北莫寒 編

2018年10月1 1日，搭載美俄兩國(guó)航天員去往國(guó)際空間站的“聯(lián)盟MS-10”飛船在發(fā)射過(guò)程中遭遇故障，飛船未能正常入軌，飛船和火箭裝備的發(fā)射逃逸系統(tǒng)在故障發(fā)生后成功啟動(dòng)，使宇航員安全脫險(xiǎn)。歷史上，發(fā)射逃逸系統(tǒng)曾經(jīng)多次在危急時(shí)刻力挽狂瀾，挽救了宇航員的生命。

彈射座椅：保障能力很有限

1961年4月12日，蘇聯(lián)空軍少校尤里·加加林乘坐“東方1號(hào)”飛船進(jìn)入太空并安全返回，成為人類(lèi)歷史上的第一位宇航員。在返回地球時(shí)，加加林沒(méi)有像今天的航天員一樣乘坐在飛船座艙中落地。在距離地面7公里時(shí)，他與他所乘坐的彈射座椅被一同彈射出飛船座艙，之后加加林再像跳傘的飛行員一樣，使用降落傘安全落地。

加加林使用的彈射座椅是一種裝有動(dòng)力裝置的特殊座椅。一旦啟動(dòng)，座椅上安裝的火箭或爆炸裝置能夠?qū)⒆渭捌涑藛T快速推離飛行器。在“東方號(hào)”飛船的設(shè)計(jì)中，彈射座椅除了能幫助宇航員在飛行最后階段返回地面外，在緊急情況下也能讓宇航員盡快脫險(xiǎn)。如果在發(fā)射后40秒之內(nèi)發(fā)生險(xiǎn)情，宇航員可以直接啟動(dòng)彈射座椅，與飛船分離并落地。如果在發(fā)射40秒至150秒的范圍內(nèi)發(fā)生險(xiǎn)情，則需要地面控制人員先向火箭發(fā)送關(guān)機(jī)命令，等到飛船與火箭下落到合適的高度后才能啟動(dòng)彈射座椅。

彈射座椅對(duì)宇航員的保障能力是相對(duì)比較薄弱的。在發(fā)射前與發(fā)射開(kāi)始后20秒，由于沒(méi)有足夠的高度打開(kāi)降落傘，宇航員難以使用彈射座椅成功逃生。此外，如果飛行中的火箭發(fā)生爆炸，彈射座椅能否將宇航員帶到距離火箭足夠遠(yuǎn)的位置，也被一些專(zhuān)家懷疑。

逃逸塔：千鈞一發(fā)立大功

在設(shè)計(jì)“聯(lián)盟”系列飛船時(shí)，設(shè)計(jì)師們就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了彈射座椅系統(tǒng)的局限性。一旦已經(jīng)完成燃料填充的火箭在發(fā)射臺(tái)上爆炸，彈射座椅既不能將宇航員帶離到距發(fā)射臺(tái)足夠遠(yuǎn)的安全距離，也無(wú)法保護(hù)宇航員不受爆炸產(chǎn)生的碎片傷害。為了應(yīng)對(duì)這種極端情況，同時(shí)進(jìn)一步提高飛船在發(fā)射各個(gè)階段中的安全性，他們采用了新的逃逸塔方案來(lái)為飛船實(shí)施保護(hù)。

逃逸塔是一種小型固體火箭，安裝在火箭頂端。一旦火箭發(fā)生危險(xiǎn)，逃逸塔上的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)將點(diǎn)火，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的推力，將飛船拉離發(fā)生危險(xiǎn)的火箭。為了在意外發(fā)生時(shí)能盡快撤離，設(shè)計(jì)師們?cè)陲w船和火箭上設(shè)置了針對(duì)探測(cè)推力不足、速度過(guò)低、火箭或飛船失控、助推器過(guò)早分離等一系列意外情況的探測(cè)器，一旦某個(gè)探測(cè)器探測(cè)到危險(xiǎn)的發(fā)生，逃逸塔就將自動(dòng)啟動(dòng)，無(wú)需人工干預(yù)。

1983年9月26日，發(fā)射。聯(lián)盟T-lOa”飛船的火箭正靜靜矗立在拜科努爾發(fā)射基地的發(fā)射塔上。乘坐這艘飛船的兩名宇航員在這次飛行中計(jì)劃再訪“禮炮4號(hào)”空間站，與已經(jīng)在空間站上工作的“聯(lián)盟T-9”飛船的船員一起，開(kāi)展一系列試驗(yàn)和維護(hù)工作。

