去年五月份，SpaceX 設(shè)計(jì)制造的載人龍飛船搭載獵鷹九號(hào)火箭發(fā)射升空，帶著兩名宇航員道格 · 赫爾利和鮑勃 · 本肯奔向國(guó)際空間站。一時(shí)間，全球媒體爭(zhēng)相報(bào)道。但是，一些精明的看客可能已經(jīng)在飛船發(fā)射時(shí)注意到，載人龍飛船的頭錐頂部沒有傳統(tǒng)的發(fā)射逃逸塔（LES）。
那么，假如載人龍飛船發(fā)射失敗的話，機(jī)上的宇航員們還有機(jī)會(huì)逃生嗎？其他商業(yè)航天器又采用了怎樣的發(fā)射逃逸系統(tǒng)呢？
中止發(fā)射！
發(fā)射逃逸塔最早由美國(guó)的機(jī)械工程師馬西姆 · 費(fèi)格特設(shè)計(jì)，并自上世紀(jì)六十年代以來(lái)使用至今。發(fā)射逃逸塔需要借助逃逸火箭（通常使用固體推進(jìn)劑）快速將飛船推離即將爆炸的運(yùn)載火箭。隨后，逃逸火箭將飛船帶到可通過降落傘降落的安全高度，最后再分離載人艙。
雙子座計(jì)劃沒有使用發(fā)射逃逸塔，而是采用了一個(gè)爭(zhēng)議比較大的彈射座椅系統(tǒng)。該系統(tǒng)會(huì)在緊急情況下將宇航員從推進(jìn)器上彈出。但是，水星計(jì)劃和阿波羅計(jì)劃的宇航員，以及俄羅斯的聯(lián)合號(hào)和中國(guó)的神舟系列，都更加信賴發(fā)射逃逸塔。
▲ SpaceX 的載人龍飛船并未使用分離式的發(fā)射逃逸系統(tǒng)，而是將緊急逃生引擎直接內(nèi)置在飛船中，以便隨時(shí)逃離潛在危險(xiǎn)。
SpaceX：載人龍飛船逃逸系統(tǒng)
伊隆 · 馬斯克的太空公司 SpaceX 擁有令人嘆服的創(chuàng)新能力。在意識(shí)到載人飛船必須具備一個(gè)逃生系統(tǒng)后，SpaceX 決定在發(fā)射逃逸系統(tǒng)上另辟蹊徑。載人龍飛船的飛船船體自帶八個(gè) SuperDraco 引擎，且這八個(gè)引擎都未使用外部塔架。
另一個(gè)創(chuàng)新是，SuperDraco 引擎使用的是液體推進(jìn)劑，與固體推進(jìn)劑相比，會(huì)更加可控。這些可存儲(chǔ)的穩(wěn)定液體推進(jìn)劑實(shí)為自燃劑一甲基肼和四氧化二氮，后者起到氧化劑的作用。這些推進(jìn)劑無(wú)需外部點(diǎn)火源。兩種自燃燃料接觸后會(huì)自動(dòng)點(diǎn)燃，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了引擎的設(shè)計(jì)——以及至關(guān)重要的是，可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)自己重新啟動(dòng)。
事實(shí)證明，使用自燃燃料的引擎非常可靠（阿波羅服務(wù)艙的引擎使用自燃燃料，登月艙的下降和上升引擎也使用的是自燃燃料）。為了證明該燃料也可用于載人龍飛船的載人飛行，SpaceX 在 2020 年 1 月 19 日對(duì)他們的飛船進(jìn)行了一次全面的發(fā)射中止測(cè)試，故意在發(fā)射過程中摧毀了一枚獵鷹九號(hào)火箭。
藍(lán)色起源：新謝潑德號(hào)和新格倫號(hào)逃逸系統(tǒng)
藍(lán)色起源是另一家私人太空公司，由亞馬遜創(chuàng)始人杰夫 · 貝索斯投資創(chuàng)辦。雖然發(fā)展不及 SpaceX，但藍(lán)色起源取得的進(jìn)展仍不可忽視。該公司目前有兩架飛船正在研發(fā)中：亞軌道運(yùn)載火箭新謝潑德號(hào)和軌道運(yùn)載火箭新格倫號(hào)。
▲ 藍(lán)色起源的新謝潑德號(hào)飛船在 2016 年測(cè)試其逃逸系統(tǒng)。該系統(tǒng)內(nèi)置于飛船中。新格倫號(hào)預(yù)計(jì)也會(huì)采用相似的系統(tǒng)。
如果在發(fā)射過程中發(fā)生緊急情況，新謝潑德號(hào)將使用一個(gè)小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，將載人艙推離火箭推進(jìn)器。這個(gè)小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)位于載人艙下方，由 Aerojet Rocketdyne 設(shè)計(jì)并測(cè)試成功。接著，在逃生時(shí)，載人艙可通過推力矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行操縱。一旦威脅清除，載人艙將會(huì)打開降落傘，以確保安全著陸。新格倫號(hào)飛船仍在研發(fā)中，但預(yù)期會(huì)使用一個(gè)和新謝潑德號(hào)上相似的逃逸系統(tǒng)。
波音：CST-100 星際航線逃逸系統(tǒng)
世界上最大的民用和軍用飛機(jī)制造商之一波音公司在過去幾年中一直在研發(fā)自己的商用航天器系統(tǒng)——CST-100 星際航線。雖然 SpaceX 和藍(lán)色起源開拓了一些新的設(shè)計(jì)思路，但星際航線在外觀上似乎走起了 “復(fù)古風(fēng)”，和阿波羅飛船指令艙有點(diǎn)相似。而阿波羅指令艙的設(shè)計(jì)已經(jīng)得到驗(yàn)證。
