Tingkap Shenzhou 20 retak, memaksa pertukaran kapal angkasa dan menonjolkan risiko serpihan orbit

Angkasawan bertukar kapal selepas tingkap Shenzhou 20 rosak

China membawa pulang tiga angkasawan ke Bumi dengan selamat selepas insiden yang tidak dijangka di orbit. Jurutera menemui retakan halus pada tingkap kapsul kepulangan Shenzhou 20, kerosakan yang menurut pengurus misi berkemungkinan besar disebabkan oleh cebisan kecil serpihan angkasa. Daripada menaiki kapal mereka sendiri untuk pulang, kru bertukar kepada kapal Shenzhou 21 yang baru tiba, yang baru sahaja membawa pasukan seterusnya ke stesen angkasa Tiangong. Pertukaran luar biasa itu, seminggu selepas tarikh berlepas yang dirancang, menunjukkan bagaimana serpihan sekecil milimeter pun boleh mengancam penerbangan angkasa berawak.

Ketiga-tiga angkasawan mendarat di kawasan pendaratan Dongfeng di Mongolia Dalam pada kira-kira 3:40 pagi waktu Timur pada 14 Nov selepas 204 hari di orbit rendah Bumi. Komander Chen Dong bersama rakan sekru Chen Zhongrui dan Wang Jie keluar dari kapsul dalam keadaan baik. Mereka pada asalnya dijadualkan berlepas pada 5 Nov, dengan tempoh pertindihan singkat bersama kru Shenzhou 21 yang berlabuh pada 31 Okt untuk memulakan giliran tugas enam bulan seterusnya.

Pengawal misi menangguhkan kepulangan selepas kerosakan itu disahkan dan mendapati Shenzhou 20 tidak lagi memenuhi syarat keselamatan untuk memasuki semula atmosfera. Agensi Angkasa Lepas Berawak China berkata kapal angkasa itu akan kekal berlabuh pada stesen bagi menyokong kerja di orbit. Agensi itu merancang menghantar kapal seterusnya dalam siri berkenaan, Shenzhou 22, pada masa yang sesuai untuk meneruskan operasi dan menyediakan semula kapal kepulangan sandaran bagi kru baharu.

Apa yang berlaku di Tiangong?

Shenzhou 20 dilancarkan pada 24 Apr dan menjadi laluan kru ke orbit, serta kapal yang dirancang untuk membawa mereka pulang. Semasa pemeriksaan rutin sebelum berpisah dari stesen, pasukan mengenal pasti retakan halus pada kaca tingkap kapsul kepulangan. Tingkap pada kapal angkasa berawak sengaja dibuat kecil. Tingkap itu membolehkan pemeriksaan visual terhadap bahagian luar kenderaan dan persekitarannya, tetapi lebih terdedah berbanding badan tekanan yang tebal dan perisai berbilang lapisan. Penemuan walaupun retakan kecil mendorong analisis yang lebih mendalam.

Ancaman tepat pada tingkap kecil

Tingkap kapal angkasa dibina dengan beberapa kepingan kaca dan penutup pelindung sebagai langkah sandaran. Pada banyak kenderaan, tingkap itu menggabungkan lapisan kaca atau silika terlakur, dengan kepingan dalaman yang menahan tekanan dan kepingan luaran untuk menahan serpihan. Pada kelajuan orbit, serpihan sebesar butiran boleh membawa tenaga setara peluru. Retakan yang kelihatan stabil dalam persekitaran bertekanan yang tenang boleh membesar akibat haba, getaran dan perubahan tekanan semasa kemasukan semula. Membaiki tingkap struktur di orbit tidak praktikal, dan menguji pembaikan sebelum kapsul menghadapi tekanan tinggi ketika turun adalah mustahil. Sebab itulah jurutera menganggap walaupun retakan kecil tidak boleh diterima bagi kepulangan kru berawak.

Pendaratan dan pencapaian misi

Walaupun rancangan diubah pada saat akhir, misi itu mencapai matlamat utamanya. Para angkasawan menjalankan kerja sains, penyelenggaraan dan jangkauan sepanjang tempoh misi yang menghampiri tujuh bulan. Mereka melakukan empat aktiviti berjalan di angkasa, memasang perisai serpihan dan perkakasan luaran pada stesen. Rakaman menunjukkan kru dalam keadaan sihat selepas mendarat di Dongfeng. Misi itu turut membawa muatan kecil sains hayat, termasuk tikus yang digunakan untuk mengkaji penyesuaian terhadap mikrograviti, yang dibawa pulang untuk analisis selepas penerbangan.

Mengapa kru bertukar kapal angkasa dan bukannya membaiki tingkap

Keputusan itu dibuat berdasarkan risiko. Retakan pada tingkap Shenzhou 20 kecil, tetapi kapsul akan terdedah kepada pemanasan aerodinamik dan beban tekanan yang besar semasa proses kepulangan. Tiada cara untuk mengesahkan tampalan di orbit bagi komponen sepenting itu. Pilihan yang lebih selamat ialah membiarkan Shenzhou 20 berlabuh dan menghantar kru pulang menaiki Shenzhou 21, kapal yang baru sahaja membawa kru seterusnya ke Tiangong.

