China Akan Membawa Pulang Shenzhou 20 yang Rosak Tanpa Angkasawan Selepas Cermin Tingkap Retak

Masalah luar biasa di tengah misi dan hentaman serpihan yang pantas

China akan menghantar pulang kapal angkasa Shenzhou 20 yang rosak ke Bumi tanpa angkasawan untuk pemeriksaan terperinci, selepas cermin tingkap yang retak memaksa keputusan pertama membatalkan kepulangan di tengah misi dalam program penerbangan angkasa lepas berawak negara itu. Keputusan itu menyusuli seminggu operasi kecemasan di sekitar stesen angkasa Tiangong bagi membawa pulang kru dengan selamat dan menyediakan semula wahana kecemasan untuk pasukan yang masih berada di orbit.

Anomali itu dikesan pada 5 Nov. semasa pemeriksaan rutin sebelum kapal berpisah daripada stesen. Angkasawan melihat kecacatan kecil di tepi cermin tingkap kapsul kepulangan. Imej susulan dari pelbagai sudut dan daripada kamera luaran di Tiangong menunjukkan bahawa kecacatan itu ialah retakan sebenar, bukannya sisa pada permukaan. Jurutera memutuskan bahawa kepulangan bersama kru membawa risiko yang tidak boleh diterima, kerana retakan pada kapsul kemasukan semula bertekanan boleh merebak akibat tekanan dan haba.

Tiga angkasawan Shenzhou 20 baru sahaja menamatkan giliran tugas selama enam bulan di Tiangong. Mereka sepatutnya berlepas mengikut jadual, tetapi sebaliknya menunggu selama sembilan hari untuk kapal gantian, kemudian menaiki Shenzhou 21 untuk perjalanan pulang. Pendaratan mereka di tapak Dongfeng di Mongolia Dalam menamatkan tempoh paling lama kru China berada di orbit secara berterusan setakat ini, iaitu sedikit lebih 200 hari.

Shenzhou 20 yang rosak masih berlabuh di stesen. Kapal itu akan diarahkan untuk berpisah daripada stesen dan memasuki semula atmosfera tanpa kru supaya jurutera dapat mengkaji tingkah laku cermin tingkap yang retak ketika fasa kepulangan yang mengalami tekanan tinggi serta mengumpulkan data penerbangan untuk reka bentuk masa depan. Ji Qiming, jurucakap Agensi Angkasa Lepas Berawak China, berkata wahana itu akan pulang tanpa kru dan menghasilkan pengukuran semasa penerbangan yang bernilai serta tidak dapat diperoleh dengan cara lain.

Penemuan jurutera pada cermin tingkap

Pegawai program berkata puncanya berkemungkinan serpihan kecil angkasa lepas. Zarah yang lebih kecil daripada sebutir pasir pun boleh menghentam pada kelajuan relatif beberapa kilometer sesaat di orbit rendah Bumi. Tenaga yang dilepaskan ketika hentaman cukup untuk mengopak atau meretakkan kaca dan logam. Menurut pasukan reka bentuk kapal angkasa itu, cermin tingkap Shenzhou 20 mengalami retakan menembusi seluruh ketebalannya, dari permukaan dalam hingga ke permukaan luar, yang kelihatan berhampiran tepi tingkap pandang.

Jia Shijin, ketua pereka sistem kapal angkasa berawak China di Akademi Teknologi Angkasa China, menjelaskan penilaian dan risiko terhadap kru. Katanya, pakar bahan kaca meneliti foto dan video yang dirakam di dalam kabin serta oleh kamera lengan robotik Tiangong. Penemuan mereka mendorong keputusan untuk membatalkan rancangan kepulangan asal.

Penilaian awal kami ialah serpihan angkasa lepas itu lebih kecil daripada 1 milimeter, tetapi bergerak dengan amat pantas. Retakan yang terhasil memanjang lebih daripada satu sentimeter. Kami tidak dapat memeriksanya secara langsung di orbit, jadi kami akan mengkajinya dengan teliti apabila Shenzhou 20 pulang.

Unit cermin tingkap pada wahana kru biasanya mengandungi beberapa kepingan kaca dan lapisan penghalang berlebihan. Cermin tingkap Shenzhou mempunyai struktur tiga lapisan, dengan unsur perlindungan haba di bahagian luar yang perlu menahan haba melampau ketika kemasukan semula, dengan suhu yang boleh melebihi 1,000 darjah Celsius. Retakan yang menembusi mana-mana kepingan kaca menjejaskan margin keselamatan yang menjadi sandaran pereka bagi kepulangan dalam keadaan bertekanan. Pasukan di bumi turut memodelkan senario terburuk apabila retakan itu mungkin merebak semasa kemasukan semula, menyebabkan tekanan udara hilang dan membolehkan gas berkelajuan tinggi menembusi kabin. Dalam senario itu, sistem sokongan hayat boleh gagal menampung keadaan dalam beberapa saat. Risiko itu tidak boleh diterima.

