載人航天史上的死里逃生

文·圖/姜森

40年前，蘇聯(lián)“聯(lián)盟號T10A”宇宙飛船實施載人發(fā)射時，火箭底部突然起火，蔓延至整個箭體，隨即發(fā)生劇烈爆炸。令人驚嘆的是，飛船上的兩名宇航員竟然奇跡般生還——這要歸功于飛船配備的應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)。

9月28日，俄羅斯《航天》雜志網(wǎng)站刊發(fā)題為《40年前的死里逃生》的文章，回顧1983年蘇聯(lián)“聯(lián)盟號T10A”宇宙飛船發(fā)射事故，再現(xiàn)了人類載人航天發(fā)展的艱難歷程，并強調(diào)了應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)的重要性。

逃逸4 秒鐘后，火箭爆炸

1983年9月28日晚，蘇聯(lián)哈薩克境內(nèi)的拜科努爾航天發(fā)射場上矗立著一枚“聯(lián)盟SL-4”型運載火箭。它即將執(zhí)行發(fā)射任務(wù)，將“聯(lián)盟號T10A”宇宙飛船及兩名宇航員送往“禮炮7號”空間站。飛船返回時，要把空間站上一名駐守多日的宇航員帶回地球。在火箭發(fā)射前兩個小時，宇航員斯特列卡洛夫和基托夫登上“聯(lián)盟號T10A”飛船。一切都井然有序，工作人員對火箭和飛船做了最后一次檢查，然后向地面指揮中心報告“一切正常”。指揮中心隨即下達(dá)了點火指令。

孰料，此時火箭尾部的發(fā)動機并未噴出火焰，一臺助推器的外殼反倒燃起火苗。助推器中的燃料使得火焰蔓延得異常迅速，整個箭體都被吞噬！

烈焰和濃煙在夜幕之下顯得格外醒目。此時，坐在飛船里的基托夫感到一陣劇烈的抖動，“就像一列有軌電車從身邊駛過”。約3秒鐘后，火箭一級燃料箱的渦輪泵在巨大的壓力下爆裂，瞬間將燃料箱擊穿。又過了3秒鐘，火箭的顫抖更加猛烈了——這時兩名宇航員才意識到：出事了！

燃料箱爆燃，沖天的大火灼燒著火箭，形勢萬分危急。坐鎮(zhèn)地面指揮中心的發(fā)射行動總指揮舒米林將軍，以及蘇聯(lián)火箭專家索爾達(dá)堅科夫立即決定終止發(fā)射行動，同時啟動“聯(lián)盟號T10A”飛船的應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)。

載人航天火箭與普通的運載火箭有很大的不同，前者頂端有一個尖尖的裝置，即飛船的逃逸塔。在出現(xiàn)危及宇航員生命安全的緊急狀況時，逃逸塔會帶著飛船脫離火箭，載著宇航員逃離危險區(qū)域。一般來說，火箭發(fā)射升空前的90—120秒是最危險的時段，逃逸塔在這個時段能夠發(fā)揮作用。

“聯(lián)盟號T10A”飛船經(jīng)鐵路運往發(fā)射場

蘇聯(lián)“聯(lián)盟號”系列飛船的逃逸系統(tǒng)有4米多高，呈巨大的蘑菇狀，以環(huán)形裝配的12臺固體燃料助推器為動力系統(tǒng)，配備多個裝置，是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)。

舒米林將軍第一時間推動操作桿，啟動逃逸系統(tǒng)。但這時技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，位于火箭頂端的逃逸塔并未帶著飛船脫離火箭，也就是說，系統(tǒng)發(fā)出的指令未能奏效。原來，傳輸指令的電纜已被大火燒斷。好在，飛船設(shè)計有應(yīng)急指令系統(tǒng)——舒米林將軍立即發(fā)出無線電指令，隨后，整流罩?jǐn)嚅_與火箭的連接。1秒鐘后，逃逸塔帶著飛船脫離了火箭。只見火箭頂端一團(tuán)明亮的火焰升起，飛向黑色的夜空。就在逃逸塔脫離火箭4秒鐘后，火箭爆炸了，劇大的沖擊力和高溫將整個發(fā)射臺夷為平地。

救命的大風(fēng)

從火箭起火到逃逸塔啟動，其間只有短短的10秒鐘。據(jù)當(dāng)時在現(xiàn)場的蘇聯(lián)技術(shù)人員回憶，火苗已經(jīng)躥到火箭頂端，那里安裝著用于接收應(yīng)急無線電指令的天線。如果再晚幾秒鐘，那么這部天線就會被燒毀，地面指揮中心發(fā)出的無線電指令將無法被逃逸塔接收，兩名宇航員將隨著火箭爆炸化為灰燼。幸運的是，當(dāng)時火箭發(fā)射場上刮起大風(fēng)，火焰上躥的勢頭被壓制住了——這竟然成了宇航員死里逃生的關(guān)鍵因素。

