北莫寒 編

2018年10月1 1日，搭載美俄兩國航天員去往國際空間站的“聯(lián)盟MS-10”飛船在發(fā)射過程中遭遇故障，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，使宇航員安全脫險。歷史上，發(fā)射逃逸系統(tǒng)曾經(jīng)多次在危急時刻力挽狂瀾，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”飛船進入太空并安全返回，成為人類歷史上的第一位宇航員。在返回地球時，加加林沒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，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力裝置的特殊座椅。一旦啟動，座椅上安裝的火箭或爆炸裝置能夠將座椅及其乘員快速推離飛行器。在“東方號”飛船的設計中，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。如果在發(fā)射后40秒之內發(fā)生險情，宇航員可以直接啟動彈射座椅，與飛船分離并落地。如果在發(fā)射40秒至150秒的范圍內發(fā)生險情，則需要地面控制人員先向火箭發(fā)送關機命令，等到飛船與火箭下落到合適的高度后才能啟動彈射座椅。

彈射座椅對宇航員的保障能力是相對比較薄弱的。在發(fā)射前與發(fā)射開始后20秒，由于沒有足夠的高度打開降落傘，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的位置，也被一些專家懷疑。

逃逸塔：千鈞一發(fā)立大功

在設計“聯(lián)盟”系列飛船時，設計師們就已經(jīng)認識到了彈射座椅系統(tǒng)的局限性。一旦已經(jīng)完成燃料填充的火箭在發(fā)射臺上爆炸，彈射座椅既不能將宇航員帶離到距發(fā)射臺足夠遠的安全距離，也無法保護宇航員不受爆炸產(chǎn)生的碎片傷害。為了應對這種極端情況，同時進一步提高飛船在發(fā)射各個階段中的安全性，他們采用了新的逃逸塔方案來為飛船實施保護。

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，逃逸塔上的火箭發(fā)動機將點火，在短時間內產(chǎn)生較大的推力，將飛船拉離發(fā)生危險的火箭。為了在意外發(fā)生時能盡快撤離，設計師們在飛船和火箭上設置了針對探測推力不足、速度過低、火箭或飛船失控、助推器過早分離等一系列意外情況的探測器，一旦某個探測器探測到危險的發(fā)生，逃逸塔就將自動啟動，無需人工干預。

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劃再訪“禮炮4號”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，開展一系列試驗和維護工作。

正當工作人員按照預定的時間表進行各項發(fā)射準備工作時，意外發(fā)生了。在火箭芯一級周圍捆綁的四個助推器之中，一個助推器的燃料閥門出現(xiàn)故障，進而導致這個助推器的燃料管道意外破裂。已經(jīng)填充進助推器的煤油燃料開始向發(fā)射臺上泄漏，立即在發(fā)射臺上引發(fā)了熊熊大火。此時，距離預定發(fā)射時間僅剩90秒，火箭中數(shù)百噸的燃料已經(jīng)填充完畢。由于無法有效控制發(fā)射臺上的火勢，整個火箭發(fā)生爆炸僅僅是時間問題。

更可怕的是，在“聯(lián)盟T-lOa”險情發(fā)生時，宇航員和地面控制人員震驚地發(fā)現(xiàn)，控制逃逸塔自動啟動的線路可能已經(jīng)被燒毀，必須使用備用的手動方式啟動逃逸塔。然而，手動啟動的流程十分冗雜，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獨立發(fā)布的命令后，于5秒內相繼按下自己的啟動按鈕。幸運的是，這個流程最終還是趕在火箭完全爆炸前得以執(zhí)行完畢。逃逸塔啟動時的強大推力使飛行員們承受了14 -17g（g為重力加速度）的過載，這意味著飛船施加在他們身體上的擠壓推動力是他們體重的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個小時后才得到控制。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)動機開機、降落傘打開等一系列動作，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)者號悲劇”。

