您、您的船员和您的飞行器漂浮在远离文明的恶劣环境中。当您开始执行任务时,只有几英寸厚的金属将您与可能在瞬间夺走您生命的环境隔开。您的生命取决于设计您飞行器的工程师。只需要一道裂缝或一个穿孔,就可能使您的外壳破裂并夺走您的生命。这些条件同样适用于深海潜水器和地球以外的航天器。考虑到突然死亡的类似风险,很自然会问:哪个更安全?
最近的新闻表明这个问题比以往任何时候都更相关。2023 年 6 月,海洋之门探险公司运营的名为泰坦号的潜水器在下潜至大西洋海底泰坦尼克号残骸时被压毁,导致舱内五人全部遇难。该事件发生在 SpaceX 的星舰(迄今为止建造的最大火箭)首次试飞升空不到四分钟后爆炸后仅两个月——幸运的是,当时无人 onboard。
无论您是潜入海底两万里,还是从地球到月球,航天器和潜水器都遵循许多相同的工程原理。它们的乘客舱都是压力容器:容器的设计目的,就像被要求严格的父母抚养长大的优等生一样,是为了承受内外的高压。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
太空的风险
科罗拉多大学博尔德分校的航空航天工程教授大卫·克劳斯说,工程师在开发航天器时,会提出一些关键问题来指导他们的流程。他研究风险评估和人类航天飞行。他解释说:“我们想做什么?需要做什么才能做到?可能发生什么不好的事情?以及我们可以做些什么来减少坏事发生的几率?” 这些问题看起来很简单,但答案至关重要。
当 NASA、SpaceX、蓝色起源或其他任何人考虑将人类送入太空时,他们建造的飞行器必须做三件事。首先,它必须满足机组人员的基本需求,例如氧气、食物和水,从而容纳机组人员。其次,它应该允许他们完成任务目标。最后,它必须保护机上和地面人员免受太空飞行和再入的风险。有时满足一种需求会引入新的风险。机组人员当然需要呼吸,但正是高压液氧罐导致了阿波罗 13号上的爆炸,并且是为氧气发生器供能的燃料引发了 1997 年和平号空间站上的火灾。
太空环境本身也堆积了危险。宇航员不仅漂浮在充满辐射的近乎真空的环境中,任何实际数量的屏蔽都无法阻止辐射,而且在国际空间站 (ISS) 运行的近地轨道中,宇航员还必须应对日益增长的环绕地球的高科技弹片云。这些轨道碎片通常是旧卫星的破碎碎片。国际空间站的碎片防护罩可以吸收小于半英寸的颗粒的撞击,但在 1999 年至 2022 年间,空间站不得不32 次发射推进器以避免与较大的物体碰撞。一次撞击将是灾难性的;以每小时 17,500 英里的速度,即使是垒球大小的东西也会造成严重损坏。
值得庆幸的是,阿波罗 13 号爆炸、和平号火灾以及国际空间站的多次险情都没有造成任何人员伤亡。然而,宇航员并非总是那么幸运。1986 年,在经历了一个寒冷的夜晚,并在最后一次飞行仅 73 秒后,挑战者号航天飞机解体,机上七人全部遇难。这场灾难导致所有航天飞机 operations 暂停了三年,但它促使 NASA 成立了安全、可靠性和质量保证办公室——后来更名为安全和任务保证办公室。然而,该办公室无法阻止所有问题,17 年后,哥伦比亚号航天飞机在再入大气层时解体。
尽管如此,除了挑战者号和哥伦比亚号之外,NASA 在其六十多年的载人航天飞行中只发生过另一起致命的飞行事故:1967 年,一名飞行员在喷气动力飞机坠毁中丧生,当时他刚达到 50 英里多的高度。然而,这个数字遗漏了1967 年的舱室火灾,该火灾在发射台的地面测试中导致阿波罗 1 号机组人员丧生。此外,苏联的联盟 1 号和联盟 11 号宇宙飞船分别在 1967 年和 1971 年尝试返回地球时遭遇事故,共造成四名宇航员丧生。“国会从一开始就说过,太空[旅行]本质上是一项超危险的活动,”安柏瑞德航空航天大学航空航天法助理教授萨拉·兰斯顿说。“而且,对于任何超危险活动,这意味着,无论您多么努力使其安全,它都不是安全的。” 克劳斯的研究证实了这一点。在他和他的前研究生罗伯特·奥坎波撰写的2018 年论文中,他们发现,从历史上看,太空旅行的风险水平与攀登珠穆朗玛峰的风险水平相似。