正當(dāng)工作人員按照預(yù)定的時(shí)間表進(jìn)行各項(xiàng)發(fā)射準(zhǔn)備工作時(shí)，意外發(fā)生了。在火箭芯一級(jí)周?chē)壍乃膫€(gè)助推器之中，一個(gè)助推器的燃料閥門(mén)出現(xiàn)故障，進(jìn)而導(dǎo)致這個(gè)助推器的燃料管道意外破裂。已經(jīng)填充進(jìn)助推器的煤油燃料開(kāi)始向發(fā)射臺(tái)上泄漏，立即在發(fā)射臺(tái)上引發(fā)了熊熊大火。此時(shí)，距離預(yù)定發(fā)射時(shí)間僅剩90秒，火箭中數(shù)百?lài)嵉娜剂弦呀?jīng)填充完畢。由于無(wú)法有效控制發(fā)射臺(tái)上的火勢(shì)，整個(gè)火箭發(fā)生爆炸僅僅是時(shí)間問(wèn)題。

更可怕的是，在“聯(lián)盟T-lOa”險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，宇航員和地面控制人員震驚地發(fā)現(xiàn)，控制逃逸塔自動(dòng)啟動(dòng)的線(xiàn)路可能已經(jīng)被燒毀，必須使用備用的手動(dòng)方式啟動(dòng)逃逸塔。然而，手動(dòng)啟動(dòng)的流程十分冗雜，需要兩名處于不同建筑中的控制人員，在各自接收到自己的上級(jí)獨(dú)立發(fā)布的命令后，于5秒內(nèi)相繼按下自己的啟動(dòng)按鈕。幸運(yùn)的是，這個(gè)流程最終還是趕在火箭完全爆炸前得以執(zhí)行完畢。逃逸塔啟動(dòng)時(shí)的強(qiáng)大推力使飛行員們承受了14 -17g（g為重力加速度）的過(guò)載，這意味著飛船施加在他們身體上的擠壓推動(dòng)力是他們體重的14-17倍。

就在逃逸塔將飛船帶離火箭僅僅6秒后，發(fā)射塔上就發(fā)生了巨大的爆炸，由此產(chǎn)生的大火在整整20個(gè)小時(shí)后才得到控制。而逃離火箭的飛船則正確地執(zhí)行了返回艙分離、拋防熱底、減速發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)、降落傘打開(kāi)等一系列動(dòng)作，使得兩名宇航員平安返回地面。有人感慨道，僅僅差6秒，蘇聯(lián)就有可能遭遇自己的“挑戰(zhàn)者號(hào)悲劇”。

美國(guó)用于登月的“阿波羅號(hào)”飛船、正在研發(fā)的下一代“獵戶(hù)座號(hào)”飛船，以及我國(guó)的“神舟號(hào)”飛船，也選擇了逃逸塔作為逃逸工具。

整流罩逃逢發(fā)動(dòng)機(jī)：此次立功的接力保護(hù)者

在美國(guó)的航天飛機(jī)停飛后，俄羅斯的“聯(lián)盟號(hào)”飛船成為國(guó)際空間站唯一的天地往返載人運(yùn)輸工具。然而，在2018年10月11日， “聯(lián)盟MS-10”飛船在飛行過(guò)程中卻出現(xiàn)了意外。聯(lián)盟火箭的助推器與芯一級(jí)分離后，完成工作的四個(gè)助推器本來(lái)應(yīng)該像四瓣綻放的花瓣一樣遠(yuǎn)離火箭。然而，通過(guò)“聯(lián)盟MS-10”飛船的發(fā)射直播畫(huà)面，人們驚訝地發(fā)現(xiàn)一些碎片和殘骸在助推器分離后從火箭四周飛出，故障發(fā)生了。

此時(shí)，火箭已經(jīng)起飛123秒，逃逸塔已經(jīng)與火箭分離，幫助飛船脫險(xiǎn)的重任轉(zhuǎn)由包裹飛船的整流罩上布置的四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)完成。整流罩上的四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在1秒內(nèi)相繼啟動(dòng)后，飛船與火箭分開(kāi)一定距離，以彈道方式返回地面。待命的搜救人員在返回艙落地后，很快將其找到并確認(rèn)航天員沒(méi)有受傷。