Pemimpin program menjelaskan bahawa keselamatan menjadi asas keputusan itu. Pejabat Kejuruteraan Angkasa Lepas Berawak China menyifatkan pendekatan mereka sebagai mengutamakan nyawa dan keselamatan. Mengekalkan Shenzhou 20 di orbit juga membolehkan jurutera memantau perubahan kerosakan dari semasa ke semasa, sekali gus memberi peluang mengkaji kesan hentaman sebenar dalam persekitaran angkasa.

Kekosongan kapal penyelamat dan rancangan China untuk mengatasinya

Dengan Shenzhou 21 kini kembali ke Bumi, kru yang berada di Tiangong buat sementara waktu tidak mempunyai kapal kepulangan yang berlabuh di stesen. Program penerbangan angkasa berawak membuat persediaan untuk senario ini. China mengekalkan roket Long March 2F dan kapal angkasa Shenzhou pada tahap kesiapsiagaan tinggi di Pusat Pelancaran Jiuquan. Dalam keadaan pengaktifan terbaik, pasukan boleh menyediakan pelancaran kecemasan dalam kira-kira 8.5 hari. Agensi itu juga berkata Shenzhou 22 akan dilancarkan tanpa kru pada masa yang sesuai, sekali gus menyediakan semula kapal penyelamat di stesen untuk pasukan baharu.

Risiko serpihan angkasa menjadi tumpuan

Insiden itu mengembalikan perhatian dunia kepada masalah global. Orbit Bumi mengandungi lebih daripada tiga puluh ribu objek yang dijejaki, bersaiz lebih sepuluh sentimeter, selain ratusan ribu serpihan lebih kecil yang terlalu kecil untuk dijejaki tetapi cukup besar untuk merosakkan kapal angkasa. Segala-galanya di orbit rendah Bumi bergerak pada kelajuan kira-kira 7 hingga 8 kilometer sesaat. Serpihan kecil boleh meninggalkan lekuk pada tingkap, mengoyakkan saluran radiator atau menebuk dinding nipis. Pengendali Tiangong dan Stesen Angkasa Antarabangsa kerap menghidupkan pendorong untuk mengelak serpihan yang diramalkan oleh rangkaian penjejakan akan melintas terlalu dekat.

Sejarah terkini menunjukkan bagaimana satu hentaman boleh mengubah perjalanan misi. Sebuah objek kecil menghentam kapal angkasa Soyuz MS 22 Rusia yang berlabuh di Stesen Angkasa Antarabangsa pada 2022 dan menyebabkan bahan penyejuknya bocor. Kejadian itu menambah beberapa bulan kepada tempoh kru berada di orbit sementara kapal gantian disediakan. Frank Rubio dari NASA mencatat rekod Amerika Syarikat selama 371 hari di angkasa dalam tempoh tersebut. Pada 2024, dua angkasawan NASA tinggal jauh lebih lama daripada yang dirancang di stesen ketika kapal angkasa ujian mereka masih dinilai susulan masalah pendorong. Kelewatan panjang jarang berlaku, namun menunjukkan bagaimana keadaan dinamik di orbit boleh mengubah rancangan penerbangan.

Asal-usul serpihan

Kebanyakan sampah orbit ialah kesan aktiviti selama berdekad-dekad. Peringkat atas roket pernah meletup selepas baki bahan api bertindak balas dengan bahan pengoksida. Satelit pernah pecah apabila baterinya rosak menjelang akhir hayat. Ujian senjata juga menghasilkan awan serpihan. Pada 2007, China memusnahkan satelit cuaca Fengyun 1C yang telah bersara dalam ujian antisatelit dan menghasilkan ribuan serpihan yang masih mengelilingi Bumi. Beberapa kejadian pemusnahan lain dalam beberapa tahun kebelakangan ini turut menghasilkan serpihan masing-masing. Prinsipnya mudah. Sebaik sahaja serpihan berada dalam orbit yang stabil, graviti mengekalkannya bergerak sehingga ia perlahan-lahan jatuh semula ke atmosfera.

Langkah yang boleh diambil sekarang

Pengendali boleh mengurangkan risiko dengan mencegah pembentukan serpihan baharu dan menamatkan misi secara teratur. Menyahaktifkan bateri dan tangki sebelum satelit bersara, menggunakan orbit lebih rendah yang mereput dengan lebih cepat, serta melakukan pembakaran pelupusan untuk mengeluarkan satelit dari orbit, semuanya termasuk dalam garis panduan semasa. Amalan yang digunakan secara meluas meminta pengendali mengeluarkan satelit dari orbit rendah Bumi dalam tempoh 25 tahun, dan beberapa agensi menggesa tempoh yang lebih singkat. Beberapa kumpulan sedang menguji alat pembersihan aktif, termasuk pencengkam robotik, jaring, layar seretan dan tambatan yang meningkatkan seretan atmosfera. Kaedah ini menunjukkan potensi dalam demonstrasi, tetapi belum ada yang bersedia untuk diperluas mengikut skala masalah. Penyelarasan trafik yang lebih baik dan penjejakan lebih tepat juga akan membantu kru merancang gerakan mengelak yang lebih selamat.

