载人航天器运载火箭(简称载人火箭)与普通火箭在外形上最显著的一个区别,就是载人火箭的顶端安装着一个尖尖的逃逸塔。当火箭发生危及性命的紧急情况时,这个逃逸塔能够与其他火箭部件组成逃逸飞行器,带航天员迅速逃离危险区。本篇,让我们来探秘火箭上这个不怎么起眼的“救生队员”吧!
逃逸飞行器
为了保证航天员的安全,火箭上设计了多种救生模式,利用逃逸飞行器进行救生就是其中的一种。以我国发射载人飞船的火箭——长征2号F载人飞船运载火箭(简称长征2F载人火箭)为例,这种救生模式能够在火箭起飞前90秒至起飞后120秒的时间内,也就是火箭的飞行高度在0到39千米左右时使用。
长征二F载人火箭结构示意图
为什么会有这样的限制呢?这是因为逃逸飞行器救生需要在火箭相关系统、部件全部就位且工作正常的情况下进行,而长征2F载人火箭的逃逸飞行器在火箭发射前30分钟才具备启动条件。长征2F载人火箭起飞前90秒才可以开始使用逃逸飞行器救生。而起飞后120秒是长征2F载人火箭逃逸塔分离的时候,之后逃逸塔离开火箭,航天员无法再使用逃逸飞行器救生。
使用逃逸飞行器救生的过程大致是这样的在火箭发射前90秒到起飞后120秒这个时间段内,火箭若是发生各种危及航天员生命安全的故障,逃逸塔会带着载人飞船迅速飞离火箭航向,到达安全的上空。随后,飞船返回舱会从逃逸塔中分离出来,带着航天员安全着陆到地面上。
逃逸飞行器救生过程示意图
更有意思的是,逃逸飞行器只有在火箭发生故障需要启动救生时,其内部机构才会锁紧,稳固地“抓住”载人飞船,实现逃逸救生。那么,逃逸飞行器内部是什么样的呢?
还是以长征2F载人火箭为例,它的逃逸飞行器主要由逃逸塔、上部整流罩和整流罩上的高空逃逸动力系统、上下支撑机构、栅格翼和灭火装置等组成。逃逸飞行器内部包裹着神舟飞船,从上到下依次为飞船轨道舱、返回舱和推进舱。
逃逸飞行器结构示意图
让我们重点关注下能够在危急情况下锁紧飞船上、下支撑机构。简单来说,火箭正常飞行时,上、下支撑机构提供飞船与整流罩之间的弹性支撑,执行逃逸命令时,它们会锁紧,固定飞船。
这是因为,上、下支撑机构各有3件,互成120°排列。其中,上支撑机构安装在整流罩的前锥段。正常飞行时,锁紧接头受到弹簧作用,始终与飞船保持接触,但内部有15毫米的间隙能够移动,可以实现对飞船的弹性支撑。
上支撑机构
下支撑机构安装在整流罩的后锥段。正常飞行时,下支撑机构受碟簧推杆作用,使曲梁前后的两个接头紧靠在载人飞船上,再加上接头内也留有活动间隙,也实现对飞船的弹性支撑。
下支撑机构
一旦开始执行逃逸任务,上、下支撑机构的各锁紧接头锁紧,其间能够运动的间隙就被消除了,对飞船的弹性支撑就转变为了刚性支撑,从而稳固飞船位置。
看了以上的知识,大家也许会产生这样的疑问,逃逸飞行器是否在实际任务中得到过应用呢,是否真正使航天员得到救助了呢?别说,还真有这么一回。
1983年9月26日,苏联联盟型(SL-4)火箭即将发射联盟T10A飞船,一切准备工作都有条不紊地进行着。发射前2小时,执行此次任务的航天员弗·季托夫和格·斯特列卡洛夫进入了飞船的返回舱。就在火箭即将发射的几秒,故障传感器突然发出警报火箭底部着火了!地面人员得到消息后迅速发出指令,断开整流罩与火箭、飞船返回舱与服务舱之间的连接。1秒后,逃逸飞行器将飞船带离火箭,很快就飞上几千米的高空,到达了安全的区域。几秒后,发射台上的火箭发生了爆炸。就在爆炸后不到两分钟,飞船返回舱安全着陆,两名航天员安然无恙。这是一次非常成功的逃逸救生过程。