載人飛船依然是最安全的——寫在聯盟號發射事故後_風聞

北京時間2018年10月11日16時40分，俄羅斯聯盟MS-10載人飛船在拜科努爾航天中心，由聯盟-FG運載火箭發射升空。由於突發故障，任務失敗，原計劃前往國際空間站的兩名航天員平安返回地面。

這是自1986年挑戰者號航天飛機失事以來，世界上又一次嚴重的、可能危及航天員生命的發射事故，許多人對載人航天的安全性感到憂慮。筆者將與各位讀者一起進行探討。

一．聯盟MS-10的初步事故經過

通過互聯網直播的發射實況，我們得以獲得事故的第一手資料。

聯盟-FG火箭在發射之初是正常的，直播畫面也有艙內航天員的畫面，但在發射後2分鐘左右，艙內信號發生卡頓。最後1秒鐘的畫面（視頻3分47秒）顯示，兩名航天員搭在膝上的手臂突然大幅度向上飄起，切換的畫面顯示這是火箭一二級分離的時刻。

這裏要説明的是，與一般的火箭級數定義稍有不同，聯盟系列運載火箭把四台捆綁式助推器作為“第一級”，將與助推器一起點火的芯級稱為“第二級”，將“第二級”脱落後點火送飛船入軌的稱為“第三級”。聯盟號的“第二級”和“第三級”對應一般定義中的第一級（芯一級）與第二級。

聯盟-FG運載火箭的結構簡圖

聯盟號火箭脱胎於洲際導彈R-7，為了使四個圓錐形“第一級”順利安裝，前蘇聯的航天先驅們把它的“第二級”——也就是芯一級的中下部直徑縮小。“第一級”的工作時間只有118秒，而“第二級”則要燃燒280秒。

採用“修身”造型的聯盟系列火箭“第二級”

回到發射現場，俄羅斯電視台的直播信號給出了另一個角度的分離畫面：

聯盟火箭在一二級分離時，其四個“第一級”助推器會對稱地向遠方飛去，就像在天空中畫出一個巨大的十字——這就是“科羅廖夫十字”。正常的分離應該是下面這樣的：

但在聯盟MS-10的發射中，我們看到在“第一級”分離的時候，火箭末端突然噴出了大量白色煙霧，隨後的“科羅廖夫十字”也顯得支離破碎，似乎有碎片飛出。

在一段時間的地面跟蹤鏡頭後，畫面切換到動畫演示，飛船通信恢復——這是發射後157秒，按發射時序，整流罩應當分離。隨後的通話顯示，火箭遭遇推進器故障，艙內警告聲清晰可辨。根據通話記錄，發生故障的準確時間是（莫斯科時間）11:42:17，火箭發射於（莫斯科時間）11:40:15，因此我們可以確定推進器故障發生在發射後122秒。

根據上圖中聯盟-FG火箭的典型發射時序，故障發生在逃逸塔分離後8秒，助推器分離後4秒。結合視頻材料中的大量白色煙霧，在“一二級分離”中出現故障導致箭體損傷的可能性不能被忽視。

R-7系運載火箭的“一二級分離”過程如上圖所示：在圓錐形“第一級”仍然工作的狀態下，首先切斷下部連接，讓四個助推器繞上部連接點旋轉；當達到臨界角度時，上部連接點斷開，氧化劑箱壓力閥打開，將四個助推器向外推，形成上文提到的“科羅廖夫十字”。考慮到視頻中能看到四個助推器與疑似碎片一起脱落，筆者給出一個可能的故障原因：“第一級”的某個或某幾個助推器的氧化劑箱壓力閥未能按計劃開啓，導致助推器和芯級發生了碰撞。

​由於故障發生時逃逸塔已經分離但尚未拋整流罩，聯盟MS-10最有可能的救生方式是通過整流罩上的四台分離發動機RDG與出現故障的火箭進行分離。與逃逸塔分離類似，飛船的軌道艙和返回艙將一同被整流罩“拽”離火箭，隨後返回艙從整流罩組合體中分離，進行彈道再入。

在分離後，乘組報告感受到失重，並在彈道式再入時感受到了6.7g的加速度，這是一個較為安全的數值，隨後飛船起旋，加速度進一步降低，直播中斷。

最新消息，根據塔斯社援引俄副總理鮑裏索夫的發言，逃逸系統在T+123秒激活，飛船在大約50千米高度與火箭分離。這證明，聯盟MS-10應當是人類歷史上首次成功的整流罩逃逸。

