揭秘飛行員的第二生命——彈射救生座椅(圖)
許多人對第38屆巴黎航展上，一架單座米格-29飛機失事彈射救生的情景至今仍記憶猶新。這架飛機在做低空機動表演時因失速而墜毀，就在飛機觸地前2.1秒，飛行員成功實施低空不利姿態彈射而獲救，令世人歎為觀止。
應急彈射，往往是保存生命的一個瞬間。從飛行員啓動彈射程序、座椅彈射離機、人椅自動分離直至救生傘張滿，整個過程必須在3秒之內自動完成。在這個過程中，彈射操縱、彈射動力、程序控制、人／椅穩定、人／椅分離、救生傘等子系統及相關部件必須高度協同，以確保“萬無一失”。
由於很少有人有彈射的真實經歷，航空彈射救生技術不要説是對於一般人，即使是從事飛行職業的人，也是非常神秘的。
揭秘飛行員的第二生命——彈射救生座椅
自1783年人類第一次實現氣球載人飛行後，就產生了航空應急救生問題。1903年美國萊特兄弟首次實現了動力飛行以後，在飛機失事時，如何挽救飛行員的生命便成為當務之急。
在第二次世界大戰快要結束時，德國首先把彈射座椅用作軍用飛機飛行員的救生工具。彈射救生技術從20世紀中期開始應用於軍機，到目前為止，已經歷了四個發展階段，即20世紀40年代中期到50年代中期的彈道式彈射座椅；50年代中期到60年代中期的火箭彈射座椅；60年代中期開始一直持續至今的多態彈射座椅；第四代彈射座椅始於70年代末，它與第三代座椅的後期發展相互交織平行推進，具有推力矢量可控及自適應救生能力。國外現役機種裝備的彈射座椅絕大部分為第三代彈射座椅，主要以俄羅斯的K-36系列、英國的NACES(MK14)、MK16為代表。
我國對彈射救生技術的研究起步較晚，20世紀50年代到60年代末期，主要是生產蘇聯的彈射座椅，如米格飛機系列的彈射座椅等，直到70年代初期才開始第二代火箭彈射座椅的研製。目前，自行研製的第三代彈射座椅已裝機服役，具有多態程序控制能力，可根據彈射離機時的速度、高度選擇不同的延遲時間，控制射出救生傘及人椅分離的時機，一定程度上提高了低空、中低速不利姿態下的救生性能。
從飛行試驗認識彈射救生技術
航空救生系統包括彈射座椅、傘系統、個體防護裝備、供氧系統和救生物品等。它不僅要滿足現代飛機日益提高的戰術技術性能要求，而且還必須符合人體生理和耐限的規定，是一個涉及數十個學科的典型的人-機-環系統工程。
彈射救生系統試飛技術是在專門的彈射試驗設備上，利用專門的測試設備，獲取彈射救生系統彈射全過程的各種性能參數的記錄曲線和數據，處理和分析確定出彈射救生系統的工作性能。彈射救生系統的試驗是從易到難逐步進行的。一般先進行平飛狀態，再進行各種簡單機動狀態，最後進行較為複雜狀態的飛行試驗。試驗機飛行高度、速度採用逐步漸近的方式，以便保證試驗機及試飛員的安全。
平飛狀態下彈射試驗方法較簡捷，地面按照任務單要求完成各項準備後，試驗機與編隊攝像飛機起飛編隊，試驗機達到試驗高度後，按要求整好進入靶場的航線，當試驗機臨近彈射試驗場區上空時，試飛員經請示指揮員同意後，嚴格按照試飛任務單要求執行彈射前準備，當試驗機到達預定彈射試驗範圍時，接通彈射激發按鈕，座椅彈射出艙；編隊飛機攝影員和地面測量、回收人員根據試驗機試飛員口令控制開拍和記錄時機，並觀察救生系統工作情況。
