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为了让航天员平安回家

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6月26日,当神舟十号成功地降落在内蒙古四子王旗主着陆场的预定区域,看到航天员聂海胜、张晓光、王亚平顺利出舱、身体状况良好时,人们心中的一块石头落地了。

为什么对航天员返回这样担心呢?因为,载人飞行的返回阶段是最容易出现问题的阶段。在国外的载人飞行过程中,返回段出现重大灾难性事故的就有3起,11名航天员为此付出了宝贵的生命。此外,还发生过多起返回故障、航天员受伤事件。

返回中的事故

“联盟”1号失事

1967年4月23日,“联盟”1号飞船载着俄罗斯航天员弗拉迪米尔·科马罗夫上校从拜科努尔航天发射场发射升空。

这次太空之旅一开始就遇到了麻烦,入轨不久就出现一块太阳能电池无法打开的故障,无法与第2天将升空的另一艘飞船对接,于是地面命令他马上返回。科马罗夫接到命令后,立即让飞船停止前飞,启用制动火箭减速,结果发现制动火箭失灵。地面控制人员得知后,一时惊呆了,他们怕等到天亮再调整飞船的航行方向,会使飞船降落在苏联境外。这时,地面人员忽然想起飞船上还装有手动操纵系统可以利用。但是,科马罗夫从未操纵过夜间手动装置、地面人员也没有这方面经验,就让有这方面经验的航天员贝利亚耶夫来指挥科马罗夫操作。

24日清晨,科马罗夫手动控制飞船在太空飞行约18圈后,开始返回大气层。在返回舱与轨道舱分离后,应该由返回舱的自动控制系统打开降落伞,进行软着陆。由于姿态控制系统供电不足,严重影响了主伞打开,最终就连备用伞也未能打开。飞船以每小时约150千米的速度撞到地面,引起着陆制动火箭爆炸,飞船起火。舱内没别的救生设备,科马罗夫只能眼睁睁地坐以待毙!

“联盟”11号空气泄露事件

1971年4月19日,苏联的第一个空间站“礼炮”1号成功发射,“联盟”11号奉命上天与其对接。乘组成员是:指令长格奥尔基·多勃罗沃利斯基,实验工程师维克托·帕查耶夫和飞行工程师弗拉季斯拉夫·沃尔科夫。6月7日,“联盟”11号与“礼炮”1号成功对接。航天员在空间站停留了近24天,进行了一系列天文观测、植物在失重条件下生长的实验和一些医学实验,获得不少宝贵资料,干得十分出色。

6月29日,3名航天员离开“礼炮”1号返回,但3人都未穿航天服。飞船离开空间站后飞行了4个多小时,并保持着同地面上的联系。6月30日1时35分,飞船按程序启动制动火箭。在再入大气层前,返回舱和轨道舱分离。但连接两舱的分离插头分离后,返回舱的压力阀门被震开,密封性能被破坏,返回舱内的空气从该处泄漏,舱内迅速减压,致使航天员因急性缺氧、体液沸腾而死亡。尽管返回程序都是正常的,返回舱也在降落伞减速下,安然着陆。但当人们打开舱门时,看到的却是已经遇难的3名航天员的尸体。

“哥伦比亚”号航天飞机爆炸

2003年1月16日,美国“哥伦比亚”号航天飞机发射升空。7名乘组成员分成两组,在16天的“科学研究之旅”中,24小时轮流不间断地进行着各种科学实验,还完成了6个国家学生设计的实验项目,其中包括中国学生设计的“蚕在太空吐丝结茧”实验。飞行中的各项实验都完成的很出色,没想到2月1日,当他们怀着喜悦心情满载而归时,死神的身影逼近他们。

上午8时53分,航天飞机左机翼上的温度感应器失灵了,5分钟后左侧主起落架上的轮胎气压表也不再显示数据。地面控制中心官员向航天飞机紧急喊话:“‘哥伦比亚’,这是休斯敦,我们看到了你们的轮胎气压信息,但没有记录下最新的数据。”“哥伦比亚”号机长哈斯本德似乎平静地回答说:“罗杰,嗯!噢!”但几秒钟后,所有的通讯联络中断,控制中心一下子陷入骇人的寂静。9时,轰隆隆的巨响从天际传来,得克萨斯州、路易斯安那州等地的居民都听到爆炸声。“哥伦比亚”号的碎块,划出道道白烟,航天飞机上的七名航天员无一幸存,这是人类航天史上又一起灾难!

