在载人航天发展的60多年间,全球共出现过5次灾难性事故,其中1次发生在模拟飞行过程中,2次发生在飞船返回过程中,而另外2次则出现在飞船发射过程中,一共有21名宇航员遇难。
在人类记载中的致命飞行事故,第一次发生事故的是前苏联的“联盟1号”。
航空灾难1967年4月23日,联盟号火箭托举着联盟一号飞船发射升空,在飞船上的宇航员只有一个人:
弗拉基米尔·米哈易洛维奇·科马洛夫
在发射9分钟后,飞船成功入轨,可不幸的是,当时苏联为了与美国太空竞赛中取得领先,在没有做好准备的情况就发射了火箭。
起飞前,技术人员报告的故障多达百处之多,从联盟一号飞船进入太空轨道的那一刻起,就不断地发生故障,最为严重的是:地面跟踪站通过分析飞船发回的数据发现,飞船的一个太阳能电池板没有展开工作,飞船的电池在不久后将会耗尽。
这代表着,飞船只能依靠手动调整进入大气层,在绕地球飞船飞行的第17圈时,本该按预定计划返回的联盟一号却调整姿势失败,直到第19圈的时候,宇航员科马洛夫才使用手动控制返回了入地轨道。
然而,飞船距离地面10km的时候,飞船的主降落伞失效,返回舱在没有减速的情况下径直地撞向地面。
1967年4月24日凌晨6时,“联盟一号”化作一颗火流星,坠毁于乌拉尔地区奥尔斯克以东65公里的地区,科马洛夫当场身亡。
将近40年后的2003年,美国发射的哥伦比亚号航天飞机,载有7名宇航员在完成既定任务进入地球时,由于左侧机翼地放热瓦脱落,导致整体失控,航天器开始不受控制地滚转和偏航,最终在空中解体,宇航员全部丧生。
对于高投入、高风险的载人航天系统工程而言,除了大推力的运载火箭技术,卫星安全返回技术和完备的生命保障系统技术也是不可或缺的。
在载人航天的历史上,出现了两次飞船出现事故,生命保障技术挽救载人飞船的事件。
如为了保证航天员的安全,苏联的“联盟”FG运载火箭就搭载了应急逃逸系统,主体是在载人火箭最顶端安装逃逸塔。
1983年9月27日,苏联发射“联盟”T-10A载人飞船即将升空时意外起火,情急之下,逃逸塔启动,带着航天员的飞船远离发射台,在2.4千米外的地方安全着陆,而就在逃逸塔点火升空后几秒内,“联盟”突然爆炸,发射台附近变为一片火海。
不过,现有的技术都是基于设备,如果出现“联盟一号”或者“哥伦比亚号航天飞机”同样的事故,机上的电子设备无法运作时,甚至连逃逸塔都没办法启动,宇航员能高空跳伞自救吗?
太空跳伞如人类最高的高空跳伞记录是41.4千米,是2014年谷歌高管创下的纪录,他通过热气球达到了航天器运行轨道的“黑障区”并且只穿了一件类似于宇航服的物体成功跳伞返回。
可我们需要知道的是,现有“高空跳伞”和“太空跳伞”差别巨大的,在航天器起飞或者再入大气层的时候几乎都是经过同样的顺序,可以简化为——
地面—大气层—外太空—大气层—地面
在这两个阶段中,无论是出太空,还是再入无法避免的只有一件事情:
在大气层中因为过高速度产生的高温
现有的跳伞是在一个高空静止的气球上跳下来,从零开始承受重力加速度,关键点是——
初始速度为0
可是无论是发射还是在轨道的航天器,为了保证自身的运行,都不是静止的,都拥有一个极高的初始速度,火箭升空时和在轨航天器的运行、返回时的速度都不会低于第一宇宙速度——7.8km/s(因为这样才能保证其能成功冲出地球或者在轨不被引力拉回地球)
在这样的高速下,航天器周围被压缩空气的温度甚至可以达到四五千摄氏度,航天器本身需要加装大量的散热装置,如果航天员直接出仓那后果就是瞬间被融化。
与此同时,高速的气流会瞬间撕毁降落伞,做不到有效的制动,航天器返回的时候也是在前期利用本身的结构先减速,最后阶段才打开降落伞来利用空气“急刹车”。
但是,能够克服高速度带来的发热和难以制动的问题,那么是可以成功回到地球的,理论上没什么问题。
20世纪60年代的时候,美国的MOOSE计划(载人轨道安全操作设备),由通用电气提出,目的是能够使一个单一的宇航员在升空和返回阶段安全地从地球轨道到地球表面。
这个系统重量大概91公斤,安装在一个手提箱大小的容器中,包括了一个小的双喷嘴火箭发动机,1.8米长的PET塑料薄膜,背面有一个灵活的隔热罩,两个加压罐,一个降落伞及无线电设备和生存工具包。
当航天器出现问题的时候,宇航员穿着宇航服打开逃生装置,爬进塑料袋中,从航天器温度及气流较少的部分(如尾部)离开飞船,离开后设置会展开填充大量的泡沫,火箭包也从袋子底部伸出。
最终,这个袋子会形成呈圆锥体,宇航员嵌在底部,中间充斥着热屏蔽材料的泡沫形成一层隔热盾防止高温进入,小型的火箭喷口会减缓宇航员下落的速度,当到达9.1公里左右,空气密集的地方时,降落伞会自动展开,并将宇航员的下落速度降低到7.6米/秒,最终安全地着陆。
通用电气在对MOOSE计划测试的时候,验证了这种极端情况下降落的可能性,可是美国航空航天局(NASA)和美国空军却最终没有使用这个系统,原因只有一个:
航天器在几乎失控的时候,宇航员的反应时间太短,让这个“安全包”几乎没有时间和操作空间来完成所需要的操作。
结语在现在,世界航天迅猛发展,多数国家都将载人深空探测作为目标(如月球、火星),
在深空的探测中,由于局限性再也没有像MOOSE这样“太空跳伞”的计划提出,几乎都是使用独立且更安全的逃生舱来保证航天员的安全,将宇航员的危险降到最低。
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