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聯盟號火箭發射失敗,這一絕招挽救宇航員性命

北京時間10月11日下午4時40分,世界上最可靠的運載火箭之一,俄羅斯“聯盟號”火箭發射時發生事故

乘坐俄羅斯聯盟號MS-10飛船的NASA宇航員Nick Hague和俄羅斯宇航員Alexey Ovchinin,從拜科努爾航天發射場升空,準備前往太空站。原本計劃這是一次快速對接,將在北京時間10月11日晚上22時44分停靠太空站。

但聯盟號發射升空後不久,火箭助推器出現異常,發射中止,聯盟號飛船緊急著陸,兩名宇航員降落在哈薩克傑茲卡茲甘(Dzhezkazgan)以東20公里處。

(助推器出現異常,圖片來自NASA TV)

俄羅斯航天局局長德米特裡·羅戈津對媒體通報稱:“宇航員乘組已經安全著陸,所有人都還活著。”

美國宇航局(NASA)11日確認,飛船已經成功降落,並表示兩名宇航員“狀況良好並保持聯繫”。

(聯盟號飛船著陸後,兩名宇航員們通過無線電與任務控制中心工作人員聯繫。圖片來自推特@360tv)

這次俄羅斯“聯盟”火箭發生故障可謂驚險。其實你光是想象一下就夠嚇人的:火箭的本質就是一枚洲際飛彈,裡面灌著幾十上百噸的燃料,一碰就炸那種,其實這就是宇航員們搭乘火箭升空執行任務的真實寫照。

(飛船內監控宇航員狀態的影片畫面)

好在,萬幸的是,這次這兩位美國和俄羅斯宇航員得以安全返回了地面,俄羅斯方面已經證實兩人目前身體無恙,甚至從最新的新聞畫面看,兩名宇航員出艙之後還能自行行走、交談、表情輕鬆,表明其狀態還是相當好的。根據相關報導,這次這兩位宇航員的逃學生方式,由於火箭高度已經很高,逃逸塔和整流罩已經分離,只能依靠飛船自身與火箭脫離並借助降落傘返回地面,風險很高,因此引起極大關注。

(以下是聯盟號MS-10發射的完整影片,大約2分40秒開始,我們可以看到聯盟號飛船艙內的宇航員在劇烈晃動,助推器出現異常。)

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而其實對於火箭發射階段,更加為人所知,或許可靠性也更高一些的是載人火箭必備的發射逃逸系統,也就是我們常說的“逃逸塔”,也是保障航天員安全的“生命之塔”。

這究竟是何方神聖?

運載火箭由箭體結構、飛行測量系統、推進系統、附加系統、控制系統和安全系統組成的。載人火箭為了安全起見,要增加一個獨具的逃逸系統,它是由可分離的頭部整流罩和逃逸塔組成的逃逸飛行器。

以中國的“長征二號”火箭為例:1台分離發動機、由1台逃逸主發動機、2台高空分離發動機、4台偏航俯仰發動機和4台高空逃逸發動機組成的逃逸系統動力裝置。逃逸主發動機負責提供逃逸的動力,整流罩裡有1個下支撐機構和1個上支撐機構,外面有4個像支架一樣的柵格翼。這些發動機的安全可靠性指標要求達到99.99%。需要逃逸的時候,“柵格翼”會按照指令展開,下支撐結構和上支撐結構緊緊抓住飛船的返回艙,實施逃逸。

一旦發生意外情況,逃逸系統主發動機將點火工作,在火箭發射後120秒內(即高度在0~39千米),將產生高達70余噸的推力,把飛船返回艙“拽”到1500米開外,幫助航天員逃學生,只在3秒內完成。火箭如果飛行順利,會在飛行120秒時拋掉逃逸塔。如果火箭在發射後120~200秒(即高度在39~110千米)再遇不測,剩下的4台高空逃逸發動機會瞬間完成點火工作,帶航天員脫離險境。

(逃逸塔分離示意圖)