除了这些重大的灾难性事故外,返回、着陆过程中出现的问题和人员受伤的事故也屡见不鲜。例如,美国“水星”1号飞船返回时,由于未能落入预定的水域里,使营救人员寻找了近3个小时才把航天员救回;苏联“上升”2号飞船重返地球大气层的过程中,偏离既定航道。落入茫茫的西伯利亚大森林。而且,在与地面接触的一瞬间舱门被撞飞,他们只得全副武装,奋力保护自己不被野狼和熊吃掉。尽管救援人员借助直升机确定了这些航天员的位置,但是由于林木太茂密,直升机无法降落,直到第二天两名航天员才获救。

在返回中航天员受伤也屡有发生。例如,成功登上月球的“阿波罗”12号,在重返地球的过程中出现了意外情况:返回舱落入大海之际,一部相机从存储间飞出,在舱里弹来弹去,正砸在航天员比恩的前额上,导致他失去知觉,被砸成脑震荡,前额缝了6针。2008年韩国的女航天员李素妍搭乘俄罗斯“联盟”号飞船,与一名美国航天员和一名俄罗斯航天员一同返航时,飞船以弹道式着陆。不仅着陆点偏离预定地点420千米,航天员还遭遇颠簸,承受了最高达10个g的过载,李素妍因此受伤。特别是胸椎、腰椎的状况很不好,已影响到她的行动。

保证顺利返航的措施

载人航天之路充满艰险,不可能不付出牺牲的代价。殉难者的血没有白流,航天人从中吸取教训,总结经验,换来后继航天员的安全。我国“神舟”号飞船更是在分析和总结国外航天器返回段出现问题的基础上,采取了很多措施,来保证航天员返回日寸的安全。因此,中国的“神舟”飞船与国外同类飞船相比,更安全,更可靠。

1.合理的飞船设计

“联盟”11号事故的原因是飞船设计不合理,座舱拥挤,航天员在返回时只能脱掉臃肿的航天服才能坐下,故在返回时,航天员都没有穿舱内航天服,致使返回舱空气泄漏时,航天员因急性缺氧、体液沸腾而亡。我国汲取了这次教训,在神舟飞船设计时,留有充分空间,可供3名航天员穿舱内航天服返回。

2.采用先进的返回技木

载人航天器可采用三种着陆方式:弹道式、弹道一升力式和水平着陆。采用弹道式返回的航天器,像炮弹一样,沿着一条很陡峭的路径返回,在穿越大气层时不产生升力,因而不能进行落点控制,落点偏差较大,过载也比较大(可达8g~9g),接近人体所能承受的极限。苏联和美国早期的返回式航天器部采用这种形式。神舟飞船采用的是弹道-升力式回着陆方式,它在穿越大气层时产生一定的升力,因而能够对其飞行轨迹进行一定控制,落点准确度比较高,过载也较小(

3.确保飞船返回安全

为了确保航天员返回时的安全,我国航天技术人员开发了很多新技术。例如,“哥伦比亚”航天飞机悲剧产生的原因是由于返回时与大气摩擦,产生的1400℃度高热空气冲入左机翼,融化了内部结构,致使机翼和机体融化。中国的返回舱不“怕”热。中国航天科技集团一院703所的科研人员通过科学设计,开发出了一种低密度烧蚀材料,并将这种烧蚀材料灌注于十余万个蜂窝内来构成“防热衣”,用先进的防隔热材料技术给返回舱穿上一层25毫米厚的“防热衣”,它们都经过数百秒高温射流烧蚀实验的考核,完全可以抵挡住返回时产生的高温。又如,返回舱与轨道舱之间的舱门,如果在返回时关闭不严,将威胁航天员安全。“联盟”11号3名航天员因此而丧生。我国科研人员研制成功了舱门密闭快速自动检测装置,并花费了数月时间研制出一种专用抹布,这种布不产生纤维、静电、异味,专门用来清洁舱门。

飞船在组装过程中的一点纰漏,都可引起灾难性的事故。在分析“哥伦比亚”号爆炸原因时,认为与拆卸和重新安装新的助推火箭有关,可能就在这“不必要”的一拆一装过程中,有关人员的不精心操作损伤了燃料箱的表面材料,造成绝缘材料脱落,击中航天飞机左翼。此外,由于“年事已高”,“哥伦比亚”号的左翼前端的超强碳纤维隔热板下面可能发生“缺损现象”。这些在飞行前都没有检查出来。为确保航天员的安全,我国对任何上天产品都进行严格的把关。除了在生产、组装过程中实行了更加严格的控制外,每次任务前,还对飞船回收着陆系统的方案、产品质量、测试实验的情况进行了再一次的复核和确认。

降落伞能否顺利打开,直接关系着飞船返回舱回收的成败。为保证航天员安全回家,科技人员为神舟号飞船设计了4把降落伞。返回舱在降落过程中,先后打开引导伞、减速伞、主伞,如果有必要还可打开备份伞。

另外,为使飞船着陆时对航天员的冲击降至最小,在舱内航天员的座椅上,安装了“赋形减震坐垫”,这是根据太空人形体不同特征量体制造的吸能座垫,它可在发生撞击瞬间迅速分散作用在人体的应力,避免人体损伤。

4.着陆的安全保证

着陆点的选择十分重要,为了保证着陆时的安全,“神舟”号飞船的着陆点选在内蒙古中部地区,那里能见度高、地势平坦开阔无大河、气候干燥少雨、人烟稀少,非常适合载人航天器着陆。此外,考虑到恶劣天气等因素,又在酒泉附近建设了一个备用着陆场。为了保证飞船出事时航天员的安全,还制定一些预定的着陆区作为应急着陆区。为了可以更快地找到航天员,神十不再采用地面搜救方式,而是采用直升机进行主着陆场搜救及医疗保障。在飞行前,进行多次搜索救援演练,以便在最短的时间内搜索到返回舱,确保航天员的安全。