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武器装备

时间:2019-11-26

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  2018年10月11日,携带“联盟”MS-10载人飞船的“联盟”FG火箭从哈萨克斯坦拜科努尔发射场发射执行国际空间站航天员运送任务,火箭起飞约两分钟后发射故障,逃逸发动机启动将“联盟”MS-10载人飞船与火箭分离,随后飞船利用降落伞降落地面,航天员安然无恙,“联盟”FG火箭随后坠毁。这也是“联盟”FG火箭自使用以来的首次发射事故。

随着人类航天活动拓展到月球、水星、火星,以及太阳系外的星空,世界各国对太空探索的热情越来越高涨,国内外民营航天事业蓬勃发展。同时,我们也应看到,载人航天毕竟是存在巨大风险的“太空旅行”,如何建设高可靠性的逃逸系统,在航天发射出现危险情况时确保航天员的生命安全,日益成为太空探索的首道“安全阀”。

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太空之旅“步步惊心”

  ▲联盟FG火箭发射时序

早在1961年,苏联就成功发射了世界上第一艘载人飞船。从那时起,即便航天发射的成功率日渐提升,但载人航天器依旧没有达到尽善尽美的程度。在过去的几十年时间里,人们遭遇过各类重大险情,超过30名航天员因此殒命。尽最大可能保证航天员的生命安全,理所当然成为世界各国高度关注的重要课题。

  1、任务概况

载人航天器的飞行过程包括发射、上升、下降和着陆等阶段,对应的救生系统也分为发射台紧急撤离、发射上升段救生、上升段高空应急救生、着陆冲击救生、轨道上救生等多个部分。其中,航天员面临的最大威胁还是在火箭发射阶段。2018年10月,“联盟MS-10”飞船在发射后不久发生故障,危险瞬间到来。所幸飞船及时进入紧急状态,两名航天员从8万米高空成功上演了“天地大逃亡”。

  按照预定计划,“联盟”MS10飞船在发射后6个小时飞船与国际空间站的对接,并在轨停留约6个月的时间,计划于2019年4月返回地球。

作为世界上第一个成功实现载人航天飞行的国家,苏联最早设想的逃逸方案,就是颇为简陋的弹射座椅。这种逃逸系统脱胎于普通军用飞机的救生设备,主要用于航天员在重返地球阶段弹射出舱,曾装备过“东方”系列载人飞船。在那个连返回舱都尚未成形的年代,看似简陋的弹射座椅,却承担着将航天员带离险境的艰巨使命。

  (1)任务流程

随着“上升”系列飞船开始配备返回舱,航天发射逃逸系统逐渐兴起。这种逃逸系统能在火箭发射升空出现故障时,启动最上端的应急系统,使得飞船与火箭及时分离,让航天员脱离危险。

  北京时间2018年10月11日16时47分,“联盟”FG火箭从拜科努尔发射场发射,发射后114.16秒,逃逸塔分离;发射后117.8秒,火箭一级分离,此时高度为50千米;发射后123秒,由于火箭监测到出现异常,与整流罩相连的4台RDG固体逃逸发动机两两间隔0.32秒启动,将飞船的轨道舱和返回舱与火箭分离(参见图2,联盟飞船逃逸系统类似我国神舟飞船,此次逃逸类型应为“无塔高空逃逸”);发射后160秒,返回舱与其他部分分离进入自由降落模式再入大气层,随后在任务中心的指导下,航天员启动弹道再入模式,最大重力加速度为6.7g;发射后约7分钟,返回舱以伞降方式降落地面,地点位于在哈萨克斯坦杰兹卡兹甘以东25~30千米(距拜科努尔发射场约400千米)。

逃离险境的“诺亚方舟”

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仔细观察用于载人飞行发射的火箭,火箭的尖端部位好似都安装了一根“避雷针”,这就是作为救生装置的逃逸塔。

  ▲神舟系列飞船安全措施示意图

一旦火箭在发射过程中发生轨道偏离、点火不正常等意外情况,地面控制人员就会向飞船发送逃逸指令代码。得到逃逸指令后,逃逸塔就会以最快的速度将载人飞船带离火箭并启动自带发动机,将飞船带到远离发射台的安全地带降落,从而挽救航天员的生命。因此,逃逸塔也被称作航天员的“生命之塔”。