Stesen angkasa dan cita-cita China

Tiangong ialah pos luar angkasa tiga modul yang mencapai konfigurasi asasnya pada 2022. Stesen itu menempatkan tiga angkasawan selama enam bulan dan boleh menampung enam orang ketika pertukaran kru yang singkat. Jisim stesen itu kira-kira satu perlima daripada Stesen Angkasa Antarabangsa. Perancang program telah membincangkan penambahan modul serta teleskop angkasa besar yang akan terbang di orbit berdekatan untuk tujuan penyelenggaraan. China menyatakan hasrat untuk mendaratkan angkasawan di Bulan sekitar 2030 dan memberi isyarat bahawa negara itu akan mengalu-alukan pelawat antarabangsa ke Tiangong, termasuk penerbangan yang dirancang untuk seorang angkasawan Pakistan.

Reka bentuk untuk orbit yang sesak

Mengendalikan stesen di laluan orbit yang sibuk memerlukan beberapa lapisan perlindungan dan prosedur. Tiangong menggunakan perisai untuk memecahkan zarah kecil sebelum zarah itu menghentam dinding tekanan. Kru memasang plat tambahan semasa aktiviti berjalan di angkasa apabila perkakasan berubah. Pemeriksaan berkala pada kawasan sensitif, termasuk tingkap, merupakan sebahagian daripada rutin. Ketahanan turut bergantung pada operasi. Mengekalkan kapal kepulangan yang berlabuh, menyediakan keupayaan pelancaran penyelamatan segera dan mengurus bekalan untuk menampung tempoh singkat dengan enam orang di dalam stesen semuanya menambah margin keselamatan kepada program itu.

Langkah seterusnya bagi Shenzhou 20 dan operasi stesen

Buat masa ini, Shenzhou 20 kekal di orbit dan berlabuh pada Tiangong. Agensi itu berkata kapal berkenaan akan digunakan untuk menyokong eksperimen di orbit. Setelah tugasnya selesai, pengawal dijangka mengarahkannya memasuki semula atmosfera secara terkawal di kawasan lautan terpencil, kaedah standard untuk melupuskan kapsul kru dengan selamat dan mengelakkan serpihan baharu. Pengurus akan menyelaraskan rancangan itu dengan ketersediaan pelabuhan dok bagi memastikan ruang mencukupi untuk kargo yang tiba dan Shenzhou 22 tanpa kru.

Jadual penting untuk dipantau

Pencapaian utama ialah pelancaran dan proses berlabuh Shenzhou 22 tanpa kru serta penyahorbitan Shenzhou 20 kelak. Kejayaan Shenzhou 22 berlabuh akan menyediakan semula laluan pulang untuk kru yang kini berada di stesen. Penerbangan logistik akan terus memastikan bekalan bahan api, makanan dan keperluan penyelidikan di Tiangong mencukupi. Program itu mengekalkan pilihan pelancaran kecemasan sekiranya bantuan segera diperlukan.

Suara daripada misi

Selepas mendarat, komander misi Chen Dong merenungkan pengalaman itu dan sebab kru menerima risiko yang datang bersama penerbangan angkasa.

Perjalanan manusia meneroka angkasa bukanlah mudah. Ia penuh dengan kesukaran dan cabaran, dan itulah juga sebabnya kami memilih untuk menempuh perjalanan ini.

Pengurus program turut merumuskan prinsip panduan mereka. Pejabat Kejuruteraan Angkasa Lepas Berawak China menyifatkan keputusan mereka sepanjang insiden itu sebagai mengutamakan nyawa dan keselamatan.

Perkara Utama

• Kapsul kepulangan Shenzhou 20 mengalami retakan halus pada tingkap, berkemungkinan akibat serpihan angkasa.
• China menangguhkan kepulangan yang dirancang pada 5 Nov dan membawa pulang kru menaiki Shenzhou 21 pada 14 Nov.
• Pendaratan berlaku di tapak Dongfeng di Mongolia Dalam selepas 204 hari di orbit.
• Shenzhou 20 kekal berlabuh pada Tiangong untuk menyokong kerja di orbit dan akan dikeluarkan dari orbit kemudian.
• Tiangong buat sementara waktu tidak mempunyai kapal penyelamat yang berlabuh. Shenzhou 22 tanpa kru akan dilancarkan untuk menyediakan semula kapal itu.
• Kes ini menonjolkan bahaya yang semakin meningkat daripada serpihan kecil yang tidak dapat dijejaki.
• China berhasrat memperluas Tiangong dan mengekalkan penghunian berterusan sambil meneruskan matlamat pendaratan di Bulan.