详解火箭逃逸系统

2018年10月11日发生的俄罗斯联盟MS-10载人飞船发射事故是自2003年哥伦比亚航天飞机失事以来，世界上又一次严重的、可能危及航天员生命的发射事故，这让许多人对载人航天的安全性感到忧虑。

此前联盟-FG运载火箭拥有无重大伤亡事故的发射记录，被认为是俄罗斯最可靠的载人火箭。

下面我们将以联盟火箭为例为您详细介绍火箭的逃逸救生系统是如何工作的。

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久负盛名的船箭“联盟”

联盟-FG运载火箭发射升空

联盟号火箭系列是世界上历史最久、发射次数最多的多用途运载火箭。苏联发展了东方号运载火箭，后续又发展了联盟号火箭，现已发展了上升号、闪电号、联盟号、联盟U、联盟号U/伊卡尔、联盟号U/弗雷盖特、联盟号FG、联盟号2等十余个型号。

联盟号运载火箭起源于 “东方号”火箭，它的第一种型号——“上升号”自1963年首次发射到1976年共成功发射了297次，失败13次。最先以“联盟”号的名称发射的型号从1966年开始发射，到1976年共发射了39次，失败2次。到2002年止，所有型号加起来联盟号共发射了1041次，失败35次，成功率达96.75%。联盟号火箭在1980年代初期达到最高峰，每年发射次数高达60次，为世界上使用最频繁的火箭。

与一般的火箭级数定义稍有不同，联盟系列运载火箭把四台捆绑式助推器作为“第一级”，将与助推器一起点火的芯级称为“第二级”，将“第二级”脱落后点火送飞船入轨的称为“第三级”，联盟号的“第二级”和“第三级”对应一般定义中的第一级（芯一级）与第二级。

联盟号U和联盟号FG火箭结构相同，全部采用液氧、煤油推进剂，主要用于发射载人/不载人货运飞船或军用照相侦察卫星，曾发射过上升号载人飞船、联盟号载人飞船、进步号货运飞船以及第2代宇宙号照相侦察卫星。在二级型火箭联盟号U/FG的基础上还可增加上面级，用于商业高轨道发射。

而联盟号飞船是苏联设计的一款载人飞船，由第一特殊设计局（即科罗廖夫设计局，现隶属于科罗廖夫能源火箭航天集团）研制，采用一次性设计，可通过联盟号或质子号运载火箭发射。

箭载摄像机展示了分离异常的画面

该系列飞船自1960年代首飞，目前仍在使用。联盟号飞船是苏联继东方号飞船与上升号飞船之后自行研制的第三款载人飞船，是目前世界上服役时间最长、发射频率最高，同时也是可靠性最好的载人飞船。其原设计目的是作为苏联载人登月计划中的地月往返工具，然而，由于苏联后来取消了登月计划，联盟号的活动范围就此被限制于地球轨道。1991年苏联解体后，联盟号的制造与发射转由俄罗斯联邦航天局掌握，主要负责对和平号空间站与国际空间站的人员运输、物资补给。2011年航天飞机全线退役后，联盟飞船成为了航天员往返国际空间站的唯一运输工具。

联盟号飞船的改进型号众多，其衍生出的其他航天器包括：探测器号、联盟号T、联盟号TM、联盟号TMA、联盟号MS及进步号货运飞船等。

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应急通道——逃逸系统

联盟MS-10发射瞬间

虽然这次发射任务失败，但两名航天员死里逃生，让联盟号火箭得以继续保持从未出现导致人员直接死亡事故的安全记录（部分航天员是在完成任务很久之后逝世的）。连同本次在内，它一共出现过3次严重的发射事故，另外两次分别发生于1975年和1983年，但所有的航天员均幸免于难。这均得益于火箭内一系列精心设计的保护措施，包括紧急逃逸塔以及在本次事故中起到重要作用的自动分离和重返序列等。逃逸系统在发射全过程中都处于工作状态。

