緊急時刻宇航員如何逃生？

周強

2015年5月6日，“龍”飛船2號進(jìn)行地面逃逸試驗。

2018年10月11日，一枚“聯(lián)盟”-FG火箭從位于哈薩克斯坦西南部的拜科努爾發(fā)射場升空，它搭載的“聯(lián)盟”MS-10號飛船上乘坐著美國的尼克·哈格爾（Nick Hague）和俄羅斯的阿列克謝·奧奇寧（Alexey Ovchinin），2位航天員計劃乘坐飛船前往國際空間站，在那里開始為期半年的工作與生活。

本以為會像此前的所有飛行一樣，飛船入軌，等待，然后與國際空間站對接，和站內(nèi)宇航員握手……但意外發(fā)生了。

火箭升空后第119秒，“聯(lián)盟”號火箭第一級（4枚捆綁式助推器）分離時，原本應(yīng)該向外四散分離的助推器，有一枚沒有按設(shè)計姿態(tài)分離，而是向內(nèi)翻滾撞到了第二級（芯一級），飛船內(nèi)亮起了紅色告警燈。此時第二、三級火箭內(nèi)還裝有大量燃料，隨時都有發(fā)生爆炸的危險。火箭升空的第123秒，逃逸系統(tǒng)激活，飛船在大約50千米的高度與火箭分離。這次逃逸并不是依靠我們比較熟悉的逃逸塔，而是依靠飛船整流罩上的逃逸系統(tǒng)——高空逃逸發(fā)動機實現(xiàn)的。這一幕也恰好被在國際空間站上的德國宇航員亞歷山大·格斯特拍了下來。

火箭逃逸分幾步？

載人航天是人類所有航天飛行中安全系數(shù)最高的活動，以中國的長征二號F火箭為例，它有兩個專屬指標(biāo)：0.97和0.997，分別指火箭的可靠性和安全性，前者指發(fā)射100次，成功次數(shù)達(dá)97次，當(dāng)然這一指標(biāo)對目前的長2F火箭來說只是一個設(shè)計值;后者0.997的安全性意味著，如果火箭發(fā)射1000次，有30次失敗，那么其中27次可以把航天員救回。當(dāng)然，這些數(shù)字對目前僅發(fā)射11次的長2F火箭來說，都是概率，長2F火箭總設(shè)計師荊木春說：“我們的工作是要盡量降低失敗概率，保證每一枚火箭準(zhǔn)備好后，信心都是百分之百?！?/p>

那么，長2F火箭設(shè)計師們是如何保障航天員的安全呢？

長2F火箭的安全逃逸（救生），根據(jù)發(fā)射時間共分為5個階段。

第一階段：當(dāng)航天員登上發(fā)射塔架，做進(jìn)艙準(zhǔn)備時，此時如果發(fā)生緊急情況，航天員可以通過逃逸滑道進(jìn)入發(fā)射塔架下方的地堡。還有一種情況，當(dāng)航天員進(jìn)入飛船后，火箭發(fā)生故障，但故障又沒達(dá)到觸發(fā)逃逸塔工作的級別時，航天員需要從返回艙內(nèi)爬出來，再跳進(jìn)逃逸滑道或乘坐電梯撤離。但由于進(jìn)出飛船的艙門位于返回艙上方的軌道艙，航天員穿著厚重的艙內(nèi)航天服，從下向上爬到軌道艙，打開艙門和整流罩蓋，可不是一件容易的事情。

第二階段：有塔逃逸?；鸺M(jìn)入發(fā)射前15分鐘倒計時至發(fā)射升空120秒，該階段發(fā)生緊急情況后，位于火箭頂端長度達(dá)8.35米的逃逸塔，會拽著軌道艙和返回艙脫離險境。長2F的逃逸塔內(nèi)共有6臺3組中低空逃逸發(fā)動機——從上到下分別是4臺FG-58偏航姿態(tài)發(fā)動機，1臺（8噴管）FG-57分離發(fā)動機，以及1臺（4噴管）70噸級推力FG-56主逃逸發(fā)動機，它們會把飛船“拽”到距離火箭1500米開外的地方，整個過程僅需3秒。有塔逃逸的高度在0至39千米范圍內(nèi)。

第三階段：無塔逃逸?；鸺?20秒后，逃逸塔自動分離，從此時到200秒，火箭的飛行高度將上升到110千米。這個階段的逃逸依靠安裝在火箭上部整流置的2臺FG-5高空分離發(fā)動機和4臺FG-59高空逃逸發(fā)動機，這些逃逸發(fā)動機同樣可以將返回艙和軌道艙一起“拽”離危險。此次“聯(lián)盟”號飛船的逃逸就發(fā)生在這個階段。

