揭秘飞船逃生系统,10飞船失事是到底是怎么回事

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  近日,MS-10飞船的失事吸引了很多人目光。唯一的好消息是,MS-10上的宇航员通过逃生系统将返回舱从火箭和飞船主体上分离,并成功地安全返回地面。那么,载人飞船作为安全率要求最高的人造飞行物,是怎么样设置逃生系统的呢?

  出品:科普中国

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  作者:矛隼工作室

  图为发射前的联盟载人飞船(来源:俄罗斯航天局)

  监制:光明网科普事业部

  逃逸塔和低空逃生

  MS-10是一艘联盟号载人飞船,原计划于莫斯科时间10月11日11时40分使用联盟-FG运载火箭从拜科努尔发射场1号发射台发射。MS-10的任务是装载俄罗斯宇航员阿列克谢·奥夫奇宁与美国宇航员尼克·黑格与国际空间站对接,进行日常的长期驻留人员更换工作。

  火箭在进行发射载人飞船的任务时,除了某几个例外,都会安装逃逸塔。逃逸塔本质上就是安装在火箭顶端的一个小火箭,当火箭在发射中发生严重故障甚至起火爆炸时,逃逸塔能够把飞船的返回舱从火箭上分离,然后启动主发动机,把飞船从爆炸的火箭“拽出来”。

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  图为阿列克谢·奥夫奇宁与尼克·黑格(来源:NASA)

  图为联盟-FG火箭,其前端的如同避雷针一样的结构就是逃逸塔(来源:俄罗斯航天局)

  MS-10是什么?发生了什么?

  事实上,这个装置看起来就像是变大的飞机弹射座椅,原理其实也是一样的。在低空,逃逸塔要做的第一步不是把宇航员带到地面,正相反,应该是带到更高的高空。因为只有在进入高空之后,飞船的返回舱才能分离。

  运载MS-10飞船升空的联盟-FG的燃料加注和点火发射流程没有任何的问题,所有数据和系统部件的工作都处于可接受范围内,但直到发射后约两分钟时,联盟-FG运载火箭应按照流程分离自己的四个助推器的过程中发生事故。

  联盟飞船顶部的固体火箭将把整流罩和飞船一起带入高空,接下来飞船将会从底部脱离,并脱离高空返回使用的防热大底,然后启动降落伞和反推火箭。

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  1983年9月26日,苏联准备发射联盟T-10-1飞船,然而在火箭点火后却发生故障,火箭主体被点燃,发射台则被燃烧放出的浓烟包围,此时联盟T-10-1飞船启动逃逸塔,并被带入高空离开即将爆炸的火箭。

  图为搭载MS-10飞船发射升空的联盟-FG运载火箭(来源:WIKI)

  逃逸塔是传统载人火箭的宝贝,但是航天飞机和SpaceX公司的“龙”飞船并没有安装逃逸塔。而另一方面,逃逸塔在高空中并不能起到很大的作用,因此火箭发射之后不久就会抛弃逃逸塔。

  据有关报道称,事故原因是一个助推器未成功分离,并撞击了火箭芯级的液氧燃料储罐,导致发动机不能正常运行。随后宇航员报告飞船出现逐渐失重,这表明火箭的推动力不足,在宇航员与地面控制中心交流后,其决定进入放弃任务返回地面。

  高空紧急返回技术

  宇航员怎么样了?他们是怎么回来的?

  若飞船进入高空之后出现故障,此时将进行的是高空紧急返回。

  发射后第123秒,紧急营救系统启动。但此时逃逸塔已经抛掉,飞船也已经进入高空,MS-10飞船只能采取弹道式载入流程。

  任何飞船都要返回地球,而返回的路径通常有三种,分别是弹道式返回、弹道-升力式返回、滑翔式返回和跳跃式返回。在正常情况下的返回路径通常选择后面几种,因为他们相对而言更加安全、加速度更低,承受的摩擦热量可能也要较小。

  相比于正常飞船的返回流程采取的“打水漂式”的载入方式,弹道式载入明显更加危险,宇航员要在返回时承受六到七倍的重力加速度——是正常返回模式的两倍。

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