逃逸塔啟動后，極大的加速度使得兩名宇航員的身體遭受了巨大沖擊。尤其是在啟動時，加速度達(dá)到驚人的17g，且時間長達(dá)5秒鐘。逃逸塔升到1400米的高空后，其動力系統(tǒng)自動關(guān)機。隨后，飛船的設(shè)備艙、返回艙和軌道艙依次分離，降落傘也隨之打開。返回艙最終安全降落在發(fā)射臺以東4000米的野外，兩名宇航員安然無恙。他們創(chuàng)造了歷史，成為載人航天史上唯一在發(fā)射系統(tǒng)爆炸后成功逃生的宇航員。

從1983年火箭爆炸事故中死里逃生的宇航員

事后的調(diào)查證實，“聯(lián)盟號T10A”飛船發(fā)射前90秒，火箭助推器增壓氮氣管路的一個閥門失效，導(dǎo)致發(fā)動機渦輪泵空轉(zhuǎn)過載，燃料泄漏后起火。舒米林將軍因在此次事故中果斷決策，保住了宇航員的生命，被蘇聯(lián)政府授予“英勇表現(xiàn)”勛章。

值得一提的是，當(dāng)時美國北美航空和空間防御司令部的預(yù)警和偵察衛(wèi)星，日夜監(jiān)測蘇聯(lián)的所有航天發(fā)射行動。具體來說，美國偵察衛(wèi)星負(fù)責(zé)監(jiān)視蘇聯(lián)火箭發(fā)射場；當(dāng)蘇聯(lián)宇宙飛船與火箭助推器脫離，進(jìn)入太空軌道后，就位于美國預(yù)警衛(wèi)星的監(jiān)視范圍之內(nèi)。

當(dāng)天晚上，蘇聯(lián)火箭發(fā)射失敗并爆炸的情況被美國偵察衛(wèi)星獲知。太空軌道上的美國預(yù)警衛(wèi)星也探測到了這次爆炸產(chǎn)生的熱輻射，隨后沒有發(fā)現(xiàn)飛行器進(jìn)入太空軌道。據(jù)此，北美航空和空間防御司令部向美國軍方和政府匯報：“蘇聯(lián)‘聯(lián)盟號T10A’飛船發(fā)射時發(fā)生爆炸，宇航員喪生。”后來，蘇聯(lián)宇航員奇跡般生還的消息傳出，令美國頗感意外。

更早的一次死里逃生

事實上，蘇聯(lián)“聯(lián)盟號”飛船的應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)在更早的時候就曾發(fā)揮過作用。

1975年4月5日，“聯(lián)盟號18A”飛船發(fā)射升空。288秒后，助推火箭到達(dá)145公里的高空。此時一二級火箭分離失敗，二級火箭發(fā)動機點火后“噴”開一級火箭時，偏離了預(yù)定軌道。發(fā)射后第295秒，制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了這個問題，于是被迫 自動激活中止程序，并啟動應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)——如果不這樣做，那么飛船不知會載著宇航員飛向何方。

逃逸塔帶著飛船與火箭分離后，依靠自身的發(fā)動機高速掉頭，實施再入大氣層飛行。當(dāng)時飛船上的兩名宇航員被折騰得夠嗆，承受了超過15g的加速度，峰值高達(dá)21.3g。平安返回后，其中一名宇航員瓦西里·拉扎雷夫再也沒有上過太空，因為他的身體在那起事故中受到了很大影響。

這起事故并非在飛船發(fā)射階段發(fā)生，火箭也沒有爆炸，所以其受關(guān)注的程度不及1983年的那起事故。但是，這是蘇聯(lián)宇航員首次在載人航天行動中死里逃生，“功臣”也是應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)。總體來看，蘇聯(lián)“聯(lián)盟號”飛船的應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)的表現(xiàn)可圈可點。

載人航天是一個國家科技水平和航天實力的象征。美國前總統(tǒng)肯尼迪曾表示：“到達(dá)月球的是人而不是儀器，才能激發(fā)世界的熱情和夢想。”然而，如果載人航天行動中不幸出現(xiàn)船毀人亡的事故，那么對航天科技的發(fā)展及國民信心來說，打擊都是異常沉重的。

俄羅斯“聯(lián)盟號”系列飛船從設(shè)計之初就配備應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)，其核心是逃逸塔，用于火箭發(fā)射前約20分鐘到發(fā)射后約100秒內(nèi)的應(yīng)急逃逸。一旦出現(xiàn)危及宇航員安全的緊急情況，逃逸塔上的固體燃料大推力發(fā)動機就會點火啟動，帶著飛船與火箭分離。

早期的應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)存在隱患——逃逸塔拉拽整流罩一起與火箭分離，在一段時間后再與整流罩分離。其間如果出現(xiàn)異常，導(dǎo)致整流罩與逃逸塔無法分離，那么飛船就有可能墜毀。

