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生命之門

2018-06-05 09:17高歌
太空探索 2018年6期
關(guān)鍵詞:雙子星艙門格里

文/高歌

門在我們的日常生活中比比皆是,不論是公共場所,還是居民住宅都離不開它。不論何時何地,門都像一名忠誠的衛(wèi)士終年堅守在自己的崗位上,為我們防寒防暑、防賊防盜。對人類來說,門是安全的象征,給了我們高枕無憂的安全感。

同樣,載人航天器(包括飛船、空間站和航天飛機(jī))作為航天員在宇宙空間工作和生活的“太空之家”也離不開門。沒有門,航天器的生命保障系統(tǒng)就無法正常發(fā)揮作用,密封艙就形不成和地球相似的生態(tài)環(huán)境,航天員也就難以生存。所以說,載人航天器的門比我們生活中的門更為重要。它是航天員的“生命之門”。

艙門引發(fā)的災(zāi)難

載人航天器的門通常稱之為艙門,它是供航天員出入或者操作人員安裝儀器的部分,火箭發(fā)射前用螺栓或構(gòu)件連接到艙體上,達(dá)到確保航天器密封的目的。

艙門有外艙門和內(nèi)艙門之分。外艙門用于讓人員出入航天器,好比一個家庭的大門;內(nèi)艙門用于人員進(jìn)出各個艙段,好比家庭里每個房間的門。日常生活中的房門多數(shù)為長方形,載人航天器的艙門則多種多樣:蘇聯(lián)/俄羅斯的東方號、上升號、聯(lián)盟號飛船,以及中國神舟號飛船的艙門都是圓形的;美國的水星、雙子星座飛船的艙門是梯形的;阿波羅飛船指揮艙艙門也為梯形,登月艙艙門為方形;航天飛機(jī)軌道器乘員艙艙門為不規(guī)則圓形;國際空間站上的艙門既有方形也有圓形。

不管是外艙門還是內(nèi)艙門,也不管是圓形的還是方形的,或者其他形狀,艙門的技術(shù)要求、安全要求都很高,甚至高到苛刻的程度。一般的房門只要關(guān)得嚴(yán)、打得開就基本滿足使用要求,艙門的要求卻遠(yuǎn)不止于此,它非任何房門可比。

首先,它的大小必須合適,要滿足身著航天服的航天員進(jìn)出自如。尺寸過大,航天員和工作人員進(jìn)出雖然方便,艙門結(jié)構(gòu)卻不易做得堅實(shí)牢固;尺寸過小,艙門倒是結(jié)實(shí)了,又不利于航天員和工作人員的進(jìn)出。所以,艙門必須滿足航天員進(jìn)出,成為美國對航天飛機(jī)氣閘艙艙門設(shè)計的第一條要求。

▲ 阿波羅17號飛船登月艙,方形艙門位于正面中部的下方

▲ 航天員利用中性浮力模擬器訓(xùn)練打開國際空間站的艙門

▲ 阿波羅11號飛船的指令艙被回收艦打撈到甲板上,艙門經(jīng)過往返月球的遠(yuǎn)程飛行后完好無損

▲ 雙子星座8號飛船返回地面,兩扇梯形艙門已打開

其次是對密封性和可靠性要求極嚴(yán)。幾乎所有航天員工作和生活的座艙都是密封艙,里面要充入維持生命的氣體,如果密封性能不好,航天員的生命就將失去保障,所以僅像屋門那樣做到嚴(yán)絲合縫遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為此,美國航天飛機(jī)氣閘艙的艙門采用了雙重密封形式,即艙門和氣閘艙的結(jié)構(gòu)上都設(shè)計了一道密封圈,兩道密封圈之間還裝有一種能夠快速堵塞泄氣的裝置。有的載人航天器還采用了多道艙門,例如阿波羅飛船指揮艙的艙門就有三道之多。

再次是要耐高溫、耐低溫、抗震動,還要有足夠的強(qiáng)度。艙門的結(jié)構(gòu)形式有半硬殼式、整體壁板式、蜂窩夾層式,材料大多采用可焊性較高的鋁合金。

艙門是一個非常精密的重要部件,雖然它的體積和重量與整個飛船相比算不上大,可是一旦出現(xiàn)故障,后果非常嚴(yán)重,人類第一次太空飛行就險些斷送在艙門上。當(dāng)年,蘇聯(lián)航天員加加林進(jìn)入東方一號飛船前,控制中心突然發(fā)現(xiàn)飛船艙門的遙控按鈕出了故障,如果不馬上排除,飛船一旦在返回地球時突發(fā)緊急情況,加加林有可能打不開艙門及時逃生,于是30多個工作人員以最快的速度擰下了艙門上的32個螺絲,才排除了故障,恢復(fù)了艙門的正常狀態(tài)。

