放飞国际空间站的人

fengzhi2008

距离地面400公里之上，正漂着一部超级大玩具，人类历史上造过的最昂贵的机械装置：国际空间站（ISS）
ISS的体重超过450吨，比美式足球场还要大一点。是由美俄勇士扛着各种零件，在天地之间往返近百次（包括37次航天飞机任务），和155次太空行走——这是之前所有太空行走任务次数的两倍，才把所有东西组装成型。

国际宇宙空间站与美式足球场的比较

造个能飞的ISS，耗了13年，烧掉1500亿美元，现在还有6个人挤在里面上太空班。不过，它可不是项「固定资产」，因为ISS可不是在轨道上「固定不动」的。
首先，因为地球引力，ISS每年都要下坠2公里，所以ISS必须周期性地「1，2，3～起！」，才能维持自己的轨道高度。其次，别忘了，ISS是一个在地球轨道上「飞行的胖子」，能滚来滚去，也能前俯后仰，能在板砖横飞的地球轨道上能灵活躲闪。NASA称之为三度空间上的「做位移」(Translated)，以躲避太空垃圾。

宇宙空间站的飞行控制中心，位于约翰逊太空中心的30号楼的2楼
Ars的「高级科学类编辑」约翰·蒂默在五月份发了一篇稿子，内容关于地球轨道上失控翻滚的前苏联间谍卫星，差点撞上了NASA的另一件大玩具：费米伽马射线太空望远镜。ISS可不能是「失控的卫星」，而且要比卫星大得多，还装着6个喘气的打工仔。这个400吨重的易碎品是如何在轨道上躲砖头的呢？
别担心TOM少校, 地控还管着你
为了了解如何驾驶ISS，原文的小编跑到了NASA的约翰逊空间中心，见到了ISS的驾驶员，乔希·派瑞斯（Josh Parris）。派瑞斯是这屋子里，能对ISS控制说几句的人之一。我们一般都把他们工作的地方叫做「任务控制室」，更正式的说法是「国际宇宙空间站飞行控制处（ ISS flight control room）」。派瑞斯的职称是：TOPO,「轨道操作官，TOPO(Trajectory Operations Officer)」。派瑞斯和他的同事都经历了数年的专门训练，TOPO们都是很早就参与太空飞行任务的资深大神；才能有资格坐在这间屋子里盯着显示器发呆。

乔希·派瑞斯（Josh Parris），ISS飞行控制官
派瑞斯说：「TOPO的职责是监视和控制ISS和造访ISS的飞船的位置，动作，保证他们不剐不碰到任何东西。」虽然在ISS所处的400公里轨道上工作的卫星并不多，但是这个轨道上还漂着很多不受控制的太空垃圾。去年，有上百次潜在的撞击危险。地控的雷达一直监视着可能与ISS发生碰撞的太空垃圾。今年，已经有67次碰撞警报。
小编问派瑞斯：「这些太空垃圾都是哪儿来的？是不是那个足球世界排名第100位的千年古国在太空乱扔垃圾？」
「噢，你知道的太多了！」派瑞斯确认道：「不能都怪那个13亿人都凑不出一个好国家的球队，还有好东西没人要的铱星系统，和俄罗斯人的废弃卫星，都是太空垃圾的主要来源。这些垃圾大部分都会坠入地球大气层烧毁，但还有不少垃圾没有降够高度，在轨道上游荡。」
小编又问「那谁在监视这些危险的太空垃圾呢？他们是不是和你一样，有这样的超级大屏幕上放着宇宙垃圾大电影？」