實(shí)際上，在逃逸塔最初投入使用后不久，設(shè)計(jì)人員就對(duì)整個(gè)逃逸流程進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)置了多重逃逸方式：在發(fā)射前至火箭起飛后約120秒，由逃逸塔提供逃逸動(dòng)力。之后，逃逸塔與火箭分離，逃逸動(dòng)力由包裹飛船的整流罩上的四臺(tái)逃逸發(fā)動(dòng)機(jī)提供。而在發(fā)射后約160秒，整流罩與火箭分離，這之后如果再出現(xiàn)險(xiǎn)情，就只能依靠飛船自身的發(fā)動(dòng)機(jī)了。

飛船發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)逃逸程序：脫險(xiǎn)最后一招

1975年4月5日， “聯(lián)盟18A”飛船在發(fā)射過(guò)程中出現(xiàn)了另外一種險(xiǎn)情：火箭的芯一級(jí)和第二級(jí)未能正常分離。

多級(jí)火箭的不同部分由一種被稱(chēng)為“爆炸螺栓”的裝置連接。在芯一級(jí)火箭還在工作時(shí)，爆炸螺栓能夠?qū)⑿疽患?jí)和第二級(jí)牢靠地連接在一起。而當(dāng)芯一級(jí)已經(jīng)完成任務(wù)、需要從火箭上分離時(shí)，爆炸螺栓則會(huì)引爆內(nèi)部填充的炸藥將自己炸斷，使分離能夠進(jìn)行。然而在這次任務(wù)中，連接一二級(jí)的6個(gè)爆炸螺栓中，僅有3個(gè)正常斷開(kāi)。雖然第二級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)按照程序正常點(diǎn)火，但在第一級(jí)仍然附著在火箭上的情況下，火箭開(kāi)始偏離正常的飛行軌跡。

此時(shí)，距離火箭點(diǎn)火起飛已經(jīng)過(guò)去288秒，逃逸塔和整流罩已經(jīng)從火箭上分離，飛船已經(jīng)越過(guò)分隔大氣層和太空的“卡門(mén)線(xiàn)”，處于距離地面145公里的太空中。好在設(shè)計(jì)師們?yōu)檫@個(gè)階段的飛行設(shè)計(jì)了最后一道保險(xiǎn)——飛船自身發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)逃逸程序。在正常飛行中，這些發(fā)動(dòng)機(jī)本來(lái)用于飛船的變軌或返回等操作。而在這次事件中，當(dāng)火箭的控制系統(tǒng)發(fā)生異常后，飛船的自動(dòng)逃逸程序開(kāi)始啟動(dòng)，飛船自身的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力使飛船與火箭分離并進(jìn)入返回地面的彈道中。在此過(guò)程中，宇航員們經(jīng)歷了比“聯(lián)盟T-lOa”更加嚴(yán)重的過(guò)載，最高時(shí)競(jìng)達(dá)到了21.3g。

飛船在返回地面后，落到了西伯利亞被積雪覆蓋的山坡上。宇航員和控制人員很快利用無(wú)線(xiàn)電建立了通訊聯(lián)系，但由于事發(fā)突然且飛船落地點(diǎn)荒無(wú)人煙，兩位宇航員不得不在零下7攝氏度的嚴(yán)寒中忍受了一整夜，才等到救援直升機(jī)的到來(lái)。

自主逃逸系統(tǒng)：未來(lái)的保護(hù)神

2018年，NASA公布了即將進(jìn)行下一代商業(yè)航天飛行的宇航員，而他們將乘坐的“SpaceX”龍飛船和“波音CST-100”飛船，都不再設(shè)置逃逸塔，而是采用了自主逃逸系統(tǒng)，可在整個(gè)飛行過(guò)程中通過(guò)飛船本身的發(fā)動(dòng)機(jī)提供飛船與火箭分離、安全返回地面的功能。相比于使用逃逸塔的方案，這兩種飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)還可以用于飛船的變軌等操作，實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)多用”，從而在一定程度上減小了飛船系統(tǒng)的重量，還省去了發(fā)射過(guò)程中逃逸塔分離的環(huán)節(jié)，進(jìn)一步增強(qiáng)了發(fā)射的可靠性。

以龍飛船為例，逃逸系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源于超級(jí)天龍座發(fā)動(dòng)機(jī)。共有8臺(tái)超級(jí)天龍座發(fā)動(dòng)機(jī)，分為4組安裝在飛船側(cè)面的壁板上，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)能夠提供約71千牛的推力。在接到點(diǎn)火的指令后，這種發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在短短100毫秒內(nèi)達(dá)到最大推力狀態(tài)。8臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)之間還能互為冗余備份，在其中某些發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，依靠其他的正常發(fā)動(dòng)機(jī)仍然能夠保證宇航員們的安全，其冗余性能已經(jīng)超過(guò)了NASA的要求。