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载人飞船出了事怎么办?揭秘飞船逃生系统

NASA在最近一次发射过程中出现了意外,所幸的是,宇航员Nick Hague和Alexey Ovchinin及时启动了紧急逃生系统并安全返回地面。他们近日接受了广播节目的采访,重述了火箭发射失败后,在他们安全返回到地面之前究竟经历了什么。

  近日,MS-10飞船的失事吸引了很多人目光。唯一的好消息是,MS-10上的宇航员通过逃生系统将返回舱从火箭和飞船主体上分离,并成功地安全返回地面。那么,载人飞船作为安全率要求最高的人造飞行物,是怎么样设置逃生系统的呢?

北京时间2018年10月11日16点40分,按照国际空间站既定工作计划,一枚联盟火箭在拜科努尔火箭发射中心升空,将联盟MS-10飞船送入轨道。飞船要实现6个小时内快速对接,两名宇航员将作为国际空间站第57/58远征队成员执行约半年的驻留任务。

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然而在发射后第118秒时,理论上应是四个助推器同时脱离火箭,但其中一个火箭助推器分离时出现故障,导致箭体受到一定冲击,甚至能从飞船视频记录中看到舱内出现大幅抖动。很快宇航员报告出现了逐渐失重的感觉,这意味着火箭二级的动力不足,非正常工作。

回顾安全抵达地球的当天,紧急救援人员很快抵达了着陆点,并将两名宇航员送回了拜科努尔航天发射场。在那里,他们跟家人团聚。Hague说道:“终于能把妻子抱在怀里,给她一个拥抱真是太棒了。这让我觉得 ‘好了,好了。我终于安全回来了’。”

  图为发射前的联盟载人飞船(来源:俄罗斯航天局)

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Hague是一位空军老兵,他的军事和宇航员训练在这个时候很快发挥了作用。他表示,在他在空军服役的时候也经历过飞行失败的时刻,所以他知道那个时候最好的办好就是保持冷静。

  逃逸塔和低空逃生

上图:联盟火箭助推器正常分离时的“科罗廖夫十字”;下图:本次发射,明显有问题。

不过这是Hague的第一次太空之旅,他不知道当降落伞打开时,联盟号内部会有什么特别的动静和震动。“你知道这些是我们无法形容的感觉。那些被弹回去的感觉、在舱内被抛来抛去的感觉。”

  火箭在进行发射载人飞船的任务时,除了某几个例外,都会安装逃逸塔。逃逸塔本质上就是安装在火箭顶端的一个小火箭,当火箭在发射中发生严重故障甚至起火爆炸时,逃逸塔能够把飞船的返回舱从火箭上分离,然后启动主发动机,把飞船从爆炸的火箭“拽出来”。

在这种情况下,整个飞船和火箭系统进入紧急状态,在进入飞行158秒后整流罩被抛弃,飞船被暴露出来并迅速与火箭脱离,此时已处在大气层边界100千米高度附近。飞船的逃逸塔已在第114秒时脱离,只能让飞船整体进入弹道降落过程。

火箭发射失败后,在返回到地面之前,Hague究竟经历了什么?“我真正注意到的第一件事情是左右摇晃得很厉害,”Hague在日前的一次广播采访中说道。在震动持续了几秒钟之后,太空舱内响起了警报,之后一盏应急灯亮起,表明飞船发生故障。

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飞船共计有三个部分:轨道舱,返回舱和推进舱。其中只有返回舱携带有降落伞系统、隔热系统和着陆反冲火箭,能够安全降落,也因而是发射和返回阶段宇航员所待舱段。但它位于整个飞船中部,这意味着在短短数分钟内应急系统必须紧急抛掉轨道舱和推进舱,从而让返回舱进入待着陆状态。

“当我看到那道光的时候,我就知道了我们的助推器遇到了紧急情况——我们不可能在那天进入轨道,”Hague说道。Hague和Ovchinin的任务突然变了——目标是返回地球。

  图为联盟-FG火箭,其前端的如同避雷针一样的结构就是逃逸塔(来源:俄罗斯航天局)

据了解,一旦发生故障,载有宇航员的联盟号,会进入紧急中断飞行模式,并与当前故障的火箭分离。当太空舱在空中飞行的时候,宇航员经历了短暂的失重状态。随后,重力重新控制了飞船,宇航员开始经历弹道下降。“这就像是朝空中抛球一样,”Hugue说,“在某个时候,重量会开始接管并开始将它拉下来。”

  事实上,这个装置看起来就像是变大的飞机弹射座椅,原理其实也是一样的。在低空,逃逸塔要做的第一步不是把宇航员带到地面,正相反,应该是带到更高的高空。因为只有在进入高空之后,飞船的返回舱才能分离。

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  联盟飞船顶部的固体火箭将把整流罩和飞船一起带入高空,接下来飞船将会从底部脱离,并脱离高空返回使用的防热大底,然后启动降落伞和反推火箭。

在弹道下降过程中,太空舱以比常规着陆更陡的角度降落,意味着它可能要承受比正常情况更多的重力。在常规的联盟号下降过程中,宇航员最高经历的重力加速度为5G,但这次Hague和Ovchinin在下降过程中却经历了6.7G,这种情况可能会对人体造成不适,特别是在一段时间内感觉到较大的重力加速度。Hague表示,幸运的是,在返回舱降落伞打开之前,这种情况他们只经历了几秒钟时间,“考虑到发生紧急情况的地点,我们可以说是相当幸运了的”。

  1983年9月26日,苏联准备发射联盟T-10-1飞船,然而在火箭点火后却发生故障,火箭主体被点燃,发射台则被燃烧放出的浓烟包围,此时联盟T-10-1飞船启动逃逸塔,并被带入高空离开即将爆炸的火箭。

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