载人飞船出了事怎么办？揭秘飞船逃生系统

近日，MS-10飞船的失事吸引了很多人目光。唯一的好消息是，MS-10上的宇航员通过逃生系统将返回舱从火箭和飞船主体上分离，并成功地安全返回地面。那么，载人飞船作为安全率要求最高的人造飞行物，是怎么样设置逃生系统的呢？

图为发射前的联盟载人飞船（来源：俄罗斯航天局）

逃逸塔和低空逃生

火箭在进行发射载人飞船的任务时，除了某几个例外，都会安装逃逸塔。逃逸塔本质上就是安装在火箭顶端的一个小火箭，当火箭在发射中发生严重故障甚至起火爆炸时，逃逸塔能够把飞船的返回舱从火箭上分离，然后启动主发动机，把飞船从爆炸的火箭“拽出来”。

图为联盟-FG火箭，其前端的如同避雷针一样的结构就是逃逸塔（来源：俄罗斯航天局）

事实上，这个装置看起来就像是变大的飞机弹射座椅，原理其实也是一样的。在低空，逃逸塔要做的第一步不是把宇航员带到地面，正相反，应该是带到更高的高空。因为只有在进入高空之后，飞船的返回舱才能分离。

联盟飞船顶部的固体火箭将把整流罩和飞船一起带入高空，接下来飞船将会从底部脱离，并脱离高空返回使用的防热大底，然后启动降落伞和反推火箭。

1983年9月26日，苏联准备发射联盟T-10-1飞船，然而在火箭点火后却发生故障，火箭主体被点燃，发射台则被燃烧放出的浓烟包围，此时联盟T-10-1飞船启动逃逸塔，并被带入高空离开即将爆炸的火箭。

逃逸塔是传统载人火箭的宝贝，但是航天飞机和SpaceX公司的“龙”飞船并没有安装逃逸塔。而另一方面，逃逸塔在高空中并不能起到很大的作用，因此火箭发射之后不久就会抛弃逃逸塔。

高空紧急返回技术

若飞船进入高空之后出现故障，此时将进行的是高空紧急返回。

任何飞船都要返回地球，而返回的路径通常有三种，分别是弹道式返回、弹道-升力式返回、滑翔式返回和跳跃式返回。在正常情况下的返回路径通常选择后面几种，因为他们相对而言更加安全、加速度更低，承受的摩擦热量可能也要较小。

本次的联盟MS-10飞船事实上就是在抛离逃逸塔的情况下进行的一次高空返回。正常情况下，联盟飞船使用的是弹道-升力式返回，钟型的飞船结构让其在进入大气层时能够产生升力。因此，联盟飞船的正常下降轨道看起来更像是一个曲线，飞行时间更长，而宇航员所受到的加速度也较低。

图为联盟飞船的弹道式再入和正常再入的轨道图示，蓝色为弹道载入（来源：航天爱好者）

而弹道式返回则顾名思义，联盟飞船会就像是一个炮弹一样落到地面，这种方式会有极高的重力加速度，对于宇航员来说很危险，但是在紧急状态下却很有效。与此同时，弹道式下降的另外一个问题是极其难以控制落点，飞船可能会落入森林或者山谷，在这种颠簸地形中，飞船可能会反复翻滚，造成二次受伤。

1975年，联盟号T18a飞船也发生了事故，此时的T18a比MS-10的高度要高得多——高达145千米，而在这种情况下进行的一次紧急弹道式返回虽然成功的返回地面，但是宇航员却承受了高达21.3g的重力加速度——如此之高的g值足以让一个普通人瞬间死亡，不过万幸的是，T18a的两位宇航员只是受伤。

龙飞船创新性的逃逸方法

龙飞船是飞船中的特例，由于其拥有极其强大的飞船引擎，因此其不需要逃逸塔。如果在地面上或者低空时发生事故——尤其是在NASA所担心的燃料加注阶段，龙飞船的发动机将在1.2秒内将飞船加速至数百公里每小时的速度从火箭结构脱离。

接下来的局面就像是一次普通的返回过程，龙飞船将启动降落伞，然后降落——优先是海面降落。

图为龙飞船（来源：SpaceX）

这样的设计方案把轨道姿态调整引擎和逃逸引擎结合在一起，相当于省下了一个逃逸塔的重量。另一方面，飞船顶部由于没有逃逸塔的存在，气动外形被进一步优化，从而提高了运载火箭的有效运力。不过，这种新颖的模式是否可靠，仍然需要时间的检验。

出品：科普中国

作者：矛隼工作室

监制：光明网科普事业部