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

整流罩逃逢發(fā)動機：此次立功的接力保護者

在美國的航天飛機停飛后，俄羅斯的“聯(lián)盟號”飛船成為國際空間站唯一的天地往返載人運輸工具。然而，在2018年10月11日， “聯(lián)盟MS-10”飛船在飛行過程中卻出現(xiàn)了意外。聯(lián)盟火箭的助推器與芯一級分離后，完成工作的四個助推器本來應該像四瓣綻放的花瓣一樣遠離火箭。然而，通過“聯(lián)盟MS-10”飛船的發(fā)射直播畫面，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，火箭已經(jīng)起飛123秒，逃逸塔已經(jīng)與火箭分離，幫助飛船脫險的重任轉由包裹飛船的整流罩上布置的四臺發(fā)動機來完成。整流罩上的四臺發(fā)動機在1秒內相繼啟動后，飛船與火箭分開一定距離，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航天員沒有受傷。

實際上，在逃逸塔最初投入使用后不久，設計人員就對整個逃逸流程進行了改進，設置了多重逃逸方式：在發(fā)射前至火箭起飛后約120秒，由逃逸塔提供逃逸動力。之后，逃逸塔與火箭分離，逃逸動力由包裹飛船的整流罩上的四臺逃逸發(fā)動機提供。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)險情，就只能依靠飛船自身的發(fā)動機了。

飛船發(fā)動機自動逃逸程序：脫險最后一招

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

多級火箭的不同部分由一種被稱為“爆炸螺栓”的裝置連接。在芯一級火箭還在工作時，爆炸螺栓能夠將芯一級和第二級牢靠地連接在一起。而當芯一級已經(jīng)完成任務、需要從火箭上分離時，爆炸螺栓則會引爆內部填充的炸藥將自己炸斷，使分離能夠進行。然而在這次任務中，連接一二級的6個爆炸螺栓中，僅有3個正常斷開。雖然第二級的發(fā)動機按照程序正常點火，但在第一級仍然附著在火箭上的情況下，火箭開始偏離正常的飛行軌跡。

此時，距離火箭點火起飛已經(jīng)過去288秒，逃逸塔和整流罩已經(jīng)從火箭上分離，飛船已經(jīng)越過分隔大氣層和太空的“卡門線”，處于距離地面145公里的太空中。好在設計師們?yōu)檫@個階段的飛行設計了最后一道保險——飛船自身發(fā)動機的自動逃逸程序。在正常飛行中，這些發(fā)動機本來用于飛船的變軌或返回等操作。而在這次事件中，當火箭的控制系統(tǒng)發(fā)生異常后，飛船的自動逃逸程序開始啟動，飛船自身的發(fā)動機產(chǎn)生的動力使飛船與火箭分離并進入返回地面的彈道中。在此過程中，宇航員們經(jīng)歷了比“聯(lián)盟T-lOa”更加嚴重的過載，最高時競達到了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線電建立了通訊聯(lián)系，但由于事發(fā)突然且飛船落地點荒無人煙，兩位宇航員不得不在零下7攝氏度的嚴寒中忍受了一整夜，才等到救援直升機的到來。

自主逃逸系統(tǒng)：未來的保護神

2018年，NASA公布了即將進行下一代商業(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，都不再設置逃逸塔，而是采用了自主逃逸系統(tǒng)，可在整個飛行過程中通過飛船本身的發(fā)動機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)動機還可以用于飛船的變軌等操作，實現(xiàn)了“一機多用”，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)射過程中逃逸塔分離的環(huán)節(jié)，進一步增強了發(fā)射的可靠性。

以龍飛船為例，逃逸系統(tǒng)的動力來源于超級天龍座發(fā)動機。共有8臺超級天龍座發(fā)動機，分為4組安裝在飛船側面的壁板上，每臺發(fā)動機能夠提供約71千牛的推力。在接到點火的指令后，這種發(fā)動機能夠在短短100毫秒內達到最大推力狀態(tài)。8臺發(fā)動機之間還能互為冗余備份，在其中某些發(fā)動機出現(xiàn)問題時，依靠其他的正常發(fā)動機仍然能夠保證宇航員們的安全，其冗余性能已經(jīng)超過了NASA的要求。