俄飛船事故宇航員如何逃生

李忠東

北京時間2018年10月11日16點40分，按照國際空間站的既定工作計劃，搭載“聯(lián)盟MS-10”號載人飛船的“聯(lián)盟-FG”運載火箭從哈薩克斯坦拜科努爾火箭發(fā)射中心升空。飛船與國際空間站要實現(xiàn)6個小時內(nèi)快速對接（此前世界各國通例為2天時間對接），俄羅斯宇航員阿列克謝·奧夫奇寧和美國宇航員尼克·黑格作為國際空間站第57、58名遠征隊成員，要執(zhí)行約半年的駐留任務(wù)。黑格是首度執(zhí)行太空任務(wù)，美國宇航局原先計劃讓他在10月19日和25日與歐洲航天局的德國航天員格斯特進行太空行走，為太空站的太陽能發(fā)電系統(tǒng)安裝6塊鋰電池。月初，美國宇航局曾計劃讓格斯特配合其他航天員安裝，但因技術(shù)和天氣問題而延遲了。

逃逸系統(tǒng)表現(xiàn)出色

“聯(lián)盟-FG”運載火箭在升空發(fā)射后第118秒時突然發(fā)生故障，致使發(fā)射任務(wù)失敗。理論上應(yīng)是4個助推器同時脫離火箭，但其中一個火箭助推器分離時出現(xiàn)狀況，導(dǎo)致箭體受到一定沖擊，從飛船視頻記錄中甚至能看到艙內(nèi)出現(xiàn)大幅抖動。很快，宇航員報告出現(xiàn)了逐漸失重的感覺，意味著火箭二級的動力不足，不能正常工作。

此時，整個飛船和火箭系統(tǒng)進入緊急狀態(tài)。158秒時，整流罩被拋棄，飛船被暴露出來并迅速與火箭脫離。此時飛船已處在大氣層邊界100千米附近，逃逸塔已在第114秒時脫離，只能讓飛船整體進入彈道降落過程。

飛船共計有軌道艙、返回艙和推進艙三個部分，其中只有返回艙攜帶有降落傘系統(tǒng)、隔熱系統(tǒng)和著陸反沖火箭，能夠安全降落，因而也是發(fā)射和返回階段宇航員所在艙段。但它位于整個飛船中部，這意味著在短短數(shù)分鐘內(nèi)應(yīng)急系統(tǒng)必須緊急拋掉軌道艙和推進艙，從而讓返回艙進入待著陸狀態(tài)。

奧夫奇寧和黑格立即啟動緊急逃生程序，所幸應(yīng)急系統(tǒng)表現(xiàn)良好，完全按照程序執(zhí)行。宇航員們這才毫發(fā)無損地成功返回，安全降落在哈薩克斯坦。整個航天界大受震動。與以往逃逸塔逃生事件不同的是，這次屬于典型的“無塔逃逸”案例，也就是在火箭發(fā)生第一級分離，位于火箭頂端的整流罩被拋下之后實現(xiàn)的。

火箭發(fā)射階段航天救生系統(tǒng)的核心就是逃逸塔，簡單來說它就是利用小火箭將宇航員跟發(fā)生事故的火箭分離的裝置。逃逸塔上分布著多個小型發(fā)動機，能夠滿足不同高度的逃逸需求，并且直接連著宇航員的座椅。逃逸塔的工作時間可以維持到發(fā)射后100秒左右，期間發(fā)生危險時逃逸塔均可拯救宇航員生命，因而世界上用以載人航天的火箭均帶有逃逸塔。但是有一個例外，美國的航天飛機由于設(shè)計問題并沒有安裝此項裝置。當(dāng)1986年1月28日“挑戰(zhàn)者”號執(zhí)行發(fā)射任務(wù)出現(xiàn)故障時，7名宇航員根本無法逃離，后全部遇難，釀成慘劇。

應(yīng)急逃生系統(tǒng)是個復(fù)雜的系統(tǒng)，全面考驗一個國家的綜合技術(shù)水平。航天救生的每個環(huán)節(jié)都是互相影響、互相制約的，故障診斷系統(tǒng)必須在最短的時間內(nèi)診斷故障并迅即發(fā)出指令，與此同時設(shè)計者還要著重考慮逃逸過程中宇航員能夠承受的過載、振動和噪音等極限值。整個救生過程只要有一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯，處于茫茫太空中的宇航員都可能遭遇慘劇。

整體來看，“聯(lián)盟”號的應(yīng)急救生系統(tǒng)仍是成熟的系統(tǒng)之一。俄羅斯在航天發(fā)射，特別是救生系統(tǒng)上的領(lǐng)先絕非偶然，靠的是長久技術(shù)積淀和經(jīng)驗累積。從2002年10月30日開始，俄羅斯“聯(lián)盟-FG”運載火箭幾乎壟斷了目前國際空間站運輸與補給的所有任務(wù)，承擔(dān)了絕大多數(shù)向國際空間站發(fā)射飛船的任務(wù)。大量的發(fā)射經(jīng)驗為俄羅斯不斷改進救生系統(tǒng)提供了最為扎實的實踐基礎(chǔ)，而這次涉事宇航員死里逃生的經(jīng)歷則成了最直觀的驗證。

整流罩分離發(fā)動機立功

在 “聯(lián)盟-FG”型運載火箭發(fā)生嚴(yán)重事故時，拯救兩名宇航員的關(guān)鍵設(shè)備是該火箭整流罩上的4臺分離發(fā)動機。隨著此次任務(wù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷匯聚到俄火箭研制單位，關(guān)于當(dāng)時火箭運載的兩名宇航員如何逃離險境的細節(jié)逐漸被發(fā)掘出來。

