史説丨今年民航命運多舛，載人航天也不例外_風聞

北京時間10月11日下午16:40分，一枚俄羅斯聯盟-FG運載火箭（序列號U15000-064）搭載着聯盟MS-10號載人飛船（序列號57S）從哈薩克斯坦拜科努爾太空中心一號發射工位發射升空，在飛行至165秒時，發射中止，返回艙與運載火箭分離，隨後彈道下降，降落在哈薩克斯坦傑茲卡茲甘附近，航天員安全。

飛船發射時畫面

本次發射的聯盟MS-10載人飛船上行任務是運送兩名第57遠征駐留組成員前往國際空間站，分別是俄羅斯航天員亞歷克西·尼古拉耶維奇·奧夫奇尼恩，指令長，1971年生於蘇俄雅羅斯拉夫爾州雷賓斯克，俄羅斯空軍少校，2006年入選加加林航天員訓練中心第14組航天員，曾於2016年執行聯盟TMA-20M（國際空間站遠征47/48駐留組）任務；美國宇航員泰勒·尼克勞斯“尼克”·黑格，飛行工程師，1975年生於美國堪薩斯州貝爾維爾，美國空軍中校，2013年入選NASA航天員，第一次執行太空飛行任務。截至發稿，兩位航天員健康狀態良好，目前正在返回莫斯科星城基地的路上。

聯盟MS-10號發射任務的兩名航天員

本次出現故障的運載火箭型號為聯盟-FG，由俄羅斯進步火箭太空中心製造，高49.5米，直徑2.95米，質量305噸，可將7.8噸有效載荷送入低地球軌道。聯盟-FG火箭有四個捆綁助推器，一級芯級與二級組成，（俄方稱為一級、二級、三級，然而由於助推器與芯級並聯，這種叫法並不科學）飛船位於二級上的整流罩中。聯盟-FG於2002年載人首飛，不算這次，一共進行過64次發射，其中51次為載人發射，64次發射全部成功，截止前天，聯盟-FG可靠性為100%。

助推器分離

聯盟-FG是聯盟火箭最新的載人改進型，其歷史可追溯到於1957年首飛的世界上第一種洲際彈道導彈——R-7。R-7導彈採用的是液氧煤油發動機，受發動機類型限制較難應用於即時作戰。為防止液氧煤油發動機的燃料揮發，它的燃燒劑與氧化劑必須在發射前非常短的時間內加築，外加體積巨大，無法進行無依託發射（必須有發射場和發射台），R-7所謂武器的反應速度與生存能力令人堪憂。蘇聯政府發現了這個問題，然而雖然R-7的種種問題使它不可能成為一款成功的彈道導彈，但是這些問題並不影響它在航天領域大放異彩——R-7泛生出了許多著名的運載火箭，例如衞星號，月球號，東方號，閃電號，上升號，以及本文討論的聯盟號。世界上第一顆衞星與第一位航天員都由R-7系列火箭送入太空。此次發射的聯盟-FG火箭為第1887枚R-7系列火箭。雖然R-7家族歷史悠久，但是可靠性非常高，截止2000年R-7系列火箭共發射1628次，可靠率97.5%。

聯盟號運載火箭家族

此次發射的聯盟MS飛船是聯盟號飛船的最新改進型，聯盟號飛船由俄羅斯能源火箭公司製造，發射質量7.08噸，體積10.5立方米，1967年載人首飛。聯盟號飛船由軌道艙，下降艙與服務艙組成，航天員在起降時束縛於下降艙的座椅中。不算這次，聯盟MS飛船一共執行過9次任務，9次任務全部載人，8次任務全部成功，1次任務未結束並有故障。聯盟MS-10飛船是聯盟系列第142艘載人飛船。整個蘇聯/俄羅斯歷史上，一共出現過16次載人航天事故，其中兩次是由於運載火箭故障（所幸這兩次都沒有人員傷亡）。

聯盟號飛船資料圖

第一次是1975年4月5日發射的聯盟18a。聯盟18a由一枚基礎型聯盟火箭發射，本應與禮炮4號空間站對接，可是發射後289秒二級火箭在與一級火箭分離時分離機構發生故障，六個鎖中有三個未能開啓，然而儘管分離失敗二級發動機此時已經開機，強大的火焰將工作異常的鎖炸斷，然而分離失敗的力矩導致二級旋轉並姿態異常，最終二級點火方向錯誤，飛船被加速飛回地球而非入軌。295秒，聯盟火箭制導系統判定發射異常，隨即自動啓動中止程序，航天員在經歷21.3G的過載後，安全降落在阿爾泰山脈中。

