点火:上演生死时速
“零故障、零缺陷”在地面上可以做到,但只要一上天,有很多事就难以预测了。
“挑战者”号爆炸的烈焰每一个航天人都不敢忘记。
李颐黎是“神舟”应急救生系统的主任,他要考虑的是从发射、上升、运行到返回着陆的救生对策。
飞船发射的瞬间可以说是千钧一发。设计师们根据世界载人航天历史上的失败教训认定,此时的危险源主要是火箭或飞船推进剂泄漏、着火,火箭发生故障等。
发射前最后5分钟,航天员系好束带,关闭头盔面罩,戴好手套,两手抱膝静坐等待升空。
突然故障检测系统报告出现紧急情况,航天员迅速从座椅处攀上近2米高的舱口,快速打开飞船舱门,以最快速度钻出飞船。飞船舱门正对着第九层发射塔架,旁边有一个航天员专用防爆电梯,但是没电。航天员快速跑到撤离滑道口,纵身向几十米深的紧急撤离滑道跳下去……
这是逃生演习中的一幕。
紧急撤离滑道是一个钢套管和高弹力阻燃材料救生袋制造的高约50米的细长的尼龙口袋,航天员叉开双腿,用肘部及手使劲撑住袋壁,以便下滑得慢一点。尼龙口袋里层是张力为钢材10倍的特殊纤维层,只要用力撑,就可以控制下滑速度或者停止,防止溜得太快太远而摔伤。
尼龙滑道是湿的。这是为了防止磨擦产生静电而浇湿的,航天员从口袋里钻出来,到达发射架下的地下掩蔽室,至此,航天员就安全了。
但这只是在时间允许的情况下的逃离办法,火箭一旦点火,就不可能再停下来。“神舟”五号的救生办法是:火箭顶端的逃逸塔迅速点火,拉着飞船以超过火箭几倍的速度逃离火箭。逃逸塔上四个又轻又薄不会变形的栅翼格会自动打开,控制飞船稳定飞行。
逃逸塔的作用是火箭点火的前5分钟到起飞后120秒钟,也就是飞行高度0公里至39公里,帮助航天员脱离危险区。在世界载人航天史上,逃逸塔只被使用过两次。
回家:闯过死亡关口
飞上207公里的飞船就进入轨道了。浩淼的太空离地球很远,但并不意味着没有危险。
一个可能是飞船失去控制,飞向更远的太空回不了家;第二个可能是飞船的航天员座舱被流星或太空垃圾击穿;第三个可能是飞船上的某个阀门泄漏。
1960年5月15日,前苏联首次发射了无人驾驶的卫星式飞船1号,飞船姿态控制系统故障,制动火箭点火后将返回舱推向了更高的轨道,1962年9月5日飞船才返回大气层并烧毁。
回家和上天,一样充满风险。返回是载人飞船的事故多发段,不少航天员在回家途中死去。
飞船控制专家陈祖贵的四个摞起来有30厘米厚的大本子上写满了计算公式。他要给飞船安上“眼睛”和“大脑”。他习惯了人们这样和他见面打招呼:“飞船能不能回来?”
2001年1月,“神舟”二号飞船返回的前一圈,突然飞船发生震荡,返回姿态不稳,轨道舱泄压,此时距离飞船的返回只有一个半钟头了。指挥大厅的空气几乎凝固了。陈祖贵拿出可信的数据,说明飞船完全在控制之中,可以发出“回收”命令。果然,一切如常。
“神舟”飞船的落点范围精确到了正负10公里左右,这相当于打靶十环的水平,而俄罗斯的水平是30多公里。
据说,为了让摄影师拍摄到飞船在火红的晚霞中徐徐降落的情景,制导导航专家们特意设计了偏航机动技术。按推算,“神舟”一号的最佳发射窗口时间是上午,那么飞船就会在漆黑的晚上返回。而使用偏航机动技术,就无需考虑发射窗口,它可以在任何时间发射。当“神舟”一号降落在晚霞中的大草原时,没有人想到,科学和浪漫竟然会结合得如此完美。
假如返回座舱发生泄漏,“神舟”五号的控制面板会发出压力报警信号,航天员必须在10分钟内穿好航天服,接通供气管。航天服可连续6个小时保证航天员的氧气供应。在这6小时内,飞船可以在10个应急着陆场中选择着陆。
假如险情十分紧急,飞船可以启动立即返回功能,设计师保证飞船有2个小时的时间,瞧准第一个来得及着陆的地区着陆。
假如两台变轨发动机发生故障,另两台会立即补上;假如4台发动机停火,另有8台小发动机,足以让飞船完成自动调姿,顺利返回。
假如着陆缓冲发动机不工作,返回舱底部安装的 Y 高度仪会使缓冲发动机点火,给飞船一个向上抬的力,足以让航天员安然着陆。万一发动机不点火,航天员的座椅下部胀环式缓冲器,能够起到“弹簧”的作用。
返回舱里为航天员准备了所有能够想到的救生物品:远距离呼救电台、信号枪、闪光标位器、太阳反光镜、光烟信号管、海水染色剂、急救药包、蛇伤自救盒、蚊虫驱避剂、食品、饮水、指北针、抗风火柴、防尘太阳镜、引火物、救生船、渔具、驱鲨鱼剂、抗浸防寒飘浮装备、救生手枪、生存刀、救生手册等。
飞船落地后其顶端的闪光灯以每分钟闪动55下的频率发出白色的闪亮,可以连续闪光25小时;假如落在海里,飞船上配备的染色剂会把飞船周围的海域染成绿色荧光区,便于飞机搜索。
细节:洞开生之门
1967年1月27日,美国阿波罗4A 飞船和土星5号火箭进入了倒计时,突然通话器传来密封舱员呼救:“着火了!” “快放我们出去!” 但等救援人员跑去打开舱门时, 飞船里的3名航天员已全部被烧死。
这只是一次地面联合模拟飞行试验,就让美国损失了3名航天员。阿波罗飞船座舱里气压较低,着火后,舱内形成负压,无论里面还是外面在短时间里都无法打开门。
中国的“神舟”飞船的舱门无论从里面还是从外面,不超过3秒钟就能迅速打开。
生之大门因为一个小小的细节而洞开。但是这个门可能有几百上千种方案和样式,你必须有能力和智慧选择出最佳的一种。
这个门如果宽一点航天员逃生可能更为顺利,但它可能因为大而密封不严从而造成隐患;这个门可能因为密封很好而让人放心,但它可能因为过于密封而开启困难。矛盾、芜杂、纷乱,有时候可能你向左了就不能向右,这时候就必须在针锋相对中进行趋利避害的选择。
而选择的智慧不是天生的,它来自于反复的实践。“神舟”飞船的降落伞是目前世界上正在使用的降落伞中最大的一种。它展开有1200平方米,它的每一个针脚都要求一致、细密,为了保持一致性,有的活必须一个人从头到底。据说,一个缝纫女工一年只能缝一面伞。