“聯(lián)盟-FG”型運載火箭的研制單位之一——俄“火花”機器制造設(shè)計局的航天技術(shù)副總設(shè)計師沃爾奇科夫表示，火箭升空100多秒，第一級與第二級分離時發(fā)生故障，導(dǎo)致火箭第二級的發(fā)動機關(guān)閉。在感知危險后，火箭上的“發(fā)射逃逸系統(tǒng)”在升空第123秒時自動啟動，使火箭整流罩上的4臺分離發(fā)動機一起點火。在升空后第180秒時令火箭頂部的整流罩脫離火箭，而整流罩內(nèi)部與“聯(lián)盟MS-10”飛船連接的裝置則“拽”著該飛船的軌道艙和返回艙以每秒100米的速度飛離。此后，軌道艙與返回艙分離，后者拋出降落傘著陸。

沃爾奇科夫說，用整流罩分離發(fā)動機挽救宇航員的生命，這在俄載人航天發(fā)射史上是第一次。在正常情況下，整流罩在準(zhǔn)備與火箭分離時，其內(nèi)部與飛船連接的裝置會斷開，而后整流罩上的爆炸螺栓啟動，使其分成兩半并向后拋下。此次事故恰巧發(fā)生在整流罩內(nèi)部與飛船連接裝置未斷開時，因此整流罩上的分離發(fā)動機才能通過牽引整流罩，進而帶動飛船的部分艙段脫離故障火箭。目前，“聯(lián)盟-FG”火箭的第一級和第二級殘骸都已找到，其第一級的保存狀況適合接受物件分析。

飛船的返回艙在哈薩克斯坦Jezkazgan以東20 千米的地方找到。

這次事件是繼2003年“哥倫比亞”號航天飛機失事導(dǎo)致7名宇航員遇難后，發(fā)生的最大一次載人航天險情，其嚴(yán)重程度遠遠超過了前段時間駁接國際空間站的聯(lián)盟飛船時所發(fā)生的孔洞漏氣事件。

預(yù)判到位 層層設(shè)防

實施載人飛船發(fā)射任務(wù)過程中，航天員在不同階段都有逃生方式。

在火箭發(fā)射前，發(fā)射塔架上設(shè)有由特殊材料制成的緊急滑道，它如同一個軟管，從塔架直通地面?；鸺Q在發(fā)射塔后，宇航員需要提前進入位于頂部的飛船，現(xiàn)場人員撤離，只剩下宇航員陪伴著這么一個“巨型炸彈”。此時如果發(fā)生危險，宇航員可以通過滑道迅速回到地面。

如果在宇航員已經(jīng)進入飛船等待發(fā)射的期間發(fā)生險情，想迅速離開就不那么容易了，因為時間根本不夠。此時載人飛船頂部連接的固體火箭逃逸塔就會迅速工作，將飛船快速帶離發(fā)射現(xiàn)場后通過降落傘降落。細心人可能會注意，發(fā)射載人飛船時，火箭頂端有個像天線一樣的裝置，它就是航天員的另一個“生命通道”——逃逸塔。

歷史上，逃逸塔僅有一次使用記錄。1983年9月26日，蘇聯(lián)發(fā)射“聯(lián)盟T10A”載人飛船起飛前突遇險情，助推器起火，火箭在發(fā)射臺上爆炸。爆炸前，傳感器檢測到推進劑管路中有個閥門失靈，地面人員果斷發(fā)出救生指令，逃逸系統(tǒng)將飛船牽引到4千米外降落。幾乎在同時，發(fā)射臺炸成一片火海，航天員季托夫和斯特列卡洛夫逃過一劫。

當(dāng)?shù)貢r間2018 年10 月11 日，哈薩克斯坦拜科努爾，美國宇航員尼克·黑格與俄羅斯宇航員阿列克謝·奧夫奇寧身穿全套航天服接受檢查后進入宇宙飛船。

如果在火箭發(fā)射升空過程中，在火箭設(shè)定的拋掉整流罩程序后發(fā)生意外，他們就得靠飛船脫險。但代價是負荷超過自身體重15倍，這對未經(jīng)過身體訓(xùn)練的普通人來說，是根本無法承受的。

逃逸塔按照程序被主動棄用后，飛船依然有應(yīng)急系統(tǒng)，這便是本次“聯(lián)盟MS-10”飛船遇險逃生的實踐。飛船在通過彈道下降的過程中艙段分離，返回艙順利返回。

奧夫奇寧和黑格雖然實現(xiàn)高空救生成功，但并非人類歷史上的首次。1975年4月5日，蘇聯(lián)發(fā)射“聯(lián)盟18A”飛船，準(zhǔn)備與“禮炮”號空間站對接?；鸺谌夵c火不久，在火箭上升到144 千米高空時，因制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)生故障，飛船在空中翻滾，偏離預(yù)定軌道。地面緊急操作火箭關(guān)機，并使飛船返回艙與火箭分離。飛船按照返回程序，載著航天員降落到離發(fā)射場1600千米外的西伯利亞西部山區(qū)。如果不是降落傘掛在樹上，飛船很可能會滾下懸崖。這是人類首次高空救生成功，但風(fēng)險系數(shù)遠高于此次“聯(lián)盟MS-10”飛船遇險，對宇航員的生命威脅巨大，指令長甚至身受重傷從此退役。

每當(dāng)危機發(fā)生后，如何避免類似事件再現(xiàn)，都會成為國際社會共同關(guān)注的核心問題，因為幸運女神不是每次都會降臨的。