被誉为“神箭”的中国载人火箭长征二号F型运载火箭历次任务都安全成功地将航天员送入太空，同样具有逃逸系统全程保护航天员的安全。其逃逸系统由低空和高空两种发动机组成，低空发动机配置在逃逸塔上，在火箭的顶部。高空发动机安装在整流罩上。逃逸系统的任务是在火箭起飞前900秒到起飞后120秒时间段内，也就是飞行高度在0至39千米期间，万一火箭发生故障，它可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分离，并降落到安全地带，帮助飞船上的航天员脱离险境。

联盟火箭逃逸塔

逃逸系统的结构由上半部整流罩、栅格翼及其释放机构、上下支撑机构等组成。上下支撑机构的主要功能是：一旦火箭出现应急故障需要逃逸救生时，上下支撑机构上的火工作动筒接到发火信号点火动作后，迅速将机构与飞船的可移动支点锁死，以实现逃逸系统外壳体与飞船返回舱及轨道舱间的刚性连接，这种刚性连接是实现逃逸救生的必要保证条件。在正常飞行条件下上下支撑机构与飞船是弹性支撑，即飞船与逃逸系统外壳体间可以有允许的间隙做相对运动。

逃逸飞行器是一个无控飞行器，根据逃逸飞行器气动特性设计，为了保证飞行器在整个逃逸飞行过程中保持稳定姿态，在逃逸飞行器底部四周需要设置4块稳定栅格翼。该栅格翼在火箭正常飞行状态下收靠在整流罩周围，一旦逃逸4块栅格翼与整流罩的连接爆炸螺栓起爆解锁, 栅格翼在弹簧推杆、气动力及过载惯性力的作用下迅速展开。为防止栅格翼展开时对整流罩冲击过大, 同时又要将栅格翼展开后锁定在某一位置,每块栅格翼两侧安装有两个液压阻尼器，以实现阻尼和锁定双重功能。在保证满足栅格翼展开时间要求的同时，尽可能减少对整流罩的冲击。

逃逸系统共配备了5种类型的发动机共12台，其中逃逸主发动机1台 ，分离发动机1台，控制发动机4台， 高空逃逸发动机4台， 高空分离发动机2台。除高空分离发动机为选用产品外，其他几种发动机均专门为逃逸系统研制。逃逸主发动机、分离发动机 、控制发动机和尾裙、配重段一起组成逃逸塔，为120秒前的逃逸提供动力。高空逃逸发动机、高空分离发动机安装在飞船整流罩上，完成从逃逸塔分离后到抛罩期间的应急逃逸任务。逃逸系统固体发动机的任务决定了这些发动机的特点，即：快速启动、推力大、工作时间短和高可靠性、高安全性。

在逃逸系统的工作范围(起飞至整流罩分离)内，逃逸模式分为两种，即有塔逃逸模式(模式 Ⅰ)和无塔逃逸模式(模式 Ⅱ)。模式Ⅰ适用于火箭发射前30分钟至起飞后120秒，模式 Ⅱ适用于火箭起飞后120秒至整流罩分离。在逃逸模式Ⅰ中，考虑到发射人员及地面设施的安全性，火箭飞行60秒前逃逸时火箭发动机不关机，60秒后逃逸时将终止故障火箭继续飞行。逃逸模式Ⅱ适用于逃逸塔分离至整流罩分离期间火箭出现重大故障时。在实际的飞行过程中，返回舱和逃逸飞行器可能存在两种分离模式， 即有逃逸塔分离和无逃逸塔分离。有逃逸塔分离的动力来源于逃逸塔上的分离发动机，无逃逸塔分离的动力来源于整流罩上的高空分离发动机。

联盟飞船紧急逃逸画面

世界航天发展并不是一帆风顺的，人类曾为之付出了沉重的代价。那些失利的和灾难性的事件，让我们离宇宙更近。