第四階段：火箭飛行200秒后，飛船整流罩分離，從此刻到約570秒的星箭分離前，第二級火箭托舉著飛船向預(yù)定軌道飛去。此時飛船位于110千米至350千米（軌道高度）之間，外界的環(huán)境已是真空，如遇險情，飛船底部的推進(jìn)艙發(fā)動機點火，飛船提前與火箭分離，隨后進(jìn)入返回程序。

以上4個階段的應(yīng)急逃逸都發(fā)生在火箭上升階段，飛船成功逃逸后，返回艙將降落在從內(nèi)蒙古巴丹吉林沙漠到青島一線的陸地范圍和延長線上的海域。事實上，中國的每次載人航天發(fā)射，都會在這一區(qū)域部署應(yīng)急搜救力量，與此同時，火箭發(fā)射前大約10分鐘，到火箭入軌的這短短二三十分鐘內(nèi)，民航空管部門也會協(xié)調(diào)清空該區(qū)域內(nèi)的所有民航飛機，這樣做不僅是為了避免火箭一二級、整流罩分離墜落可能會影響飛行安全，更主要的是為航天員應(yīng)急逃生劃出空間。當(dāng)然，如果你乘坐的航班飛過該區(qū)域的時間與載人航天發(fā)射時間相同，你不一定會意識到飛機正在主動避讓，因為空中管制員只需要讓飛機偏航、轉(zhuǎn)向或盤旋很短的時間，就可以避開火箭發(fā)射。

以上才說了4個階段，而第五階段，即火箭飛行570秒，星箭分離后，飛船進(jìn)入預(yù)定軌道后，此時如果發(fā)生緊急情況該怎么辦呢？

劉屹/繪

該階段的應(yīng)急返回，和正常返回的操作完全相同，唯一不同的地方是，應(yīng)急返回有可能降落在別國領(lǐng)土或海面上。但地面指揮中心會通過指令，讓返回艙盡量降落在地面搜救能力覆蓋的區(qū)域內(nèi)。

逃逸的過去與未來

中國對載人航天的安全性有著極高的要求。時至今天，中國共發(fā)射了11艘“神舟”飛船，其中6艘載人（“神舟”1-4、8號未載人），均取得了成功。俄羅斯（蘇聯(lián)）方面，1983年9月26日，“聯(lián)盟”7K-ST No.16L火箭計劃從拜科努爾發(fā)射場升空與“禮炮”7號空間站對接，然而在倒計時2秒時，火箭突然發(fā)生爆炸，2名航天員——蒂托夫和斯特拉卡洛夫在飛船艙內(nèi)感到異常震動，但他們無法看到外面發(fā)生了什么，此時，地面指揮團隊嘗試啟動逃逸系統(tǒng)，但控制電纜已經(jīng)被燒斷。地面指揮團隊隨即通過備用的無線電系統(tǒng)遙控激活逃逸系統(tǒng)，逃逸塔拖拽著飛船軌道艙和返回艙從火海中直沖云霄，后降落在距離發(fā)射工位約4千米的地方。2名宇航員平安逃生。

中國長2F火箭和俄羅斯“聯(lián)盟”號火箭的逃逸塔都是直接“拽”走返回艙和軌道艙2個艙段，而美國著名的“土星”5號與前兩者不同，它的返回艙位于火箭頂端，遇到緊急情況，逃逸塔直接“拽”走返回艙，逃逸載荷更輕，效率更高。但這樣設(shè)計的代價是，火箭正常入軌后，推進(jìn)艙和返回艙需要在空中掉頭180度，再與軌道艙進(jìn)行對接，多一步操作，就增加了一成風(fēng)險。

航天飛機退役后，美國已經(jīng)沒有可以載人的航天飛行器。目前，SpaceX在研的第二代“龍”飛船的應(yīng)急逃逸系統(tǒng)，取消了頂部逃逸塔的“拖拽”式逃逸方式，通過安裝在返回艙底部四周的固體火箭發(fā)動機，“推”起返回艙進(jìn)行逃逸。“龍”飛船也沒有中俄載人飛船的三段式設(shè)計，取消了軌道艙，這種軌道/返回艙一體化設(shè)計也將應(yīng)急逃逸和空中交匯對接的效率大大提升。

責(zé)任編輯：陳肖