  (2)救援过程

逃逸塔最初主要应用于人类“水星计划”。早在整体设计阶段,研究人员就创造性地设计了一套安装在飞船顶部的逃逸系统。逃逸塔系统在火箭发射过程中承担着双重使命,一旦火箭在升空阶段出现异常,逃逸塔就是航天员实现瞬间逃生的“诺亚方舟”。即便火箭全过程飞行顺利,逃逸塔也必须随时处于待命状态,以确保能随时应对各种突发情况。

太阳集团太阳娱乐登录,  事故发生后,俄罗斯立即启动紧急救援程序。驻扎在杰兹卡兹甘、拜科努尔和的飞机与地面车辆启动搜索行动,俄罗斯中央军区的快速响应空降兵小组在半小时内空投伞兵到达返回舱降落地点,随后4架“米-8”直升机和一个地面小组也到达降落地点,将出舱的两位航天员送到就近的机场。经过初步医疗检查,二人状况良好,随后通过飞机返回俄罗斯和美国。

看似匆忙的“逃逸行动”,其中却包含着诸多精心设计的“大学问”。逃逸可分为整舱逃逸和个人逃逸两种,根据逃生环境又可细分为大气层逃逸和在轨逃逸,大气层逃逸还包括主动段逃逸和再入段逃逸两种情况。使用逃逸塔逃逸,也可分为配有整流罩和无飞船整流罩两种逃逸方案,“联盟”系列飞船主要采用的是配有整流罩的逃逸塔方案。

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当然,航天发射逃逸系统并不仅限于逃逸塔。载人航天的救生装置一般包括弹射座椅、逃逸塔、分离座舱和载人机动装置等,它们各自在飞行的不同高度发挥作用。当飞行高度位于2千米至10千米时,航天员既可使用弹射座椅弹射出舱,也可以启动逃逸塔自救。当飞行到10千米至110千米高度时,就只能启动逃逸塔救生了。

  ▲俄罗斯宇航员Alexey Ovchinin和

如果险情发生在逃逸塔分离之后,火箭整流罩上仍然有可以用于分离的火箭发动机,能使得运载火箭和飞船分离。当整流罩抛离后,如果这时再出现故障,航天员只能通过分离飞船返回舱的方法,搭乘返回舱返回。即便是飞船的逃逸系统在遭遇险情时没能自动启动,航天员依旧可以通过座舱内的手动按钮紧急启动逃逸系统。此次“联盟-FG”火箭事故,航天员就是手动启动的逃逸系统。

  美国宇航局的宇航员Nick Hague

载人航天的首道“安全阀”

  (3)事故调查

应急逃生是一个极为复杂的系统,航天发射逃逸技术也成为评判一个国家航天实力的“试金石”。航天逃逸的每个环节都相互影响、相互制约,不仅需要故障诊断系统在最短时间内确认故障并发出指令,也对各类设备和航天员自身素质提出了很高要求。一旦航天发射逃逸过程中任一环节出现差错,都会让整个救生过程功亏一篑。

  事故发生后,俄罗斯出动24支搜救队搜寻事故残骸。返回舱也被俄罗斯国家航天集团公司和能源火箭公司回收,专家们开始破译数据,计划10月12日提供初步报告。10月11日,“联盟”FG火箭的整流罩在距离杰兹卡兹甘40千米处已经被找到;10月12日,“联盟”FG火箭的助推级、一级、二级火箭和逃逸塔残骸在卡拉干达地区找到,分布在方圆40千米的区域内。俄罗斯已经成立事故调查委员会,预计将于2周内(10月25日)提交事故调查报告。

在守护人类太空飞行事业上,逃逸系统创下过许多辉煌。人类历史上第一次成功实现高空救生,发生在1975年4月苏联“联盟-18A”飞船准备与“礼炮”号空间站对接时。当火箭飞到144千米高度时,火箭制导系统突然发生故障,导致其偏离轨道并带着飞船开始翻滚。逃逸系统紧急启动,使飞船返回舱与火箭分离。飞船按照返回程序,载着航天员降落到离发射场1600千米之外的西伯利亚西部山区。

  由于“联盟”FG同时承担国际空间站的载人和货运任务,因此在事故调查完成之前,俄罗斯已经暂停所有载人航天发射任务。

目前用于载人航天发射的火箭均带有逃逸塔系统。通常情况下,逃逸系统的工作时间可维持到发射后100秒左右,这期间即便是发生危险,也可以通过逃逸系统挽救航天员的生命。

  2、事故原因分析