15年最大险情!宇航员是多高危的职业?
发布时间:2018-10-12
出品:科普中国
制作:太空精酿
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  北京时间2018年10月11日16点40分,按照国际空间站既定工作计划,一枚联盟(Soyuz-FG)火箭在拜科努尔火箭发射中心升空,将联盟MS-10飞船送入轨道。飞船要实现6个小时内快速对接(此前世界各国通例为2天时间对接),两名宇航员将作为国际空间站第57/58远征队成员执行约半年的驻留任务。

联盟火箭及四个助推器特写

(图片来源:NASA)

  然而在发射后第118秒时,理论上应是四个助推器同时脱离火箭,但其中一个火箭助推器分离时出现故障,导致箭体受到一定冲击,甚至能从飞船视频记录中看到舱内出现大幅抖动。很快宇航员报告出现了逐渐失重的感觉,这意味着火箭二级的动力不足,非正常工作。

上图:联盟火箭助推器正常分离时的“科罗廖夫十字”;

下图:本次发射,明显有问题。

(图片来源:Greg Dutra)

  在这种情况下,整个飞船和火箭系统进入紧急状态,在进入飞行158秒后整流罩被抛弃,飞船被暴露出来并迅速与火箭脱离,此时已处在大气层边界100千米高度附近。飞船的逃逸塔已在第114秒时脱离,只能让飞船整体进入弹道降落过程。

  飞船共计有三个部分:轨道舱,返回舱和推进舱。其中只有返回舱携带有降落伞系统、隔热系统和着陆反冲火箭,能够安全降落,也因而是发射和返回阶段宇航员所待舱段。但它位于整个飞船中部,这意味着在短短数分钟内应急系统必须紧急抛掉轨道舱和推进舱,从而让返回舱进入待着陆状态。

联盟飞船基本结构

(图片来源:NASA)

  所幸应急系统表现良好,完全按照程序执行,两位宇航员毫发无损成功返回并被近1000名搜救人员迅速找到!

  这次事件迅速引起了轩然大波,因为它是继2003年哥伦比亚号航天飞机失事导致7名宇航员遇难后,最大一次载人航天险情,严重程度远远超过了前段时间驳接国际空间站的联盟飞船发现孔洞漏气事件。幸亏两名宇航员安全返回,并未酿成大祸。

没有任何一刻比此时与家人团聚更美好

(图片来源:NASA)

  事实上,在2011年美国航天飞机项目彻底退役后,俄罗斯联盟飞船一直是近几年国际载人航天市场上唯一的选择,本次事件的两个主角都是极可靠的存在。

  1. 联盟火箭脱胎于人类首个洲际导弹R7,衍生出了巨大的火箭家族,先后发射约2000次,是世界上发射次数最多、性能极其稳定(总成功率在93%以上,近年来更高)的火箭家族。此次发射的是它成熟的载人航天版本联盟-FG,自从2001年服役以来已经连续64次发射成功,从未失手过,没想到折戟于第65次。
  2. 联盟系列飞船也是苏联/俄罗斯的主力载人飞船,先后经历了四代的发展,发射了超过100艘,-MS型号是它目前最成熟版本,此前9艘飞船都取得了圆满成功,本次的紧急状态反应也是满分。

  可以说,关于本次事件主角联盟-FG火箭的调查,一定是俄罗斯航天的头等大事。在事件发生后数小时,俄罗斯已经宣布暂停一切载人航天发射活动。

  这件事情也再次提醒我们,宇航员是个面临极大风险的职业。在载人航天训练中,从测试到完成任务返回地球,他们需要面临一系列风险,下面以任务流程列举一系列重大灾难。

  1.培训阶段

  宇航员往往需要经历高难度、复杂甚至极端危险的训练。原本邦达连科极有可能成为人类首个宇航员,但他在人类首次载人航天飞行任务(1961年4月12日加加林进入太空)仅20天前的地面测试中,被活活烧死在飞船里。

  阿波罗1号乘组拥有水星七杰之一的格里森和美国首位太空中出舱行走的怀特,按资历二者有足够资格竞争成为第一位踏上月球的人类,但他们也在培训阶段葬身于飞船内的火海中。

  另外,在驾驶高速飞行器进行实验中也有6名宇航员遇难,俄罗斯宇航员沃佐维科夫甚至在水中搜救训练中溺水而亡,其他关于训练中发生危险的例子枚不胜举。

阿波罗1号三名乘组成员

(图片来源:NASA)

  为防止训练之外的任何意外事件,各国宇航员训练中心都有个不成文的规定:不允许多位宇航员乘坐同一个交通工具,以避免发生事故造成重大损失。而即便完全通过了所有的训练,也不一定保证能有进入太空的机会,我国首批航天员中,有五位在备份多年后,直到退役都未能进入太空。

  2.发射准备阶段

  火箭竖在发射塔后,宇航员需要提前进入位于顶部的飞船,此时现场人员开始撤离,只剩下宇航员陪伴着这么一个巨型炸弹。此时如果发生危险,宇航员需要快速撤离火箭,他们需要经由特殊材料制成的快速滑梯从几十米高的空中“跳楼”,亦或是乘坐防爆电梯快速下降。

  如果在宇航员已经进入飞船内部固定后等待发射期间发生险情,时间根本不足以让宇航员自主撤离,此时载人飞船顶部连接的固体火箭逃逸塔就会迅速工作,将飞船快速带离发射现场后飞船通过降落伞降落。历史上仅有一次使用记录,1983年9月26日的苏联联盟T-10a任务起飞前突遇险情,助推器起火,逃逸塔迅速工作将宇航员带到数千米高的空中逃过一劫,但代价是超过15倍的超重,普通人未经过训练时身体根本无法承受。