Bagaimana kecemasan itu berlaku

Dalam tempoh 12 jam selepas retakan disahkan, kawalan misi menangguhkan kepulangan Shenzhou 20 dan beralih kepada prosedur kecemasan. Kru kekal di Tiangong sementara menunggu wahana pulang yang selamat. Apabila Shenzhou 21 tiba membawa kru pengganti, China melaksanakan pertukaran yang jarang berlaku. Angkasawan yang tamat giliran tugas menaiki kapal baharu itu untuk pulang, manakala pasukan yang baru tiba tidak mempunyai wahana penyelamat serta-merta.

Bagi mengatasi kekosongan itu, program angkasa lepas mempercepatkan pelan siap siaga. Pada 25 Nov., hanya 20 hari selepas penangguhan diumumkan, roket Long March 2F melancarkan Shenzhou 22 tanpa kru. Kapal angkasa itu melaksanakan pertemuan dan cantuman automatik hanya beberapa jam selepas pelancaran, sekali gus menyediakan semula pilihan untuk tiga angkasawan yang kini berada di Tiangong melarikan diri. Misi itu turut menghantar bekalan tambahan dan peralatan khusus untuk mengendalikan tingkap pandang yang rosak apabila juruteknik menyediakan Shenzhou 20 untuk berlepas.

Mengapa serpihan kecil boleh menyebabkan masalah besar

Objek di orbit rendah Bumi bergerak pantas, kira-kira 7 hingga 8 kilometer sesaat. Apabila dua objek bertemu pada sudut berbeza, kelajuan relatif ketika menghampiri boleh menjadi lebih tinggi. Serpihan yang terlalu kecil untuk dikesan dari bumi pun membawa tenaga kinetik yang amat besar pada kelajuan sedemikian. Zarah bersaiz kurang daripada satu milimeter boleh mengopak logam, meretakkan kaca atau merosakkan selimut haba. Hentaman serpihan lebih besar yang disahkan sebelum ini telah meninggalkan kesan pada tatasusunan solar, menebuk gelung penyejuk radiator dan menghakis cermin tingkap kapal angkasa.

Jurutera mereka bentuk kapal angkasa berawak supaya mampu menghadapi persekitaran ini. Banyak permukaan dilindungi oleh penampan berlapis yang dikenali sebagai perisai Whipple. Perisai ini memecahkan zarah kecil sebelum zarah itu sampai ke badan bertekanan. Cermin tingkap menimbulkan masalah yang lebih sukar. Kru memerlukan penglihatan yang jelas untuk berlabuh dan mengetahui keadaan sekeliling, jadi cermin tingkap tidak boleh ditutup dengan perisai tebal. Sebaliknya, pereka menggunakan kepingan kaca berlapis yang tebal daripada bahan diperkukuh, menambah penutup pelindung apabila penglihatan tidak diperlukan serta mengehadkan saiz dan jumlah cermin tingkap. Walaupun langkah ini diambil, zarah yang mengena pada sudut kurang baik atau pada kelajuan amat tinggi masih boleh menyebabkan kerosakan.

Rangkaian pemantauan menjejak lebih daripada 30,000 objek yang cukup besar untuk disenaraikan. Berjuta-juta serpihan lebih kecil terlalu kecil untuk dijejak, tetapi masih cukup besar untuk menyebabkan kerosakan. Serpihan datang daripada peringkat roket yang telah digunakan, satelit lama, cebisan akibat perlanggaran dan mikrometeoroid semula jadi yang kecil. Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu dan agensi angkasa lepas negara menggalakkan amalan mengurangkan serpihan, seperti menyahaktifkan sistem tenaga tersimpan, kemasukan semula terkawal pada akhir misi serta pelupusan atau orbit pelupusan yang bertanggungjawab. Walaupun langkah-langkah ini diambil, kepadatan objek di laluan orbit popular terus meningkat.

