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驚險的逃學生!小火箭詳解人類火箭的逃逸技術之一

小火箭出品

本文作者:邢強博士

本文共2807字,36圖。預計閱讀:5分鐘

公元2018年10月11日協調世界時8時40分,一枚聯盟-FG運載火箭從拜科努爾航天中心點火升空,準備將俄羅斯宇航員阿列克謝·奧福奇寧和美國宇航員尼克·黑格送入國際太空站執行第57次遠征任務。

火箭升空118.7秒後,整流罩成功拋除。但第二級火箭發動機卻未能順利點火(疑與助推器分離過程的碰撞有關)。

經箭上逃逸系統自動判斷,火箭立即啟動了逃逸系統,載人飛船提前與火箭分離。在經歷了驚險且極度考驗宇航員身體和心理素質的應急半彈道式再入返回過程後,兩位宇航員成功脫險,降落在哈薩克傑茲卡茲甘州城鎮中心偏發射場方向19公里處。

隨後,俄羅斯快速響應空降兵小組在半小時內定位了兩位宇航員的位置,將出艙的兩位宇航員送到就近的機場。初步檢查後,二人暫未被發現有受到明顯傷害的痕跡。在小火箭寫本文的時候,二人正在俄羅斯接受進一步的檢查。

上圖為經過九死一生的逃逸過程平安返回的兩位宇航員與家人深情擁抱的瞬間。

靠左為俄羅斯宇航員,本次任務的指令長,阿列克謝·奧福奇寧與母親和妻子擁抱;靠右為美國宇航員,本次任務的工程師,尼克·黑格與妻子擁抱。

最左,站著本次發射任務的保障組成員。留著長鬍子的,是我們的老朋友,東正教牧首謝爾蓋。

死裡逃學生的宇航員握著牧首的手,平複一下心情。

本系列,小火箭要和大家共同探討如下幾個問題:

 在人類技術層面,有沒有專門保障宇航員安全的設計

 載人航天系統工程師的逃逸系統的發展史是怎樣的?

 這次聯盟火箭出問題,會帶來怎樣的影響

 未來的載人航天,會有怎樣的新式系統?

共5篇,本文是第1篇。

設計

讀過小火箭2017年的聯盟火箭發射過程系列報告《小火箭圖解聯盟火箭的發射準備全過程》的好友們,或許還記得聯盟火箭發射前的必備流程之一:開光。

仙風道骨的牧首在播撒聖水,掃除火箭前路的種種孽障。做萬種事,結萬人緣;利萬種人,修萬種行。

其實這套程式在蘇聯/俄羅斯武器裝備發展史和航天史上有著不可動搖的地位。上圖是一架即將出廠的蘇-35戰鬥機正在接受牧首的開光儀式。

聯盟火箭開光的整個過程在有條不紊地進行著。

即將登入聯盟飛船的宇航員,按照幾十年來傳承下來的傳統,在宿舍門板上簽上了自己的名字,祝願自己一定平安回家。

僅有自己的簽名,法力當然是不夠的,需要有真正的法力加持才行。

在宿舍門板上簽名、在基地種樹、悄悄在宇航員通勤大巴指定的神秘輪胎位置撒尿、吃蘸鹽的麵包、東正教牧首開光(俄式);發射前所有人員吃花生(美式);發射前所有人員吃蒸包(中式),這些廣義維度的保障載人航天安全的系統工程之外,還有一些人類工程師的手段。

彈射

就像小火箭2016年的彈射座椅系列《彈射座椅:從死神的鐮刀下奪回生命》中說的那樣,這一切要從那個迷之微笑開始說起。

早在第二次世界大戰期間,德國、英國和瑞典的工程師們就提出了用火藥為動力驅動彈射座椅的設想。畢竟,在一個金屬罐子裡長期維持空氣的高壓力,同時又要保證需要的時候,裡面的氣體能夠可靠地傾瀉而出,在那個年代實在不是一件容易的事情。而橡皮筋、彈簧等機械結構又過於笨重,關鍵時刻還不一定能夠提供足夠的力量。