显示器上显示着ISS的位置、轨道、还有能联络到的地面控制站
「USSTRATCOM——美国战略司令部（United States Strategic Command）在范登堡的空军基地，管着一份《宇宙垃圾名录》——地球轨道上所有的垃圾板砖都是有名有姓的——每天，他们会把这些混账东西的轨道和ISS的轨道对比三次，就是他们负责向我们通报ISS是否有被近身攻击的危险。」
「近身攻击？」这个翻译太搞了吧，小编继续问普瑞，他继续解释: 想象有一个笼子刚好把ISS关起来，ISS在里面头上有2公里空隙，脚下也有2公里富裕，前后各有25公里余量。如果有坏东西进入了这个笼子，USSTRATCOM就会向NASA发出警报。
这个笼子里的任何东西，都归派瑞斯这样的TOPO管辖，他们不断计算着太空垃圾击中ISS的可能性。任何1/10,000到1/100,000可能性之间的碰撞，都被归入「黄色预警」。根据规定，面对黄色预警，除非和太空任务有冲突，ISS就必须挪一挪，以躲开碰撞危险。比如，如果这么一挪，站在发射台上，等着去ISS送货的联盟号货船就要骂街了，那我们就算了。什么时候可以不理联盟号呢？那就是1（就是100%会撞）～1/10,000之间的「红色警报」，这时候ISS就不敢拼人品了，让快递等一下再送吧，这种情况ISS必须挪腾一下。除非有一种「让事情变得更糟」的情况，比如ISS上的空调坏了，要是挪一下连马桶也堵了，那这也不能动。
推进器和陀螺仪
别看ISS肥大易碎，家伙还是很机敏的。它上面有四个陀螺仪，叫做「控制力矩陀螺仪（Control moment gyroscope）」，简称 CMGs。可以改变ISS的轨道高度。当TOPO被来袭的太空垃圾搞得焦头烂额的时候，这些CMGs就由ADCO（轨道高度控制官Attitude Determination and Control Officer）负责操作。

ADCO：轨道高度控制官，注意到他们面前放着的棒球棍了吗？
ISS还有几组推进器，可以做出翻滚和位移动作，做为ISS的组件，星辰号服务舱上的装有推进器。除此以外，前来送货的「进步号太空船」, 和欧洲人的ATV也可以帮忙，给ISS推上一把。如果航天飞机在上面能用，也会协助ISS躲砖头。一般的躲闪动作，ISS会以0.5~1米每秒的速度移动，获得所需的「delta V」变化。
TOPO还会监测ISS的体重情况，因为这个影响到所需的 delta V 的所需动力大小。ISS体重，随着插上和拔掉的送货飞船而增减。ISS上的太空人不用为计算多少个 delta V 才能躲掉危险而操心，游戏手柄都在地面上的同事手里。「上面啥都做不了」派瑞斯笑道。
行动起来
如果轨道上哪坨垃圾触发了「红色/黄色警报」，TOPO们就要动起来了，在28.5小时内做出反应，让ISS安全躲开来袭的危险。
「为什么是28.5小时？」小编问道，听上去有点矫情。
「因为俄国人也参与控制ISS」派瑞斯解释道，「莫斯科和休斯顿之间的时差，可以让专家有充分的时间加入评估——他们把这个叫做「窗口期」，在窗口期内可以有足够的时间追踪碎片，并向ISS发出指令。」
TOPO们与俄罗斯的弹道专家一起决定ISS躲闪动作的参数，比如ISS需要多少个 delta V。而且他们会与USSTRATCOM联系，以确认ISS的躲闪不会撞上别的太空垃圾。当方案确定以后，ISS上的电脑会执行指令，TOPO们在地面监视，事实上没有什么「方向盘」之类的东西；一切都是精密地计算，让ISS上的推进器按计划点火工作。
最糟糕的情况
如果来袭的太空垃圾穷凶极恶，在ISS上的大活人才是最要紧的东西。派瑞斯说：「如果ISS被什么东西不幸击中，它就可能坠毁，太空垃圾都是高速飞行的暗器，ISS被任何一枚击中都是致命的灾祸。」轨道上所有直径超过10厘米的太空垃圾都会被跟踪，以策安全。所谓坠毁，真就是这两个字「坠」和「毁」，一点都不开玩笑；被太空垃圾击中不光会毁掉ISS，还有里面的人。
好在，ISS轨道上所有10里面以上的坏东西都会被详细跟踪，有据可查。而且ISS的护甲可以保护微小的碎片撞击。但是在「护甲可防」与「有据可查」之间，还是有盲区的，TOPO们会和空军通力合作，尽力缩小这片盲区。
为了给读者一个清晰的认识，小编继续追问派瑞斯，如果ISS就是刷暴了人品，被恶毒击中了，NASA怎么办？

