文/錢衛(wèi)

航天飛行是一種非常危險的飛行形式，具有合理可靠性的救援/逃生系統(tǒng)，可以大大提高航天員的生存能力。那么，救援系統(tǒng)可以在哪些情況下發(fā)揮作用呢？

▲ 聯(lián)盟飛船采用逃逸塔作為緊急救援手段

逃逸塔與滑翔返回

發(fā)射前和上升段的逃逸救生主要手段是逃逸火箭。它安裝在火箭頂部的逃逸塔里，或者是整流罩的側(cè)面。一旦發(fā)生事故，火箭將整個乘員艙從運載火箭里“拔”出去，然后拋掉整流罩，用飛船本身的降落傘著陸。

這類系統(tǒng)的設(shè)計要考慮兩個關(guān)鍵數(shù)據(jù)，首先是即將發(fā)生爆炸的預(yù)警時間，其次是爆炸危險半徑。大多數(shù)能發(fā)射載人飛船的火箭，都屬于大型火箭，攜帶了大量燃料，爆炸危險區(qū)很大。加上短到近乎不存在的預(yù)警時間，使得逃逸救生火箭的推力必須非常大，而且必須集中布置。所以，一般采用固體火箭來承擔(dān)這樣的任務(wù)。

航天飛機沒有逃逸火箭系統(tǒng)，但軌道器是有翼飛行器，為自救增加了新的選擇。這種類型的自救被稱為“完整中止”。這個概念是指，沒有完成計劃軌道任務(wù)，但航天飛機軌道飛行器和航天員還是安全降落在跑道上了。

這包括幾類具體情況：

第一種叫做“向軌道中止”（ATO）。在ATO 情況下，發(fā)生了發(fā)動機性能下降或停機。這兩種情況都發(fā)生在51-F號航天飛機任務(wù)中，當(dāng)時使用兩個獨立的發(fā)動機。根據(jù)故障的性質(zhì)，可能無法再使用可用的推進劑到達軌道，因此飛行器被引導(dǎo)到可實現(xiàn)的最佳軌道。一旦進入這一軌道，就可以制定一個計劃，使用軌道飛行器推進劑來完成任務(wù)，然后脫軌著陸。

第二種叫做一次性中止（AOA）。AOA 是發(fā)生了系統(tǒng)故障的情況，嚴(yán)重影響了航天員的生存能力。在上升過程中，如果軌道器上的所有冷卻功能或大氣壓力都喪失，航天員將先進入軌道，然后立即離軌，降落在美國西海岸，如愛德華空軍基地或新墨西哥州的白沙靶場。

還有另外兩種完整中止場景，是在發(fā)射后幾分鐘內(nèi)就嘗試著陸。第一種是航天飛機主發(fā)動機在起飛后就停機了，但人們需要等兩個固體火箭助推器（SRB）燃盡之后，才能采取行動。因此，航天飛機要等到固體火箭燃盡脫離之后，才能滑翔飛回發(fā)射場。此前要把那個巨大的黃色外儲箱扔掉。這種被稱為返回發(fā)射場（RTLS）的完整中止模式，會讓航天飛機的許多部件經(jīng)受最嚴(yán)酷的考驗，在實際飛行中從未發(fā)生過。

▲ 獵戶座飛船的應(yīng)急返回過程

▲ 太空發(fā)射系統(tǒng)火箭逃逸塔的發(fā)動機噴管

▲ 航天飛機發(fā)射時，航天員的橙色發(fā)射逃生服在海上非常顯眼

還有一種是跨大西洋中止著陸（TAL）或東海岸中止著陸（ECAL）。在這些場景下，航天飛機已經(jīng)無法獲得足夠的能量進入軌道，但已經(jīng)飛得太遠(yuǎn)，不可能返回卡納維拉爾角發(fā)射場。這時，航天飛機將前往歐洲、非洲著陸，如果條件允許，也可以嘗試降落在美國東海岸的某一條跑道上。

如果上述預(yù)案都無法執(zhí)行，航天飛機因為推進系統(tǒng)故障無法到達任何一條跑道，航天員可以執(zhí)行應(yīng)急中止。在這種模式下，航天員以盡可能選擇理想的軌道滑翔，盡可能接近著陸場。抵達指定高度后，航天員執(zhí)行自動程序，讓軌道器保持直線飛行。然后從側(cè)面艙門口彈出一根逃生桿，航天員通過滑梯爬到逃生桿上，然后跳傘。之所以不從艙門口直接跳傘，是為了防止出艙后與航天飛機再次碰撞，被撞個血肉橫飛。這種裝置是在“挑戰(zhàn)者號”事故后加裝到航天飛機上的。