不過波音的星際航線也沒有使用傳統(tǒng)的發(fā)射逃逸塔，這倒是和 SpaceX 以及藍(lán)色起源一致。與這一方案相反的是，星際航線的船體采用了四個(gè)液體燃料發(fā)射中止引擎。這四個(gè)引擎一起工作時(shí)，可以產(chǎn)生 16 萬(wàn)磅的巨大推力。它們與飛船的軌道操縱和姿態(tài)控制（OMAC）推進(jìn)器協(xié)同工作，有助于正確定位載人艙，并使其在發(fā)射中止過程中保持穩(wěn)定。一旦脫離推進(jìn)器，服務(wù)艙和載人艙將分離，接著降落傘打開。在軟著陸前，飛船還會(huì)釋放掉隔熱罩，并給外部安全氣囊充氣。
維珍銀河由英國(guó)億萬(wàn)富翁理查德 · 布蘭森創(chuàng)辦。這家公司將人類送進(jìn)太空的方式十分與眾不同。這是一個(gè)全新的系統(tǒng)：一架地面起飛的母艦（白騎士二號(hào)）將子飛船（太空船二號(hào)）送到大約 15000 米的高度，然后將其釋放；釋放的太空船二號(hào)隨后點(diǎn)燃自己的火箭引擎，繼續(xù)攀升到亞軌道太空，最高飛行高度約 110 公里。
但是在 2014 年 10 月 31 日，維珍銀河的第二代航天器 VSS Enterprise 在脫離母艦并點(diǎn)燃自身火箭引擎之后突然解體。事故原因?yàn)橹苿?dòng)系統(tǒng)過早部署，最終導(dǎo)致航天器在飛行過程中解體。
機(jī)上飛行員彼得 · 希博爾德在不低于 15000 米的高空從即將解體的飛船上被彈出。彈出時(shí)，希博爾德僅穿著一件飛行服。幸運(yùn)的是，在以超音速自由下落了一會(huì)之后，他成功地打開降落傘返回地面。盡管身受重傷，但希博爾德還是活了下來(lái)。他的副駕駛員邁克爾 · 奧爾斯伯里就沒那么幸運(yùn)了。
目前，維珍銀河尚未公開披露未來(lái)商用太空旅行的緊急逃生方案。
▲ 圖為維珍銀河太空船二號(hào)的一般飛行路線。
內(nèi)華達(dá)山脈：追夢(mèng)者太空飛機(jī)逃逸系統(tǒng)
美國(guó)商業(yè)航天內(nèi)華達(dá)山脈公司目前正在研發(fā)追夢(mèng)者太空飛機(jī)。這是一架可重復(fù)使用的升力體太空飛機(jī)，與著名的波音 X-20 Dyna Soar 有些相似。根據(jù)工程師的設(shè)計(jì)，追夢(mèng)者可在 Atlas V 或 Vulcan-Centaur 火箭頂部垂直起飛。
目前，該太空飛機(jī)計(jì)劃使用的發(fā)射逃逸系統(tǒng)的具體信息尚未確定。但是，有人推測(cè)該逃逸系統(tǒng)或許和 NASA 的 HL-20 太空飛機(jī)上使用的系統(tǒng)相似。HL-20 使用集成的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以在緊急情況下，快速逃離危險(xiǎn)的火箭推進(jìn)器。但追夢(mèng)者的逃逸系統(tǒng)又和基于降落傘的系統(tǒng)不太一樣。追夢(mèng)者的逃逸系統(tǒng)使用自身的空氣動(dòng)力形狀，可在附近的跑道上滑行降落。
解決方案不止一種
值得一提的是，基于塔架的發(fā)射逃逸系統(tǒng)通常需要在載人艙頂部安裝一個(gè)所謂的推進(jìn)保護(hù)罩。然而，這個(gè)保護(hù)罩會(huì)在發(fā)射時(shí)限制宇航員的視線，一直到保護(hù)罩被釋放。一般保護(hù)罩會(huì)在發(fā)射確認(rèn)安全、塔架移除后釋放。而 SpaceX、藍(lán)色起源以及波音等公司使用的集成逃逸系統(tǒng)則不會(huì)要求在航天器頂部安裝這種保護(hù)罩。
這些不同的發(fā)射逃逸系統(tǒng)表明，航天器緊急逃生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)沒有一個(gè)所謂的 “最佳”方案。所有這些設(shè)計(jì)的思路都十分簡(jiǎn)單，就是為了讓宇航員盡快逃離墜落的火箭推進(jìn)器，然后安全地返回地面。
需要說(shuō)明的是，文中提到的所有商用航天器仍處于試驗(yàn)階段——盡管載人龍飛船即將開始執(zhí)行 NASA 的首個(gè)正式任務(wù)。在任何發(fā)射過程中，尤其是在載人試驗(yàn)飛船的發(fā)射過程中，一個(gè)值得信賴的逃生方案必不可少。
NASA 宇航員尼克 · 海格和俄羅斯宇航員阿列克西 · 奧夫金寧在 2018 年的親身經(jīng)歷可以充分證明這一點(diǎn)。當(dāng)時(shí)，由于飛行過程中火箭二級(jí)推進(jìn)器解體，他們乘坐的聯(lián)合號(hào) MS-10 不得不中止發(fā)射。好在，他們船艙內(nèi)的發(fā)射逃逸系統(tǒng)及時(shí)激活，并圓滿完成使命：拯救宇航員的生命。
因此，盡管火箭有時(shí)候可能會(huì)掉鏈子，但發(fā)射逃逸系統(tǒng)永遠(yuǎn)不會(huì)。
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