2013年5月，ISS的配置情况，两部联盟号（Soyuz）飞船正挂在ISS上，遇到紧急情况，太空人可以躲到飞船里。另外还有两部进步号(Progress)补给飞船。

USSTRATCOM的人会提前三天给NASA通风报信，但总有疏失可能发生。「对于我们能追踪到的东西，它的运行轨道总是被计算清楚的。」派瑞斯解释道，「如果连28.5个小时都没有，俄国人也没招了，这种情况真发生了的话，他们就会启动一个叫做PDAM（碰到哎妈）的预案。」(Predetermined Debris Avoidance Maneuver)。PDAM预案，就是在ISS被逼急了得情况下，不管三七二十一，猛踩油门以0.5米每秒的高速躲开来袭者。如果连PDAM都没法执行……我是说如果，ISS就不得不面对另外一种「撞击：太空人全都躲进联盟号准备逃离。从ISS开张以来，太空人已经三次躲进那个罐头里三次了。
事实上，PDAM预案是2011年夏天一次事故后产生的。NASA接到了一个撞击警告，结果真就「碰到哎妈」没辙了的情况，让所有太空人都多到了联盟号里面去；最后那枚太空垃圾，在距离空间站725米的地方飞过。NASA希望PDAM预案可以减少让太空人躲到联盟号里去的情况。
日常工作
如果没有被那个千年古国乱扔的垃圾困扰到，TOPO们还是有事儿可做的，派瑞斯说：「如果我们没有追踪任何碎片的任务——比如现在——还是有其它任务要做。我刚才说过，我得掌握ISS每时每刻的位置，所以我们和其它观测站协同工作，特别是戈达德太空飞行中心。让那里的人更新ISS的位置数据，以便TDRSS(跟踪与数据中继卫星系统)的人可以把天线朝着ISS掰正。」

派瑞斯在TOPO控制台工作

除非是在给ISS设计躲避动作，TOPO们大部分时候都是被动地盯着显示器看。在TOPO的控制台，派瑞斯和同事主要管着三个显示器，派瑞斯分别说明它们的用途：「第一个显示器上是地面GPS信息，最左边那个是地面GPS数据与ISS遥感数据的比较，以确定地面和ISS的位置数据是否一致，中间显示的也是ISS的位置信息，不同的图表显示ISS上不同部分的delta数据，大部分时候，它们都是一条直线。」
在中间那个显示器的右边，在对比图表后面，是「设备运行状态监视器」，显示TOPO使用的各种仪器设备的运行状况。右手边是NASA的星历表，「最上面显示的是一组ISS的矢量信息，最下面则列出了与ISS有关的星历。」派瑞斯还说，如果他们正在为ISS设计躲避路线，显示器上会出现完全不同的软件界面。控制台上的电脑都是跑着Linux系统的普通PC（控制中心大部分电脑都是linux，少部分也有跑window7的）。比起以前，这些设备已经算是大有进步了。

小编按：
提起NASA，大家首先想到的就是休斯顿控制中心里面的显示墙，和墙下面坐着的科学家们，他们在用什么电脑玩转太空任务的呢？下次小编会给大家翻译一篇有关于NASA控制室电脑史的文章，这里预告一下。

结语
ISS的控制室位于约翰逊控制中心30号楼二层，曾经是阿波罗计划的控制室（这里三层已经被改造成当年的样子，向公众开发参观）。原文小编花了几分钟拍了几张控制室的照片；几个TOPO见到有人拍照，赶紧抬头向这只小编打招呼，包括威廉幕·福斯特，这里的老大。当这位小编圆润溜走后，派瑞斯继续他的TOPO职责，盯着显示器，时刻保卫着太空中国际宇宙空间站，这是一份没有终点的工作——需要他们时刻警戒。