  3. 发射后短期

  逃逸塔的工作时间可以维持到发射后100秒左右,期间发生危险时均可拯救宇航员生命,因而世界上用以载人航天的火箭均带有逃逸塔。一个例外是美国的航天飞机,由于设计问题它并没有此项装置,当1986年1月28日挑战者号执行发射任务出现故障时,7名宇航员根本无法逃离,后酿成惨剧全部遇难。

长征2F是我国唯一带逃逸塔(顶部)的火箭,因而是目前载人航天指定火箭。

(图片来源:新华网)

  4.发射后中期

  逃逸塔按照程序被主动弃用后,飞船依然有应急系统,这便是本次联盟MS-10飞船遇险逃生的实践,飞船在通过弹道下降的过程中舱段分离,返回舱顺利返回。

  此次事件并非人类历史上首次。1975年4月5日苏联联盟-18飞船也遭遇类似险情,彼时飞船在距离地表近150千米高紧急弹道返回,风险系数远高于此次,对宇航员生命威胁巨大,此次任务指令长身受重伤从此退役。

  5.进入太空后

  宇航员绝大部分任务时间都花在太空,因而在太空中发生的险情数不胜数。

  1965年3月18日,人类历史上首个太空出舱行走由宇航员列昂诺夫完成,在执行任务后,发现由于宇航服设计不合理导致充气膨胀,他根本无法返回飞船。不得不冒着生命危险多次排出宇航服内气体,才勉强进入飞船。他在后来苏美联盟-阿波罗任务中再次执行任务,然而遭遇了有毒化学气体飙升的情况,在一系列紧急处置下才恢复正常。

  我国航天员翟志刚在执行出舱行走任务时,神舟飞船突然紧急报火灾险情(误报),但他依然坚持完成出舱行走任务,在出舱时说出了那句经典的“我已出舱,感觉良好”,当时内心的大无畏精神可想而知。

翟志刚出舱瞬间

(图片来源:中国载人航天工程办公室)

  1970年4月阿波罗13号任务期间,奔向月球的路上突然发生推进舱燃料罐爆炸,但乘组飞向月球的线路已无法改变。紧急情况下,三人进入狭小的登月舱中(仅能供2人生存)、自制气体处理设备,在地面控制中心人员数个不眠之夜的努力下,选择了一个超大8字形轨迹绕到月球背后返回地球。期间创造了距离地球40万千米的载人航天最远记录,至今无人能破。

  此外,空间站火灾、温度失控、气压突变、供电中断、微陨石撞击等险情曾屡次发生,所谓刀尖上起舞,不过如此。

  6.返回地球期间

  返回地球期间是个极其危险的时刻,飞船剧烈摩擦大气后温度急速上升到1500摄氏度、速度极高,必须通过精确确定角度、气动控制、烧蚀、三重降落伞减速、反冲火箭工作等一系列过程才能幸存,缺一不可。

  加加林返回地球期间,飞船遭遇了返回舱和推进舱无法及时分离情形,后来随着热量烧蚀才得以分离。而彼时飞船无法做到今天的技术水平,加加林和早期苏联宇航员需要采取在数千米高空中弹出飞船再跳伞的方式返回地球,风险极大。

  1965年,前文提到的列昂诺夫在执行完出舱行走任务返回地球期间,飞船又遭遇压力和温度快速升高,他和另一位宇航员很快陷入昏迷状态,命悬一线之际系统恢复正常;1967年,苏联联盟1号任务,卡马罗夫由于降落伞打开故障遇难;1971年,苏联联盟11号任务,3名宇航员由于飞船失压遇难; 2003年,美国哥伦比亚号航天飞机,在即将降落阶段解体,7名宇航员遇难。

在美国最核心的肯尼迪空间中心,

依然刻着包括两次航天飞机事故逝去宇航员在内的纪念碑。

(图片来源:NASA)

  我国首次载人航天任务时,杨利伟也遭遇到了剧烈的飞船与身体共振,且在即将降落时头盔麦克风捅破嘴唇,受轻微伤。这对于50年内首次打破苏美垄断的载人航天任务而言,已属万幸。

  7.返回地球后

  成功降落后依然面对巨大的风险。继续讲前文提到的列昂诺夫(他可真倒霉啊!),他们在从昏迷中清醒后,发现飞船降落在距离原计划着陆地3200千米以外的西伯利亚森林中,两位宇航员在冰天雪地中苦等2天救援无果,只好从森林中徒步走到附近一个小型机场方才得救,所幸路上并未遇到大型野生动物。

  而前文提到的阿波罗1号乘组成员格里森在1961年执行水星4号任务后,飞船降落在大洋之中快速下沉,他在命悬一线之际逃出,但没想到后来还是没逃脱死于火灾的命运。同样事件还发生在1976年的联盟23号任务,两名宇航员在最后一刻被从即将沉入湖底的飞船中救出。

阿波罗15号在1971年执行任务时,将所有为登月和载人航天牺牲的伟大宇航员名单,留在了月球表面,人类仅此一份的独特墓志铭,还有一个倒下的宇航员雕塑作品。这个名单不分国籍,英雄不问出处。

(图片来源:NASA)

  总结

  总体而言,尽管已经发展了60余年,载人航天依然是个超高风险的技术,最核心的宇航员们无疑是背负所有风险的人。在截至目前(2018年10月)已经进入太空的558名宇航员中,已有至少30名宇航员在训练和任务期间丧生,宇航员依然是世界上风险最高的职业之一。在看到他们光鲜亮丽的同时,请别忘了为他们鼓掌和祝福。而比起成功的辉煌,那些殒去的英雄同样伟大。

  (本文中标明来源的图片均已获得授权)

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