聯盟18a返回地面

第二次是1983年9月26日發射的聯盟T-10a，聯盟T-10a由一枚聯盟-U火箭發射，本應與禮炮7號空間站對接，可是在起飛前90秒，閥門故障導致了用來加壓的氮氣進入了B號捆綁助推器的煤油渦輪泵。渦輪泵開始在無燃燒劑的情況下轉動，轉速很快就超過了設計限制，導致渦輪破裂以及煤油漏出，最終起火。火焰吞噬了火箭的底部。最終，地面控制人員啓動了發射逃逸系統，逃逸塔帶着軌道艙，下降艙與整流罩上半部分飛離了即將爆炸的火箭，六秒鐘後，火箭爆炸，兩位航天員則安全降落在發射場4公里外的空地上。降落後的航天員立刻飲用了伏特加以平復情緒。

聯盟T-10a發射任務的兩名航天員

此次的發射事故，更類似於1975年的聯盟18a事故，都是高空二段中止。為什麼發射需要中止？火箭出現故障，火箭本身有爆炸危險，或者是單單的火箭出現故障無法建立一個合適的軌道，都可能觸發箭再計算機的程序，導致火箭自動做出中止發射的判斷，同時，地面指揮人員也可以通過上行指令手動中止發射。所以，導致發射中止的情況可能非常緊急立刻威脅航天員生命，也可能是一般的火箭故障。當飛船無法入軌時，發射就會中止。聯盟飛船與聯盟火箭的發射中止模式主要可以分為兩種，一是依靠逃逸塔（一段）中止，二是依靠整流罩上端高空逃逸發動機（二段）中止，三是依靠聯盟號飛船本身（三段）中止。一段中止適用於人員塔架打開到起飛後120秒，4萬米高度以下，這段時間火箭若發生故障，逃逸系統的固體發動機會啓動，整流罩柵格翼展開，上下整流罩分離，下降艙與服務艙分離，逃逸塔帶着軌道艙，下降艙與整流罩上半部分飛離火箭，逃逸塔燃盡關機，組合體隨後依靠慣性滑行，並通過柵格翼保持飛行穩定。在最高點，下降艙與軌道艙分離，開傘，拋隔大底，靠近地面時緩衝發動機點火，下降艙載着航天員着陸。二段中止適用於逃逸塔分離後，拋整流罩前，這段時間若火箭發生故障，整流罩頂端的的固體火箭發動機會啓動，整流罩柵格翼展開，上下整流罩分離，下降艙與服務艙分離，逃逸塔帶着軌道艙，下降艙與整流罩上半部分飛離火箭，之後與一段中止相同。三段中止適用於逃逸塔分離後直到入軌，鑑於整流罩已拋棄，空氣十分細薄，不具備空氣動力學外形的飛船可以自主在入軌前作亞軌道飛行。這段時間火箭若發生故障，服務艙主發動機點火，隨後船箭分離，飛船飛離故障火箭，發動機關機後，飛船調資，三艙分離，隨後下降艙進行彈道下降/再入，並且執行降落程序。

國際空間站航天員Alexander Gerst在空間站記錄下了此次發射的過程

什麼是彈道下降呢？往樓下扔一塊石頭就是彈道下降（請勿在生活中這麼做）。由於下降艙能夠製造些許升力，聯盟號飛船在正常的再入/下降過程中，會採取帶有一定攻角的下降姿態，這樣可以延長大氣層內的減速距離，從而降低負加速度，降低過載，這叫升力下降。然而彈道下降中下降艙的隔熱大底直接向前，整個下降艙就像是石頭一樣自由落體。相比升力下降，彈道下降的過載更大，同時落點更不精確（升力下降可以通過控制下降艙姿態控制升力方向，進而小範圍調整落點），但好處是簡單粗暴，不需要過多的計算於控制，特別適合緊急情況。

航天飛船再入大氣層示意圖

回到此次事故，根據俄羅斯航天局直播，飛行進入2分45秒時，也就是助推器分離後不久，火箭報警出現助推器故障，運載火箭失效，隨即二段中止程序被啓動，船箭分離。航天員回報，啓動電力系統，CAPCOM答覆，飛船電力已經啓動，不必緊張，航天員回報，感到失重，F1點亮（筆者並未接受過聯盟號飛船的駕乘訓練，無法解釋具體操作）。隨後按照正常程序，下降艙與整流罩分離，地面發送彈道下降上行指令，隨後航天員做好防過載準備，最高過載6.7G（搭乘聯盟號的航天員訓練時經歷的最大過載是13G，雖然正常的飛行過載一般會在4G以下，但是對於彈道下降來説已經很友善了）。一切都按照正常緊急程序進行，毫不慌張，但緊張有序，也可以體現出美俄航天員卓越的訓練成果和整個莫斯科/休斯頓測控團隊的專業水平。