為了消除隱患，蘇聯(lián)改進(jìn)了“聯(lián)盟號”系列飛船的應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)，在整流罩上安裝了4臺發(fā)動機。這樣一來，整流罩就可以主動脫離飛船。雖然這種設(shè)計要付出增重的代價，但宇航員的生命比什么都重要。

需要指出的是，飛船應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)也有“主動闖禍”的記錄。1966年，蘇聯(lián)的一艘“聯(lián)盟號”飛船進(jìn)行不載人發(fā)射測試，在火箭發(fā)動機未啟動的情況下，逃逸塔的發(fā)動機突然自動點火，導(dǎo)致火箭在發(fā)射臺上爆炸。

盡管如此，蘇聯(lián)及之后的俄羅斯一直沒有放棄宇宙飛船的應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)，而且不斷對其進(jìn)行改進(jìn)，以增強有效性和安全性。

從彈射座椅到航天飛機

另一航天大國美國，載人航天應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)的設(shè)計如何呢？俄羅斯《航天》雜志也進(jìn)行了介紹和評價。

美國首款載人宇宙飛船“水星號”

美國航天在應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)設(shè)計方面，最初并沒有選擇逃逸塔，而是參照軍用航空工業(yè)的方案，為“雙子星號”宇宙飛船的宇航員配備了彈射座椅，與戰(zhàn)斗機配備的彈射座椅類似。然而，飛機的速度和加速度與火箭不可同日而語，飛船彈射座椅實際上只能在5公里以下的高度使用，不具備在整個發(fā)射階段的應(yīng)急救生功能。幸運的是，美國“雙子星號”飛船沒有遭遇過事故。

后來，美國為“水星號”飛船的“宇宙神號”火箭及發(fā)射“阿波羅號”飛船的“土星五號”火箭均配備了逃逸塔。“水星號”飛船在一次發(fā)射行動中，啟動了航天史上首個應(yīng)急逃生程序：1961年4月25日，美國計劃用“宇宙神號”火箭將“水星號”飛船送入太空軌道。火箭升空20秒后失控，地面指揮中心在第42秒發(fā)出火箭自毀指令，并啟動逃逸塔，攜帶飛船與火箭分離。飛船在到達(dá)7200米的頂點后開始下墜，最終落入大西洋。當(dāng)時這艘飛船的任務(wù)艙內(nèi)載有兩個假人，初步驗證了應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)的有效性。

雖然認(rèn)識到應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)的必要性和有效性，但20世紀(jì)80年代美國設(shè)計出載人航天飛機時，竟然放棄了應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)。

與宇宙飛船相比，航天飛機的最大優(yōu)勢在于自帶發(fā)射動力，不需要火箭助推，可重復(fù)發(fā)射，但對于自身的重量有嚴(yán)格限制。在航天飛機最初的設(shè)計方案中，是配備了逃逸火箭（ASRM）的，但為了減重，最終定型的航天飛機刪除了該系統(tǒng)。美國航空航天局（NASA）樂觀地表示，航天飛機的固體燃料推進(jìn)器極為可靠，即使在發(fā)射過程中出現(xiàn)問題，也能夠?qū)⒑教祜w機推升到足夠的高度，不需要應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)。事實上，ASRM被放棄的真正原因是——可以讓整架航天飛機減重44噸。

1986年，美國“挑戰(zhàn)者號”航天飛機在發(fā)射后的第73秒，因推進(jìn)器發(fā)生故障導(dǎo)致在空中解體，機上7名宇航員全部罹難。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，航天飛機解體后，有部分宇航員還活著，他們是墜到海面上時因猛烈撞擊而死亡的。如果航天飛機配有ASRM，那么部分宇航員就有生還的可能。

“挑戰(zhàn)者號”事故發(fā)生后，美國民眾關(guān)于強化載人航天飛行器逃生功能的呼聲高漲。此后，NASA嘗試對航天飛機的軟硬件進(jìn)行修改，以提高其安全性。但是，給已經(jīng)定型的航天飛機嵌入ASRM，在設(shè)計上改動太大，而且仍然無法解決增重問題，所以這個方案最終無法付諸實施——航天飛機的安全隱患仍然存在。

2003年，悲劇再次發(fā)生：美國“哥倫比亞號”航天飛機在返回大氣層時因發(fā)生故障而解體，7名宇航員遇難。數(shù)以百萬計的觀眾在電視直播中目睹了慘烈的一幕……美國人終于意識到，如果不加裝ASRM，那么航天飛機在安全性方面可以說是無可救藥的。最終，美國放棄了航天飛機，重回載人飛船路線。2011年，美國的航天飛機全部退役。其新一代載人宇宙飛船全部配備了應(yīng)急救生逃逸系統(tǒng)。