美国政府非常清楚这些危险,以至于目前拒绝认证任何商业飞行器对于将人类运送到太空是安全的。根据美国联邦航空管理局 (FAA) 法规,太空公司需要在付款前告知潜在的太空旅行者这种缺乏认证的情况,并且所有乘客都必须与政府签署责任豁免书。为了确保可以给予知情同意,太空公司还必须在发射前向太空游客和商业机组人员介绍航天飞行安全历史。
深海风险
但是,潜入占我们世界三分之二的黑暗、水下的深渊又如何呢?鉴于泰坦号上五名遇难者的可怕死亡,很容易相信深海的超高压力比任何太空之旅都危险。然而,海洋探索通常比看起来更安全。
除了海洋之门之外,潜水器行业总体上具有良好的安全记录。根据海洋技术学会潜水器委员会编写的一份情况说明书,在泰坦号之前,自 1980 年代后期以来,尽管每年有成千上万次的潜水器潜水,但自 1974 年以来,商业潜水器还没有发生过致命事故。
潜水器 operations 的安全标准部分来自于第三方认证机构(例如美国船级社)维护的健全的规则和法规。为了获得任何船舶或潜水器的认证,该机构将在建造前审查设计和计算。在随后的组装过程中,检查员将验证建造商是否使用了声明的材料和正确的工艺,并且他们将在成品车辆进行测试以确认是否遵循了适当的程序时在场。只有这样,该 vessel 才能被正式分类用于特定活动。
在 11 艘设计用于潜入 4,000 米(近 2.5 英里)或更深的在役商业 vessel 中,只有泰坦号没有经过第三方检验和认证。该潜水器之所以能够避免这种情况,部分原因是认证在法律上不是必需的——一旦您进入国际水域,您就置身于法律之外。圣母大学国际法教授黛安·德西尔托说,目前没有任何法律、法规或公约管辖公海深海潜水器的设计和 operation。此外,她说,根据美国海岸警卫队目前的规定,“载人少于六人的潜水器不受检查。” 泰坦号载有五人。“这在很大程度上是他们能够在没有任何认证的情况下部署的原因,”德西尔托说。如果再多一名乘客,任何在美国建造或 launched 的客船都需要海岸警卫队的检验证书——而泰坦号是在华盛顿州埃弗里特建造的。
即使有了第三方认证,运营商仍然需要为他们正在进行的活动的固有风险做好准备。“最佳实践是:当您进行深海潜水时,您必须制定应急 operation 计划,”Hydrospace Group 的首席执行官威廉·科恩说。Hydrospace Group 是一家在潜水器行业拥有超过 25 年经验的工程公司。标准协议之一是准备第二艘潜水器,以便在必要时到达第一艘潜水器,这是电影导演兼深海探险家詹姆斯·卡梅隆在他 33 次泰坦尼克号潜水期间使用的策略。
这些协议和认证在统计上帮助潜水器比太空旅行更安全。深海探险家的另一个安全优势是,潜水器不必承受航天器目前正在经历的 violent 发射和再入 forces。此外,潜水器具有更长的 operation 记录,这使得它们更加安全。在他们 2018 年的论文中,克劳斯和奥坎波发现,一项活动的安全性和其执行次数之间存在明显的 correlation。“你做得越多,你学到的经验教训就越多,”克劳斯说。“你会遇到问题。你修复它们。你向前迈进。所以大多数事情往往会因为吸取的教训和应用而变得更安全。”
鉴于潜水器的潜水次数比火箭发射次数多几个数量级,因此潜水器可能始终比航天器具有安全优势。但是,随着 SpaceX、蓝色起源和其他公司完善他们的可重复使用飞行器并努力提高发射频率,我们也可以期待太空旅行的环境会越来越安全。