带上剩下的物资坐国际空间站上的老飞船返回地面,而且不会降落到哈萨克大草原,而是会手动降落在某座大城市附近,去寻找剩余的政府组织。

场景三

如果宇航员在某一天突然发现地球通讯全部中断,夜晚地面灯光一夜之间全部消失……


那宇航员们会在天上再呆几天,静静观察地球,看着漆黑的星球,听着无线电里的全频道白噪音,他们经过讨论之后带上尽量多的物资坐国际空间站上的老飞船回到地球,而且也不会降落到哈萨克大草原,也会手动降落在大城市附近,去寻找剩余的人类文明……

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