一般這樣的逃逸系統使用的是自動控制體系,即一旦火箭出現故障,逃逸系統將自動啟動,保護宇航員安全;而如果系統沒有自動啟動,宇航員座艙內也安裝有手動控制按鍵,緊急情況下可以手動啟動逃逸系統,根據外電報導,這次俄羅斯的火箭故障,似乎是宇航員手動啟動了逃逸系統。

(中國的載人飛船“神舟”由長征2F改進型火箭發射升空,同樣,頂部搭載了逃逸塔)

當然,儘管進行了精心設計,但所有人都希望這個系統最好永遠都是擺設,永遠也用不上,因為一旦用上它,一定不是什麽好事情。事實上,在人類航天史上,這一系統隻實際應用過一次,並且取得了成功。如果加上這一次的事故,那就是一共兩次。這兩次用到發射逃逸系統的事故,搭載的都是俄羅斯的“聯盟號”飛船。

上一次人類航天史上發射逃逸系統真正派上用場是在1983年9月26日,當時一艘蘇聯“聯盟T-10-1”飛船在準備發射升空時,火箭突然起火燃燒。情況萬分緊急,就在滿載燃料的火箭即將爆炸之前幾秒鐘,逃逸系統啟動,將載人飛船帶離危險區域並降落到安全地帶,拯救了宇航員的生命。但在此過程中宇航員也經歷了巨大考驗,他們在大約5秒的時間裡身體承受了大約14~17個G的超強加速度,這已經超越了宇航員訓練中的人類身體極限,因此幾位宇航員儘管保住了性命,但仍然嚴重受傷。

而最早提出在載人火箭上安裝發射逃逸系統的是人是伯利茲裔美國工程師馬克西姆·法格特(Maxime Faget),他在1958年便提出了這一設想。1959年3月,火箭逃逸塔的原型系統在“水星”計劃期間進行了最初的測試。在後續的載人航天發射中,發射逃逸系統得到了廣泛使用,漸漸成為一項標配。

(發射升空的美國“阿波羅”飛船,注意它頂部的逃逸塔)

在擁有載人航天技術的三個國家:美國,俄羅斯和中國,他們最具有代表性的飛船上都配備了先進的發射逃逸系統,如美國的阿波羅飛船,俄羅斯的聯盟號飛船以及中國的神舟飛船,都是如此。

但是逃逸塔也有應用的範圍,比如我國的逃逸塔,在火箭起飛後120秒後就必須與火箭分離,以便不影響後續的整流罩分離等技術動作的進行。

這次俄羅斯聯盟號火箭出現問題時,正是在逃逸塔已經分離之後發生的,因此飛船不得不自行與火箭分離開,並使用降落傘返回地面。

這次使用的“聯盟號”FG火箭,是該火箭家族的一員,改進自聯盟U火箭。它是由“進步”科研製造航天中心負責設計生產的。“聯盟號”飛船本身也經歷了許多的改進發展,而據稱中國神舟飛船也師承這一世界上最成功的載人飛船。

(發射升空的俄羅斯“聯盟”號火箭)

FG型火箭,自2002年10月30日開始壟斷了俄羅斯向國際太空站發射飛船的任務,它也幾乎壟斷了目前國際太空站運輸與補給項目中的所有任務,只有美國SpaceX公司等少數其他火箭分擔了少量任務。在這次之前,FG型火箭所有發射任務都獲得成功。

雖然這次“聯盟號”遭遇嚴重挫折,但宇航員安全逃學生,從另一個角度再次證明了其擁有的高度可靠性。在美國太空梭全部退役,美國新一代載人飛船還未研製成功的情況下,“聯盟號”飛船必然將繼續為國際太空站繼續運送宇航員與各種貨物。我們不得不為蘇聯、俄羅斯航天人的這一偉大產品,豎起大拇指!

當然,最後要強調的是,世界上目前唯一能夠與其媲美的同類載人航天工具,恰恰就是我們中國的神舟飛船。

本文綜合自:新浪新聞、科普中國、NASA愛好者、空軍世界加特林等

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