大約在莫斯科時間11:47，發射後7分鐘，事故後5分鐘，聯盟MS-10飛船成功着陸，兩名宇航員身體狀態良好，胃口也不錯。

另一個有趣的巧合是，聯盟MS-10發射時，在國際空間站上工作的德國宇航員亞歷山大·格斯特恰巧拍下了發射失敗的火箭：

二．43年前的類似事故

作為人類歷史上發射次數最多的火箭和載人飛船系列，聯盟號火箭和聯盟號飛船都在不斷的挫折和故障中發展出很高的可靠性。如果從聯盟號飛船近140次載人飛行中選取一次事故與本次失利進行類比，筆者認為應當瞭解一下1975年4月5日發生的那次事故。

1975年4月5日，指令長V·G·拉扎列夫與工程師O·G·馬卡洛夫搭乘聯盟18號飛船前往禮炮4號空間站，執行長達60天的駐留任務。當地時間14:03，聯盟號火箭點火升空。起飛後288秒，乘組正在等待“第二級”（即芯一級）分離，但感受到比之前執行的聯盟12號任務更嚴重的偏航與滾轉。這時儀表板突然顯示“助推器故障”，艙外發動機聲音消失，艙內警報大作，隨後乘組處於失重狀態。

聯盟號火箭的“第二級”和“第三級”是通過桁架連接的，通過引爆爆炸螺栓分離。但是過大的火箭擺動角度令程序控制器發生錯誤，過早地向其中一部分螺栓發出了起爆命令，而提前引爆的螺栓又摧毀了另一部分螺栓的電路。因此在“第三級”點火時，火箭還拖着一個大而無當的“尾巴”。儘管“第三級”火箭的推力能夠將“尾巴”吹掉，但火箭也因額外的氣動阻力和干擾偏離了軌道。在T+295秒，聯盟號飛船的陀螺儀檢測到飛行的擺動角度超過10°的安全界限，因此自動啓動了逃逸程序。

聯盟號飛船與“第三級”火箭分離，推進艙點火，在飛船三艙分離之前將其帶離危險區域，隨後進行彈道式再入。根據指令長扎卡列夫的回憶：“我們漸漸受到重力緩慢的、令人不適的牽引，重力增加得很快，超出我所想象的。一股看不見的力將我壓向坐椅，眼皮像灌滿了鉛，呼吸開始變得越來越困難。過載壓迫着我們，使我們無法説話，吞掉了所有聲音，只剩下喘息聲。我們盡最大努力承受着過載。”

事後調查顯示，這次彈道再入中，乘組承受了14到15個g的過載，其中峯值過載更是高達21.3g。隨後，飛船成功降落在距離中國邊境800千米左右，積雪深達1.5米的野外。經管歷經磨難，兩名航天員都以良好的狀態活了下來，甚至還與以為他們已經犧牲的美國同行踢了一場足球賽。

這次事故由於沒有構成軌道飛行，蘇聯並沒有賦予其“聯盟18”的正式編號，而稱之為“4月5日異常”，在美國方面的記錄中，也稱其為“聯盟18A”。

“4月5日異常”與聯盟MS-10相比，發生事故的飛行時間更長（T+295秒），高度更高（達到150千米，超過馮卡門線），彈道式返回承受的重力更大，救生方式為船箭應急分離——即飛船整體與火箭分離，依靠推進艙脱離危險區。

令人欣慰的是，這兩次事故都成功挽救了宇航員的生命，如果再算上1983年聯盟T-10-1的逃逸塔逃逸，可以説聯盟號飛船已經把發射階段的主要逃逸救生程序都執行了一遍，且全部取得成功。如果説載人航天的風險不可避免，設計師的使命就是通過切實可靠的手段，確保航天員的生命安全。正如在國際空間站拍下聯盟MS-10事故的指令長亞歷山大·格斯特所説：“今天的事件證明，‘聯盟’號飛船很優秀，能夠在類似的事故中挽救宇航員的性命。”

事實再一次證明，載人飛船依然是人類最可靠，最值得信賴的天地往返工具。