機動飛行狀態下的彈射試驗一般包括相關國軍標中規定的狀態。機動飛行時飛機本身的高度、速度、方向、過載都在急劇變化，但為保障彈射試驗的圓滿成功，在彈射試驗中飛機要求必須保持幾個因素不變，如在倒飛、橫滾、盤旋時，嚴格保持飛機姿態不變。
彈射救生系統無論平飛狀態彈射試驗和機動狀態彈射試驗都是試飛中Ⅰ類、Ⅱ類風險科目，試驗準備情況要求嚴格，必須確定開展試驗時飛機狀態在彈射試驗機的安全試驗包線範圍內。飛機彈射救生系統的基本作用，是使飛行員順利脱離失控飛機，並使救生傘可靠工作，保證飛行員安全。要完成這兩項任務，在整個彈射救生實施過程中，必須同時考慮以下要求：救生自動程序；彈射救生系統必須順利離開飛機，保證不出現與飛機任何部分發生干擾；彈射救生系統工作過程中，保證作用在人體上的載荷不超過人體生理耐限；防護裝備應有效防護飛行員免受迎面氣流的吹襲而損傷；彈射救生系統彈射離機後保證救生系統和飛行員處於穩定運動狀態。
飛行試驗為彈射救生技術把關
伴隨彈射座椅技術的發展，在我國，由中航工業試飛中心承擔的彈射救生技術的研究和驗證工作也得到快速發展。20世紀60年代至今，試飛中心在彈射試飛技術方面先後經歷了地面彈射、火箭滑車和空中彈射的發展過程。飛行試驗的高度、速度及狀態也經歷了從低到高、從慢到快，從平飛到簡單機動，再到複雜機動的發展。
第一，地面彈射試飛技術。1964年，試飛中心正式展開飛機高空設備和防護救生飛行試驗研究。當年，經試飛中心航空救生系統組全面調試驗收後，我國首個大型立式彈射台正式交付使用，為航空救生系統的試驗研究創造了有利條件。同時，因為進行一次彈射試驗所需經費較大，為得到可靠的救生系統有關數據。1965年，試飛中心創造性提出使用彈射試驗遙測記錄系統，這是我國第一代彈射試驗遙測系統。從20世紀60年代至今，這一技術還一直被沿用。
第二，火箭滑車試飛技術。1969年，試飛中心組織某型火箭彈射座椅的性能彈射試驗，包括零高度、零速度地面彈射試驗，低、中速火箭滑車彈射試驗及空中彈射試驗等。僅用3個月的時間完成了低、中速火箭滑車彈射試驗，又生產了高速火箭滑車，為國家節約了大量經費，為我國隨後研製火箭滑車提供了寶貴的經驗。1972年組織的第二階段空中彈射試驗，主要解決了我國彈射救生系統零高度、小速度下的飛行員安全救生問題。
第三，空中彈射試飛技術。1968年，試飛中心組織人力物力致力於研究空中彈射試驗機，全面推進航空彈射救生系統研製，獲1978年全國科學大會獎。該機圓滿完成了數十項彈射救生系統的定型和預研課題任務。1981年，在地面滑跑狀態下進行彈射試驗的成功擴大了彈射試驗機的使用範圍。1973年，首次結合火箭彈射座椅定型，進行的空中真人彈射試驗成功，為我國彈射救生系統的研製發展做出了重大貢獻。
彈射救生技術躋身世界強國之列
航空救生技術是飛機上最為複雜的協同體系之一，世界航空大國對發展航空救生技術高度重視。美國1983年將飛行器的乘員安全救生技術確定為對未來軍用飛機產生重大影響的17項關鍵技術之一。我國也將防護救生系統列為重點軍用航空機載設備發展項目之一。
1998年，某型機作機動飛行時失去控制，飛機距地面僅300米，速度600千米／時，並以40度的俯衝角加40度側滑角快速下沉。在此緊急情況下，飛行員果斷拉動彈射手柄，座椅彈射成功，飛行員未受任何損傷。1999年，某型機作編隊飛行訓練時，飛機未能正常起飛，以大速度衝出跑道末端，撞在攔阻網的固定杆上，飛機出現右滾，飛行員果斷啓動彈射程序，雙座彈射均獲成功，驗證了一機雙椅雙彈技術的成熟。