事隔三個多月后,美國的載人飛船發(fā)生了一起更嚴(yán)重的艙門事故,一名航天員差點(diǎn)兒葬身洋底。

1961年7月21日,美國發(fā)射了自由鐘7號水星飛船,航天員弗吉爾·格里索姆按計劃飛行了15分37秒,完成了美國的第二次亞軌道飛行,隨后他操縱飛船返回地球,濺落在大西洋里。眼看飛行就要畫上成功的句號,格里索姆懷著喜悅的心情解開身上的安全帶,完成了最后檢查,又裝好了開啟艙門用的爆炸螺栓。誰知,正當(dāng)他準(zhǔn)備啟動艙門的按鈕時,艙門隨著一聲低沉的爆炸提前自動炸開了,海水洶涌地灌進(jìn)飛船,格里索姆被迫鉆出飛船,才逃過滅頂之災(zāi)。可是,因?yàn)閬聿患瓣P(guān)閉氧氣閥,他的航天服灌滿了水,不僅當(dāng)不成救生筏,還拖著格里索姆直往下沉,使他灌飽了海水,差點(diǎn)兒淹死。五分鐘后,格里索姆才被回收直升機(jī)從水里救起,他對回收人員說:“我的鼻子灌滿了水?!?/p>

▲ 檢查發(fā)現(xiàn)號航天飛機(jī)乘員艙的艙門,艙門表面粘貼了耐高溫的防熱瓦

▲ 航天員格里索姆(中)在查看雙子星座飛船

▲ 航天飛機(jī)氣閘艙的艙門

自由鐘7號飛船就沒這么幸運(yùn)了,直升機(jī)沒能拖住這艘價值200萬美元的飛船,只好任其沉入5000多米深的洋底,直到1999年7月21日才被打撈出水重見天日,只可惜沒找到那扇差點(diǎn)兒讓格里索姆送命的飛船艙門。

事后,格里索姆堅持認(rèn)為事故是因艙門錯誤點(diǎn)火所致。面對試圖找出故障原因的美國宇航局官員,他只有一個解釋:“我還沒做任何事,那個該死的東西就爆炸了?!弊詈蟛槊?,事故是艙門作動器電器與著陸系統(tǒng)電路發(fā)生短路造成的。

這次意外讓格里索姆非常惱火,并留下了可怕的回憶。四年后他參加了雙子星座計劃的第一次載人飛行,并擔(dān)任雙子星座3號的指令長,飛行前他給飛船取了一個吉利名字“瑪麗·布朗”,這是泰坦尼克號沉船事故中的一名幸存者,有“不沉者”之稱??僧?dāng)飛船在洋面上濺落時,格里索姆被回收部隊(duì)救上船后突然產(chǎn)生了暈船反應(yīng),因?yàn)樗窒肫鹆松洗螢R落時恐怖的一幕。

格里索姆雖然在自由鐘7號的艙門事故中死里逃生,躲過一劫,可似乎命中注定他還要在艙門上出事,甚至倒大霉。五年半后,他在阿波羅4A號飛船事故中不幸遇難。兩次水火無情的災(zāi)難都讓可憐的格里索姆趕上了。

自由鐘7號艙門事故讓飛船設(shè)計師們意識到艙門不可靠的危害,于是立即進(jìn)行了改進(jìn)。水星飛船的艙門原來裝有爆炸裝置,目的是遇到緊急情況時航天員可以盡快逃生。經(jīng)過改進(jìn),后來的雙子星座和阿波羅飛船都不再使用這種艙門,當(dāng)時設(shè)計師們主要考慮確保艙門不像自由鐘7號那樣意外打開,卻忽略了另一個關(guān)鍵問題,那就是艙門還必須保證能盡快打開。正是這個忽略,后來放大了一幕震驚世界的航天悲劇。

1967年1月27日,阿波羅4A號飛船在肯尼迪航天中心進(jìn)行地面試驗(yàn)時突然燒起大火。5分27秒后,人們好不容易撲滅了火災(zāi),打開了飛船的三道艙門,里面的情景讓人觸目驚心:指令長格里索姆仰面躺在飛船的地板上,他的大腿被火燒壞了;愛德華·懷特橫躺在艙門下面,羅杰·查菲躺在自己的座位上。三名航天員全都因窒息而死,他們在航天服失效后15至30秒內(nèi)失去了知覺。