而火藥這種東西,平時佔用的太空和重量都較小,在點燃的時候,則會產生大量氣體。

小火箭風格:

1公斤TNT炸藥爆炸,在2800℃時產生的氣體為7800升,為原先炸藥容積的12500倍

而提到火藥驅動的彈射座椅,則不得不說一下英國的馬丁貝克公司了。

公元1945年1月24日,馬丁貝克公司的一名技術工人本納德?連治志願成為了馬丁貝克公司的首席彈射座椅測試員,坐到了馬丁貝克的首款彈射座椅上,準備進行地面靜態試驗。

1946年7月24日,還是那名叫做本納德?連治的技術工人,他穿上試飛員的服裝,準備登上一架流星III戰鬥機(二戰期間盟軍第一架擁有實戰記錄的噴氣式戰鬥機),進行空中彈射試驗。

起飛前的迷之微笑

本納德·連治的首次空中彈射就取得了成功!

成功彈射後,馬丁貝克彈射座椅後上方會釋放一個減速傘,以便將飛行員(或測試員)與座椅分離。之後,飛行員打開自帶的傘包進行著陸。

興奮的馬丁爵士與首席測試員連治相互祝賀

馬丁貝克研發團隊

本納德·連治後來又成功進行了30多次各種條件下的彈射試驗,為馬丁貝克彈射座椅的發展奠定了堅實的基礎。

彈射座椅逐漸成為了戰鬥機的標配。

鷂式垂直/短距起降戰鬥機上的馬丁貝克Mk 12型彈射座椅就是典型的零零座椅。實際上,目前在役戰鬥機中採用的座椅大部分都具有零零彈射的能力。

在噴氣式戰鬥、教練機的座艙蓋旁邊,這個紅色芯白色邊的倒三角,就是該機配備有彈射座椅的標識,該符號同時也標定了彈射座椅固體火箭藥柱的位置。

這項技術,被自然而然地延伸到了火箭上(畢竟彈射座椅的動力來源也是小型的固體火箭。)

公元1961年,世界標準時間4月12日早晨06點07分,東方火箭在拜科努爾基地1號工位點火升空,拔地而起。

他返回地面,使用的就是彈射座椅的技術。雖然這是按預定程式進行的再入返回,但是這同時也是當時在火箭上升過程中唯一的快速飛離火箭努力到達安全地帶的技術手段。

蘇聯雷達報告:“發現有快速移動物體從黑海沿岸的克拉斯諾達爾區域向蘇聯腹地飛來。”

返回艙距離地面僅有7000米了!加加林從飛船內打開返回艙的艙蓋。蘇聯廣袤的大地就在下方,高空的冷風呼呼地灌進返回艙。加加林閉眼2秒鐘,然後操縱設備,將自己彈射出艙。

小火箭在這裡要補充說明的是:為了防止先落地的宇航員被從頭頂上墜落的返回艙砸中腦袋,東方1號飛船的返回程式是:宇航員先開傘,然後經過延時,返回艙後開傘。通過這個時間差,就可以保證宇航員始終在返回艙上方,俯視著呼嘯而過的返回艙從腳下飛走了。

還帶著余溫的返回艙在距離地面2500米的時候,展開了導引傘,然後是巨大的主傘。公元1961年4月12日,世界標準時間07點55分,東方1號飛船返回艙第一次著陸。然後像皮球那樣彈起老高,然後是第二次著陸,然後向前咕嚕嚕滾了好遠。

公元1961年4月12日,世界標準時間08點05分,加加林安全著陸!

加加林使用過的彈射座椅返回技術,很長一段時間,都是蘇聯風格的代表:簡單、或許有些粗暴,但是非常有效。(雖然有時候艙門需要用力蹬上幾腳才能順利打開。)

版權聲明:

本文是邢強博士原創文章,騰訊獨家內容。懇請朋友圈轉發。

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