俄罗斯联盟号飞船发射失败 是靠什么挽救了航天员的生命?

今天,俄罗斯联盟MS-10载人飞船发射失败,火箭发射后发动机发生故障,两名航天员启动逃生系统,并安全返回地面。这并不是人类载人航天史上第一次成功救生。第一次是1975年4月5日,苏联发射联盟18号飞船在飞行主动段,火箭偏离了预定轨道,此时逃逸装置把飞船和运载火箭分离,按应急程序返回地面;第二次是1983年9月26日,联盟T-10号飞船发射前,在发射架上因为推进剂泄漏导致火灾,启动了发射逃逸系统,并安全救生。因此,今天联盟MS-10飞船是人类载人航天史上第三次发射阶段成功救生。

但是,此次航天发射救生成功的技术手段就比较有意思了。多数网友认为此次救生采用了火箭的逃逸系统,那我们就先来分析一下是否使用了该系统。载人运载火箭发射是宇航员进入太空的重要一步,也是危险性较大的一个环节。位于火箭顶部的逃逸系统是飞船发射阶段的护身符,能够保护航天员的生命安全。一旦火箭发射出现意外,它可以将飞船带离火箭,帮助航天员逃离危险区。

逃逸系统结构图

联盟号火箭采用的是逃逸塔方案,在火箭发生故障时,逃逸系统一旦收到自动或者手动逃逸信号,设置在火箭顶部的逃逸塔将飞船轨道舱和返回舱拉离故障火箭。逃逸系统的结构由上半部整流罩、栅格翼及其释放机构、上下支撑结构组成。以整流罩为逃逸飞行器的的外形,完成逃逸时飞船轨道舱和返回舱同整流罩连接在一起。逃逸飞行器是一种无控飞行器,飞行中的稳定性和机动性是依靠飞行器自身的气动力来保证。由于火箭起飞阶段的飞行特征决定了逃逸飞行器需要能够适应很宽的飞行攻角和飞行马赫数范围,同时还需要满足稳定性和机动性的要求,除了把逃逸系统动力装置安装在逃逸飞行器的头部之外,还在逃逸飞行器的底部四周设置了4块稳定栅格翼,栅格翼是是气动效率最高,质量最轻的气动部件。为了不影响火箭的正常飞行,正常飞行时栅格翼贴靠在整流罩上,逃逸时展开,并锁定在水平位置。同时为了减小逃逸发动机对气动特性的影响,要求发动机喷流不能直接打到栅格翼上,所以发动机和栅格翼呈“×+”布局。

我国的CZ-2F火箭也采用了类似的逃逸塔技术

那么关键的来了,本次联盟MS-10飞船救生是否采用了逃逸塔呢?答案是否定的。其原因在于,逃逸系统的工作范围仅适用于火箭飞行-30min~120s,也就是说在火箭发射前30分钟到火箭发射后120秒这段期间是逃逸系统的工作时间,如果火箭飞行顺利,火箭发射120s之后,逃逸塔将与火箭分离,此时分离发动机和两台偏航俯仰发动机开始工作,执行抛塔任务。而我们从现场直播的录像来看,联盟MS-10飞船在前面120s的飞行是正常的,按照正常程序,此时逃逸塔同火箭分离。因此,我们可以推断出此次救生并非使用的逃逸塔。

根据最新的消息显示,两名航天员在启动逃生系统后,返回陆地,降落在哈萨克斯坦境内。我们从落点大致可以推算出,火箭发生故障是在大约120s-200s这段期间,此时逃逸塔已经分离,火箭发出逃逸指令后飞船与火箭分离,但是此阶段飞船的推进系统尚未准备好,飞船不能实施落点控制(这也很好解释了飞船为什么落到哈萨克境内,因为飞船是无控状态),此时飞船启动高空逃逸发动机或者飞船轨控发动机,将飞船带离原飞行弹道,飞船姿控发动机开始工作调姿,并执行高空10km高空开伞程序。飞船依靠降落伞的作用安全返回地面。

向两位勇士致敬

此次联盟MS-10飞船发射虽然失败了,但是再次证明了俄罗斯救生系统逃逸系统的可靠性,人类探索太空的道路上危险重重,逃逸系统作为载人航天的护身符将为航天员安全可靠的进入太空提供有力的保证,我们希望它永远也不要发挥作用,但是,一旦需要,它一定能力挽狂澜,挽救航天员的生命。

(作者:鼎盛沙龙)