▲ 航天員在檢查聯(lián)盟號飛船的艙門

▲ 工作人員在檢查火災(zāi)后阿波羅4A飛船的艙門

這起災(zāi)難事故讓飛船設(shè)計師們追悔莫及。懷特留在艙門上那沾滿灰燼的手印,說明他在生命的最后時刻仍在企圖打開艙門,然而艙門卻無情地關(guān)閉了他們的逃生通道。假如自由鐘7號事故后,飛船艙門的解鎖裝置沒有改進(jìn),阿波羅飛船仍然裝有那種爆炸裝置的話,航天員就可能在大火燒起來的時候及時打開艙門,飛船內(nèi)的純氧遇到空氣后就會馬上消散,火勢也會隨之減小,三名航天員也許會受到一些驚嚇,格里索姆也可能燒傷大腿,卻不至于命喪黃泉。沒想到這種改進(jìn)幫了“倒忙”,面對用六只螺栓固定的飛船艙門,航天員只有在火災(zāi)中束手待斃的命運(yùn)了。

對艙門嚴(yán)慎細(xì)實(shí)

這些有驚無險和有驚有險的事故,甚至是血的教訓(xùn),無異于在艙門上敲響了一次次警鐘,引起了各國航天員對艙門的高度重視。

1969年10月,蘇聯(lián)聯(lián)盟8號飛船的航天員沙塔洛夫在檢查艙門時,由于擰緊閥門超過了規(guī)定限度,閥門上一個桿件的焊縫開裂了。盡管門鎖狀態(tài)正常,艙門也關(guān)得很緊,而且離起飛時間只剩不到一個小時,他還是按照規(guī)定報告了情況。工程師馬上趕來檢查了艙門,最后確認(rèn)問題不影響發(fā)射。經(jīng)過這個波折,沙塔洛夫再關(guān)艙門時變得小心翼翼。

在艙門的設(shè)計、制造和試驗(yàn)方面,工程技術(shù)人員更是精益求精、嚴(yán)慎細(xì)實(shí)。阿波羅4A號飛船悲劇之后,設(shè)計師們糾正了飛船艙門的不合理性,新設(shè)計的艙門同樣不帶爆炸裝置,卻能在三秒鐘內(nèi)迅速打開。為了驗(yàn)證艙門迅速向外打開的性能,還專門在阿波羅4B飛船的三項(xiàng)飛行試驗(yàn)任務(wù)中安排了一項(xiàng)試驗(yàn)。在航天飛機(jī)研制中,氣閘艙艙門的設(shè)計也有專門要求,包括既能耐受高壓負(fù)荷,又不能過于笨重導(dǎo)致操作不便;開關(guān)和控制裝置應(yīng)該讓穿著航天服的航天員用手方便地操作和使用;在緊急狀態(tài)下也能關(guān)上,一旦被卡住,能夠用手強(qiáng)行打開,力量不超過441牛;插銷失靈時,應(yīng)有打開艙門的應(yīng)急措施;當(dāng)一名航天員受傷或生病時,另一名身著航天服的航天員能將其營救出來等。

1990年7月17日,蘇聯(lián)航天員阿納托利·索洛維約夫和亞歷山大·巴蘭金準(zhǔn)備通過和平號空間站的量子2號實(shí)驗(yàn)艙到艙外維修受損的防熱層。按規(guī)定,開啟艙門時要先打開1毫米的縫隙,并且用掛鉤固定住,以便艙內(nèi)空氣流出;只有當(dāng)壓力下降到0時,艙門才能完全打開。可是沒等壓力下降到0,他們就提前摘下了掛鉤,結(jié)果艙門強(qiáng)力彈開,高達(dá)400千克的彈力導(dǎo)致艙門鉸鏈變形,艙門無法關(guān)嚴(yán)。幾天后,兩名航天員進(jìn)行了三個半小時的艙外作業(yè)終于修復(fù)了鉸鏈,關(guān)嚴(yán)了艙門。

為了保證神舟飛船返回艙和軌道艙之間的圓形艙門密封絕對可靠,中國的航天科研人員繪制了100多張圖紙,設(shè)計了六把聯(lián)動桿鎖;艙門還加裝了雙道密封圈,并設(shè)計了艙門快速檢漏儀,提高了檢測密封圈有無泄漏的速度。

經(jīng)過中外航天科技人員幾十年的不懈努力,載人航天器艙門的設(shè)計越來越完善,可靠性不斷提高,它將一切隱患拒之門外,永遠(yuǎn)對航天員敞開“幸福之門”“凱旋之門”。

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