Pengembara angkasa lepas bergantung pada gabungan gerakan mengelak dan perisai untuk mengurangkan risiko. Stesen dan kapal yang dikunjungi kerap melaraskan orbit untuk mengelak serpihan yang dijejak, manakala kru berlindung di dalam kapsul kepulangan semasa pertemuan orbit yang berisiko. Seruan untuk penyelarasan trafik angkasa lepas yang lebih baik dan perkongsian data semakin meningkat sejak beberapa tahun kebelakangan ini. China menggalakkan projek pemerhatian serpihan bersama rakan kongsi dan melabur dalam teknologi seperti layar nyahorbit serta penjejakan tepat untuk mengurus ancaman ini.

Keputusan membatalkan penerbangan dibuat demi keselamatan

Shenzhou 20 mungkin mampu menahan tekanan kemasukan semula biasa, tetapi tiada cara untuk membuktikannya di orbit. Pengurus risiko mengambil kira kebarangkalian dan akibat. Kebarangkalian retakan itu merebak sehingga menyebabkan bencana mungkin rendah, namun akibatnya boleh membawa maut. Pilihan yang lebih selamat adalah menunggu kapal kepulangan yang sempurna keadaannya, kemudian menerbangkan pulang kapal yang rosak itu tanpa penumpang.

Komander misi Chen Dong menyentuh pertimbangan itu selepas mendarat. Beliau menyifatkan kejadian tersebut sebagai bukti bahawa penerokaan memerlukan disiplin dan kesabaran.

Perjalanan manusia meneroka angkasa lepas tidak lancar dan penuh dengan kesukaran serta cabaran.

Buat pertama kalinya dalam program stesen China, kru yang menamatkan giliran tugas pulang ke Bumi dengan kapal yang bukan mereka naiki untuk berlepas. Operasi itu melanjutkan misi mereka selama sembilan hari, mencipta rekod tempoh baharu negara dan menguji prosedur pelancaran serta pendaratan kecemasan yang akan menjadi amalan standard bagi kru akan datang.

Proses kepulangan tanpa kru dan pemeriksaan

Dalam beberapa hari atau minggu akan datang, pengawal penerbangan akan menjalankan pemeriksaan standard terhadap Shenzhou 20, menutup palka dan mengarahkannya berpisah daripada Tiangong. Kapal angkasa itu akan melakukan nyalaan enjin nyahorbit untuk keluar dari orbit dan memasuki semula atmosfera melalui koridor yang ditetapkan. Pasukan pemulihan di kawasan pendaratan Dongfeng di Gurun Gobi akan mengamankan kapsul itu sebaik sahaja ia mendarat dengan payung terjun.

Jurutera mahukan lebih daripada sekadar pemeriksaan lebih dekat. Mereka mahu mengumpulkan data realistik tentang tingkah laku cermin tingkap yang retak semasa kemasukan semula. Penderia suhu, tekanan dan getaran boleh merekodkan tindak balas retakan terhadap serapan haba, beban udara dan tekanan akustik. Ji Qiming berkata kepulangan itu akan menghasilkan data eksperimen paling tulen, frasa yang menunjukkan pasukan itu akan membandingkan beban kemasukan semula sebenar dengan model dan ujian di bumi. Maklumat sedemikian memperkukuh reka bentuk masa depan dan menambah baik peraturan penerbangan bagi anomali yang jarang berlaku tetapi serius.

Setelah berada di makmal terkawal, pakar boleh mengukur bentuk retakan, menganalisis sebarang sisa di tempat hentaman dan memeriksa sama ada retakan itu merebak semasa penurunan. Penyiasat juga akan meneliti rekod pembuatan unit cermin tingkap dan proses pemasangannya bagi menolak kemungkinan kecacatan tersembunyi yang tiada kaitan dengan serpihan orbit.

Operasi di Tiangong dan peranan kapal penyelamat

Dengan Shenzhou 22 kini berlabuh, kru semasa mempunyai pilihan untuk melarikan diri sekiranya berlaku masalah perubatan atau kecemasan lain. Stesen yang beroperasi untuk tempoh lama sentiasa memasangkan kru dengan kapsul kepulangan yang sedia digunakan. Kapsul itu berfungsi sebagai kapal penyelamat, teksi dan perisai haba yang menunggu selama berbulan-bulan sebelum perjalanan singkat pulang ke Bumi. Tiangong boleh menempatkan enam angkasawan semasa pertukaran kru, namun sistem sokongan hayatnya ditala untuk tiga orang bagi tempoh tinggal yang panjang. Mengekalkan kapal kepulangan yang sihat dalam keadaan berlabuh ialah asas model operasi itu.