聯盟MS-10載人飛船降落在哈薩克斯坦傑茲卡茲甘

另外，根據直播的長焦可見光追蹤鏡頭，一個助推器在分離時疑似撞破芯級液氧貯箱，可能導致芯級氧化劑泄露。如果氧化劑確實有泄露，那麼一級會過早關車，從而使飛船速度不夠，無法入軌。助推器撞向芯級有許多可能性，根據外媒報道或許這枚助推器的一個液氧閥未能打開。聯盟號火箭的捆綁助推器依靠內壁的液氧閥噴出汽化的多餘液氧來確保助推器在分離後遠離芯級，無法噴出液氧會導致助推器未能與芯級及時拉開距離，從而導致分離後再此撞上芯級，當然，以上是根據目前公佈的線索進行的一些合理推斷，最終的事故原因還是需要等待俄方的調查。

火箭與飛船是非常複雜的系統，任何細節出現問題都會導致警報的觸發以及發射中止程序的激活，直到目前，通過直播視頻以及後續報道我們並不能斷定真正導致事故故障的原因，但是比起這次事故更令人擔憂的，還是俄羅斯航天工業最近的整體表現。

美東時間2018年8月29日晚，地面人物控制團隊發現國際空間站正在釋壓，經過航天員檢查，漏洞位於停靠在俄羅斯晨曦號實驗艙下部對接口的俄羅斯聯盟MS-09號飛船的軌道艙，是一個直徑2毫米的小洞。航天員先用卡普頓膠帶封住了小洞，隨後用環氧密封膠進行了堵漏。起初大家認為這個小洞由太空垃圾或微隕石造成，然而隨着調查的深入，俄羅斯航天局局長迪米特里·羅戈濟恩宣佈這個洞是在地面人為故意拿電鑽鑽出來的。真是細思極恐。

聯盟MS-09號飛船上被檢查出的漏洞

儘管目前，美國，俄羅斯，日本都有能力將太空飛船送往國際空間站，但是美國航天飛機於2011年退役後，目前真正有能力往國際空間站接送人員的航天器只有俄羅斯的聯盟飛船。此次事故後，俄羅斯宣佈停飛所有的載人聯盟火箭。目前，美國SpaceX的載人龍飛船可能也要2019年6月才能發射升空，這還是載人試飛的時間表，無法執行正式輪換任務，波音的CST-100更是遙遙無期，聯盟這麼一跪，不僅導致阿聯酋宇航員飛天被從日程踢除，國際空間站能否繼續運作，還真是個問題。

SpaceX 載人龍2飛船資料圖

別的不説，現在空間站裏還有三個人，現在所有聯盟飛船停飛，他們該何去何從呢？是馬上回來，是正常日期返回還是加班工作？但是根據聯盟MS飛船的留軌能力，國際空間站中的宇航員必須在明年之前返回，否則目前對接站上的聯盟MS-09飛船將”過保質期“。雖然目前站上宇航員表示願意加班無論多久，但是空間站上必須對接有保質期內的飛船以保證空間站如果發生不測，人員可以馬上撤離。理論上俄羅斯可以每200天發射無人聯盟飛船以保持空間站至少有一艘聯盟號處於保質期內，但這樣做將付出高額的成本。雖然比起聯盟MS飛船的三人定員，美國開發中的龍2飛船與CST-100“星際客機”可以載7人往返，快速接送大量宇航員往返國際空間站，但是當這兩款飛船可以投入正式運營時，時間可能已經到兩年後了。

目前在空間站的三名航天員

如果聯盟號無法在短時間內載人復飛，也就是聯盟MS-11任務需要大幅度推遲，年底聯盟MS-09返回後，國際空間站將無人值守，要知道，國際空間站自2000年便有人不間斷駐留。雖然國際空間站在設計時便可以無人飛行，但是快20年，這還是頭一次空間站人員全部撤離。這對全世界未來的載人航天活動有多大的影響？我們無從得知。

 獲救後的兩名航天員

最後，我想引用歐洲航天局宇航員亞歷山大·格斯特博士，也就是目前國際空間站第57遠征駐留組指令長，在推特上發表的一篇關於此次事故的推文：

“Bin froh, dass es unseren Freunden gut geht. Danke an>1000 Rettungskräfte! Heute hat sich wieder gezeigt, wie großartig die Soyuzist: Trotz Fehlstart wurde die Crew sicher zur Erde zurückgebracht. Raumfahrtist hart. Aber wir müssen weitermachen, zum Wohle der Menschheit.”

（很高興所有的朋友們都安然無恙。感謝一千多位參與搜救行動的專業人士！今天的事件再次證明了聯盟號是多麼優秀的一款載具：它能夠在如此不利的情況下帶着飛行乘組安全返回地球。太空飛行是艱難的。可為了全人類的福祉，我們必須堅持下去。）

中國空間站核心艙外形

載人航天是艱難的，但我們從不畏懼。按現計劃，2019年我國新型載人飛船將迎來首飛，2020年長征五號乙將託舉中國空間站核心艙飛入太空，緊接着神州十二號將帶着航天員與中國空間站對接。艱苦奮鬥，百折不撓，永不退縮，這可能是全世界通認的載人航天精神吧！

我國載人航天唯一一次零高度逃逸飛行試驗畫面

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