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4.6航太員的救命法寶

11/18/2003/15:39
華夏經緯網

    不管是火箭安全系數的提高,還是應急救生系統的完備,其最終目的都是為了保證航太員的生命安全。但是再完備的保障系統及措施只是相對的,保證航太員的絕對安全也是相對的,世界上沒有絕對的事情,只不過是人們在其追求真理的過程中儘量去接近絕對罷了。為此,科學家們又想出了另一條途徑,增設逃逸救生系統來應付“萬一”。換句話說,萬一在航太飛行或試驗中火箭出現故障並危及到航太員的生命安全時,利用逃逸救生系統就可使航太員迅速脫離危險區並返回到地面。

    載人航太的救生裝置美、俄各國略有不同,但一般有彈射座椅、逃逸塔、分離座艙和載人機動裝置等。它們在飛行的不同高度發揮各自不同的作用。一般來說,運載火箭起飛時的飛行高度在2km∼10km左右時,航太員可以採用彈道座椅的方式彈出發生危險的航太器,跳傘救生,也可以啟動逃逸塔救生;在10km∼110km時,只有啟動逃逸塔,讓逃逸塔拉著飛船甩掉出毛病的火箭另行降落求生;如果火箭在110km以上高空發生問題,航太員不能跳傘,逃逸塔也已按飛行程式拋掉了,則只有採取分離飛船返回艙的辦法,讓飛船返回艙自己返回救生;飛船入軌後,一旦自身遭到破壞或航太員生病需營救時,那麼只有暫時採用船上救生裝置等待地面發射飛船救生的辦法。就目前情況看,在火箭發射飛船的上升段,主要採取逃逸系統的方法來解決航太員的救生問題。
採用逃逸塔救生方法的優點是:

    適用範圍大。逃逸塔救生系統從飛船發射臺起直至110km高度的範圍內,或者講,從火箭起飛前900s到起飛後200s時間段內,均可應用。

    整艙逃逸,人員較安全。逃逸塔救生時,航太員在飛船座艙內,受爆炸衝擊波、碎片和熱輻射的影響較小,比較安全。因此逃逸塔救生適用於爆炸型推進劑場合。

    逃逸過載小。由於逃逸塔採用飛船整艙逃逸,飛船座艙結構對衝擊波和火球有一定防護作用,因此逃逸速度不需要極快,可適當放慢。這樣,逃逸過載相對較小,一般可控制在10g左右,對航太員較安全。

    發射臺逃逸性能好。由於逃逸火箭的動力遠比彈射座椅的動力大,所以逃逸塔在發射臺上逃逸時,其飛行高度和飛行距離比彈射座椅大。逃逸塔在發射臺上逃逸時,其飛行高度可達1500m左右,飛行距離可達800m∼900m,離危險區較遠。

    當飛船的發射正常時,飛船按正常情況下的程式起飛和飛行;如果飛行過程也正常,到了一定的高度,裝在整流罩頂端的逃逸塔自動拋掉,火箭飛出大氣層後整流罩也被拋掉,火箭的各級自動分離;最後飛船進入軌道。這時的逃逸系統實際並沒起什麼作用,這也是人們希望的、所苦苦期盼的情況。

    但是在故障情況下,問題就很複雜了。因為,你也不知道在什麼時候、什麼部位、出現什麼類型的故障,因此故障的出現是任意的。用行話來說,故障是隨機的。那麼,為了確保航太員的安全,應提前分析和設計什麼情況下會出現故障,可能出現什麼樣的故障,要採取什麼樣的對策,多制訂幾套方案和應急的措施。