2000年，採用多項新技術的某型機彈射座椅首彈成功。2001年，在火箭彈射座椅定型試驗中，試飛中心首次在彈射試驗機上進行了多項不利飛行狀態下的座椅空中彈射試驗，這是我國第一次進行機動狀態和高速狀態下的座椅彈射試飛。該試驗的成功，使我國的飛行彈射試驗技術上了一個新台階，躋身於世界先進行列，該技術創新榮獲國防科技技術二等獎。
某型火箭彈射座椅採用了國內首次研製的多項新技術和部件，特別是採用電子式程控器，提高低空低速不利姿態的救生性能；其改型火箭彈射座椅的雙座救生性能已具有國外現役裝備中的先進的第三代彈射座椅水平，我國彈射試驗技術也趨於成熟。正是這種卓越的性能和它所創造的瞬間奇蹟，奠定了我國航空救生技術的強國地位。目前，以彈射座椅為核心，我國已形成包括彈射座椅、傘系統、個體防護裝備、供氧系統和救生物品等系列航空救生裝備在內的科研、生產、試驗一體化的科研生產體系，基本滿足了飛行員海上、寒區、沙漠、叢林、高原安全救生的需求。
展望世界彈射救生技術發展
傳統的彈射救生技術主要用於高速飛行的軍用固定翼飛機，隨着彈射救生技術的發展，預計今後將向武裝直升機、民用飛機以及載人航天飛行器等領域發展。
自從1961年蘇聯首次實現載人航天飛行以來，航天救生便提到了議事日程。1986年“挑戰號”航天飛機失事後，航天救生的問題曾一度引起人們的高度重視，並提出了很多救生方案，如分離救生艙、密閉式彈射座椅、敞開式彈射座椅、牽引火箭式救生系統等，由於當時服役的航天飛機不可能變動太大，所以最後選用了滑桿式救生方案，但因其救生包線小，只適用於低速飛行狀態。
伊拉克、阿富汗等局部戰爭表明武裝直升機的作用越來越重要，但其救生成功率不能令人滿意，目前僅靠抗墜毀座椅難以滿足直升機救生的要求。俄羅斯卡-50武裝直升機已裝備了牽引火箭式彈射救生系統。預計今後將加大研製直升機救生系統的力度。
20世紀70年代末，英美等國曾為民用飛機的救生問題設想了很多方案，如分離救生艙、牽引火箭座椅、飛機整體回收等。由於當時的技術還不夠成熟，再加上這些方案對飛機的性能、重量、成本等影響太大，這些方案難以工程化。隨着技術的不斷發展，民用飛機的救生問題將會得到逐步解決，可以預計，小型民用公務機的整體回收或分離救生艙方案將有希望得到實際應用。
此外，擴展彈射座椅的名義性能包線，適應飛行員範圍的不斷擴大等也是彈射救生技術發展的必然趨勢。英、美等國現役彈射座椅的名義性能包線為：在平飛條件下，飛行高度0～15000米，飛行速度0～1100千米/時，M數≤2.5。迄今為止尚沒有1100千米/時成功彈射的事例。要擴大救生性能包線(0～1400千米/時，M數3.0，高度0～21千米)，即在滿足彈射性能條件下，控制彈射後作用在乘員身上的綜合作用力，使其保持在人體生理耐限範圍內，儘量減少彈射損傷，具有自適應救生能力。採用推力大小和方向可變的動力裝置；具有完善的高速氣流防護措施。
我國彈射救生技術經過了幾十年的努力，已經跨入了獨立研製彈射救生設備的行列，自行研製的第三代彈射座椅已大量裝機服役，並已開始新一代彈射救生技術的研究工作。但與國外先進彈射救生技術相比還有很大差距。為了縮短與國外的差距，必須選準突破口，加大投資強度，研製出具有我國知識產權的先進救生系統，以實現跨越式發展。