China mengekalkan sebuah kapal angkasa Shenzhou dan roket Long March 2F dalam keadaan siap siaga. Sistem itu direka untuk diaktifkan dengan pantas, seperti cara Rusia dan Amerika Syarikat mengekalkan kapal Soyuz dan kapal kru bagi menghadapi kecemasan. Pelancaran pantas Shenzhou 22 membuktikan tahap kesiapsiagaan itu. Misi tersebut turut menghantar bekalan logistik berupa peralatan, alat ganti dan eksperimen untuk memastikan stesen itu terus beroperasi.

Bagaimana misi lain menangani kejadian tidak dijangka yang serupa

Sejarah penerbangan angkasa lepas memberikan contoh yang mengukuhkan kewajaran keputusan berkaitan Shenzhou 20. Pada 2022, mikrometeoroid menebuk saluran penyejuk pada kapal Soyuz Rusia yang berlabuh di Stesen Angkasa Antarabangsa. Kru yang sepatutnya pulang dengan kapal itu kekal di orbit sehingga kapal Soyuz gantian dilancarkan tanpa kru. Angkasawan NASA Frank Rubio dan dua kosmonaut pulang dengan selamat selepas misi mereka dilanjutkan.

Dalam kejadian lain, penerbangan ujian kapsul kru Amerika mengalami masalah penujah dan sistem pendorongan, menyebabkan dua angkasawan berada di Stesen Angkasa Antarabangsa jauh lebih lama daripada yang dirancang. Mereka menyertai kerja kru yang menetap di stesen itu sementara pasukan di bumi merangka cara selamat untuk membawa mereka pulang. Dalam kedua-dua kes, kewaspadaan dan sistem sandaran, bukannya tekanan jadual, menentukan hasilnya. Logik yang sama terpakai kepada Shenzhou 20.

Perkara yang perlu diperhatikan dalam beberapa bulan akan datang

Perkembangan seterusnya ialah kepulangan Shenzhou 20 tanpa kru dan analisis selepas penerbangan, operasi berterusan Shenzhou 22 sebagai kapal penyelamat serta rutin sains dan penyelenggaraan di Tiangong. Kru yang dilancarkan dengan Shenzhou 21 merangkumi angkasawan China termuda setakat ini. Seorang daripada mereka dijangka kekal di angkasa lepas selama lebih setahun sebagai sebahagian kajian jangka panjang tentang biologi dan faktor manusia. Rancangan itu dapat diteruskan kerana wahana kecemasan sudah tersedia semula.

Program penerbangan angkasa lepas berawak China tidak berdepan banyak kegagalan semasa penerbangan, menjadikan kejadian ini ketara. Ia juga memperlihatkan tindak balas yang matang. Pasukan itu mengutamakan keselamatan kru, melaksanakan pelancaran pantas untuk mengembalikan perlindungan stesen dan menjadikan anomali itu peluang pembelajaran dengan membawa pulang kapal yang rosak untuk diperiksa secara teratur. Penemuan ini berkemungkinan mempengaruhi reka bentuk cermin tingkap, perisai hentaman dan peraturan penerbangan bagi misi akan datang, termasuk percubaan pendaratan di Bulan yang dirancang pada separuh kedua dekad ini.

Perkara Utama

• Shenzhou 20 akan pulang ke Bumi tanpa kru selepas cermin tingkap yang retak menjadikan kemasukan semula bersama kru tidak selamat.
• Angkasawan Chen Dong, Chen Zhongrui dan Wang Jie pulang dengan selamat menaiki Shenzhou 21 selepas kelewatan sembilan hari, sekali gus mencipta rekod tempoh baharu negara.
• Pelancaran kecemasan pada 25 Nov. menghantar Shenzhou 22 tanpa kru ke Tiangong untuk berfungsi sebagai kapal penyelamat serta membawa peralatan dan bekalan.
• Jurutera percaya serpihan bersaiz kurang daripada satu milimeter menyebabkan retakan yang menembusi seluruh ketebalan kaca, dengan panjang melebihi satu sentimeter.
• Ji Qiming berkata kepulangan tanpa kru itu bertujuan mengumpulkan data penerbangan tulen tentang tingkah laku cermin tingkap yang retak semasa kemasukan semula.
• China akan menganalisis kapsul selepas ia mendarat di tapak Dongfeng untuk menjadi panduan bagi reka bentuk dan peraturan penerbangan akan datang.
• Kejadian itu menonjolkan risiko berterusan akibat serpihan di orbit rendah Bumi serta nilai pelan penyelamatan kru dalam keadaan siap siaga.