航天員未必有機會在陸地上空跳傘，而且軌道器在海上迫降后，恐怕會當(dāng)場解體，因此救援方案考慮到了航天員降落到海水中的情況。他們的橙色發(fā)射逃生服在海上非常顯眼，也具備漂浮能力。救援力量會在第一時刻趕到。

在軌救援

在過去幾十年時間里，人們設(shè)想了很多從軌道上緊急撤離的方案。其實從載人航天起步到現(xiàn)在的幾十年里，除了“阿波羅13 號”，幾乎沒有出過這類事故，但是研究者們?nèi)匀粚@個話題樂此不疲?？赡苁侨祟悷o法忍受那種愛莫能助的感覺吧。

有一位叫馬克·韋德的研究者，在www.astronautix.com 網(wǎng)站上對這個主題進行過詳細(xì)介紹。他搜集了35個不同概念的細(xì)節(jié)。這些概念通常采用兩種范式?；凇熬壬А狈妒降能壍谰仍拍?，通常歸結(jié)為一艘小型航天器。它可以充當(dāng)救生艇，把航天員帶回家。另一種是“降落傘”范式的，一般只能救援一名航天員。它們一般采用充氣式或泡沫結(jié)構(gòu)制成的可展開系統(tǒng)，用降落傘作為航天員返回的最后階段。不過，上述系統(tǒng)很難具備足夠結(jié)構(gòu)強度來承受重返大氣層的空氣動力學(xué)載荷和熱量，也沒有足夠的能力來執(zhí)行離軌機動，并在再入期間保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

如果在出艙活動期間發(fā)生了事故，比如航天員與航天器連接的系繩被切斷，那么就需要用反推系統(tǒng)把航天員推回去。為此，有人提出在航天員背上增加一個小型壓縮氮氣系統(tǒng)，配上控制裝置，航天員可以把自己推回空間站或航天飛機。有些航天服，比如航天飛機的航天服配備了推進系統(tǒng)，等于自帶救援能力了。

▲ 收藏在博物館中的“阿波羅13 號”返回艙

▲ “聯(lián)盟11 號”遇難的三位航天員

“自我救援”為主

到目前為止，載人航天發(fā)生過一些慘烈事故，但是留給人們?nèi)ゾ仍臋C會并不多。無論是蘇聯(lián)“聯(lián)盟1 號”事故導(dǎo)致科馬洛夫遇難，還是“聯(lián)盟11 號”返回艙泄漏導(dǎo)致3 位航天員遇難，以及兩次美國航天飛機事故，致命傷害都是在瞬間發(fā)生的，并沒有救援的機會。

▲ “阿波羅13 號”事故的模擬圖

▲ “阿波羅13 號”推進艙發(fā)生事故后的外觀

真正發(fā)生了人員被困，然后通過天地協(xié)同實現(xiàn)救援成功的，其實只有“阿波羅13 號”一個案例。但是，隨著國際空間站和中國空間站的長期在軌飛行，以及未來商業(yè)空間站、繞月軌道空間站、月球科研站的建立，“阿波羅13 號”案例的價值越來越具有意義。這個案例向人們表明，如果一個航天器在太空發(fā)生故障，出動另一艘航天器去救援，困難是很大的。太空救援主要靠自救，然后才能討論其他航天器的救援。

能不能實施這樣的救援，是由遇險航天器和救援航天器的特性決定的。如果遇險航天器能夠在更長的時間內(nèi)維持人類生命，救援任務(wù)就會更容易。救援航天器發(fā)射準(zhǔn)備的速度越快，發(fā)射的限制（天氣、系統(tǒng)、軌道力學(xué)）越少，救援任務(wù)就越容易。

鑒于這些特征，當(dāng)航天器遇險的時候，如果能與另一個帶有生命支持功能的工具對接，并且救援航天器可以快速完成準(zhǔn)備工作、發(fā)射到與遇險航天器相同的軌道，就是最理想的救援場景了。

“阿波羅13 號”之所以能成功救援，是因為發(fā)生爆炸的指令艙與登月艙（另一艘航天器）對接在一起。登月艙可以長時間支持人員生存，然后航天員能夠利用指令艙的有限能力返回地球。盡管涉及兩艘航天器，但這仍然屬于“自救”的案例。

在近地軌道飛行中，航天器可以考慮對接空間站，來延長應(yīng)急情況下的生存時間。不過，這種對接機會是受到軌道條件限制的。如果遇險航天器無法進入與空間站交會的軌道，那么就不可能采用這種救援方式。這種對接避險的模式在哥倫比亞號航天飛機失事后，受到了高度重視。