    待發段(飛船在發射前2小時至點火發射時)運載火箭在發射塔上準備發射並檢查時,雖然尚未點火,但燃料已經加注,完全可能發生毒氣泄漏、火災,甚至將要爆炸等危急情況。這時要求將航太員緊急撤離火箭、離開現場並撤至安全地帶。為此,需要在發射臺上裝備發射臺緊急撤離系統。例如美國“阿波羅”宇宙飛船為將航太員緊急撤離,設計了快速開啟的艙門及長約600m的斜拉索。快速開啟艙門可保證航太員在2s∼3s內離開飛船,然後乘吊籃從98m的高度沿斜拉索滑至安全區。也可以在航太員離開飛船後,用滑梯轉移到專用鬥車或具有良好的防熱及密封性能的裝甲車中,離開危險區。垂直起飛的美國穿梭機也採用了發射臺滑籃救生系統。在緊急時,航太員從應急艙口出來,通過發射臺上專設的橋形通道進入滑籃,利用重力滑向安全區,時間為35秒鐘,水準距離為365m。橋形通道通常有防火、防爆、水幕等安全措施。發射塔上救生的另一種緊急撤離系統是發射勤務塔升降系統,在緊急情況下,可將航太員沿勤務塔輸送到發射臺最底部的地下掩體中,以遠離發動機爆炸的危險區。“神舟”號飛船航太員的緊急撤離有兩種方式:第一種方式是利用緊急撤離滑道實施緊急撤離;第二種方式是利用防爆電梯實施緊急撤離。當用第一種方式時,航太員從飛船返回艙、軌道艙出來後,穿越飛船與整流罩之間的登艙過渡梯到飛船密封間,然後經過臍帶塔活動平臺登艙通道、固定平臺到緊急撤離滑道入口,從滑道下滑到地下配氣間,最後通過防爆門、密封門撤離到航太員安全掩蔽室。第二種方式與第一種方式的不同之處是航太員利用防爆電梯到地下電纜通道再撤離到航太員安全掩蔽室,或者下到地面,乘早已等候的航太員專用車迅即至技術安全地帶。

    如果在發射臺上,火箭還沒有起飛,在測試過程中或者下達火箭點火指令後,火箭點火不正常,飛不起來,此時故障監測設備給不出正常的監測指令,就啟動逃逸系統工作。這時的火箭和飛船的逃逸系統都緊張地忙碌起來,按照程式一步步地發生控制指令:首先飛船的返回艙與儀器設備艙的連接爆炸螺栓解鎖分離,兩艙之間聯繫的電路、氣路、液路全部自動分離;同時火箭整流罩內的一個機構把飛船的返回艙緊緊地抱住,火箭整流罩的上下兩部分的連接螺栓爆炸分離,整流罩上部和生活艙及返回艙就連成一體,組成了逃逸飛行器,並且和火箭處於不連接的自由狀態;控制裝置馬上發出逃逸火箭的點火指令,逃逸火箭立刻點火,整個逃逸飛行器,向空中飛行;同時逃逸塔上的控制火箭工作,讓逃逸飛行器一邊升高一邊轉彎,使它逃離危險區。這時的航太員還在飛船的返回艙內;而火箭呢,還在發射臺上,也可能事故正在發展。但是不管出現什麼事態,航太員已經被救走了。我們再看看逃逸飛行器,上升到一定的高度以後,飛船的生活艙和返回艙的連接爆炸螺栓又啟動工作,使這兩個艙段分離,返回艙從火箭的整流罩內分離出來,分道揚鑣,逃逸飛行器帶著飛船的生活艙繼續向一個方向飛行,而返回艙按照自己的路線飛行,調整到一個有利的姿態開始下降,下降到有利於開傘時候,返回艙內的降落傘打開,返回艙乘著傘慢慢地下降,安全地降落到地面,航太員從返回艙內出來,這樣就保證了他們的安全。

    上面我們也提到了,故障的發生是偶然的,任何時候都可能發生。那麼有人會想到,如果在低空沒出現問題,逃逸火箭也被拋掉了,以後出故障又怎麼辦呢?這個問題“神舟”號飛船也給予了充分的考慮。除了逃逸發動機系統外,在整流罩上端還裝有高空逃逸救生發動機,若在高空出現故障,高空逃逸發動機工作,也可以把飛船送到安全的地區。而如果在飛船的整流罩被拋掉以後出現故障又如何處理呢?這時的飛船處於裸露的狀態,在故障情況下運載火箭和整個飛船緊急分離,然後啟動飛船自身的動力裝置,逃離危險區,然後各艙分離,返回地面。

  
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