航天员回家闯关记：四阶段揭示安全救生技术

http://www.sina.com.cn 2003年10月16日21:48 中国新闻网

　　人们将飞船的一次成功飞行通俗地说成是“上得去，呆得住，下得来”。飞船发射成功只是完成了“上得去”，而“回得来”则需要安全返回技术与可靠的救生技术。

　　据航天专家透露，返回舱从离开飞行轨道到着陆为止，是故障与事故的多发阶段，也是航天员罹难最多的阶段。

　　神舟飞船应急救生系统把可能影响航天员安全的各种因素统统考虑进来，将航天员从进舱待发射到返回出舱分为待发射段、上升段、运行段和返回着陆段这四大阶段，用心血和智慧编织了各种救生模式。1待发段特殊滑道化险

　　待发射段，是指航天员进入飞船座舱至火箭点火这一时间段。此时的危险源主要是火箭或飞船推进剂泄漏、着火、火箭发生故障等。一旦发生问题，航天员必须迅速离开发射台。

　　在世界航天史上，美国曾发生过因舱门无法及时打开，导致舱内宇航员全部被烧死的惨剧。

　　为此，神舟技术人员设计了两种救生模式：一是通过特殊滑道或防爆电梯迅速撤离危险区，二是采用逃逸飞行器连人带船一起飞离危险区。

　　乘电梯撤离的前提是要有足够的时间。如果来不及，就必须走滑道。

　　紧急撤离滑道是一个高约50米、仅能容下一个人的大尼龙口袋，外层为防火的玻璃纤维；中层为弹性纤维层，不同身材的人都能控制下降速度；最里层为特殊纤维层，其张力为钢的10倍，用来支撑救生袋的全部重量，并且表面柔软，下滑舒适。

　　跳进救生袋时，航天员要先把腿放进滑道，伸开肘部便可以控制下滑速度。口袋底部有海绵软垫，防止下滑者速度过快而摔伤。为了防止静电产生，发射前还用水浇湿整个滑道。

　　从口袋里钻出来，便是发射架基座下面的一条通道，穿过防爆门、密封门，可以撤离到安全的地下掩蔽室逃离危险区。在中国航天员平时的训练中就有这个科目，紧急撤离的路线早就演练过多次。

　　神舟飞船的设计充分考虑了打开舱门的细节，使舱门无论从里面还是从外面，不超过3秒钟就能迅速打开。

　　如果险情一触即发，时间不允许航天员出舱进入滑道，就提前使用逃逸塔，使航天员零高度脱险。2上升段让飞船更听话

　　在上升阶段，最大的危险来自火箭的故障，比如，发动机推力不足、姿态不稳、偏离预定轨道等。

　　火箭一旦起飞，就无法回头，这时的救生办法是使逃逸塔点火，拉着飞船迅速离开有故障的火箭。

　　神舟飞船的顶部配有逃逸系统，一旦出现险情，它可以随时启动。逃逸塔高8米，从远处看像是火箭上的避雷针,与一般火箭圆锥形的头部很不相同。它的任务是在火箭起飞前900秒到起飞后160秒时间段内，也就是飞行高度在0公里至110公里时，万一火箭发生故障，它可以拽着轨道舱和返回舱与火箭分离，并降落在安全地带，帮助飞船上的航天员脱离险境。

　　火箭飞行120秒后，逃逸塔按照预定程序被抛掉，当飞到40公里至115公里，如果飞船收到火箭发生险情的信号，就会自动与火箭“一刀两断”脱离关系，然后进入返回程序自行返回救生。

　　大气层外的救生是难度最大的救生。火箭进入离地207公里的飞船轨道后，飞行距离远、速度快，直接导致箭船分离后返回舱落点散布范围很大。返回舱的航程大约有8000公里，仅海上落区就有5200多公里长！这么大的范围，即使返回舱安全落地了，地面搜救人员仍然无法及时赶到落点。

　　是实施全过程救生呢，还是预设点救生？设计师提出了一个大胆的设想：飞船一旦在大气层外遇险，应利用飞船的控制系统和自身动力，尽量使飞船入轨，然后进入预定的返回程序，这就等于把茫茫大海上的搜救变成了在国内陆地上的回收。

　　万一飞船入不了轨，也可利用船上控制系统让飞船进入预先选定的海上搜救圈。3运行段护身符伴左右

　　飞船进入轨道正常运行后，救生系统也不是万事大吉。万一飞船的航天员座舱被流星或太空垃圾击穿，或船上某个阀门泄漏怎么办？

　　设计师根据飞船绕地球飞行的时间，为飞船飞行的每一圈都设定了所经过的应急救生着陆区，着陆区涉及中外十多个地区，其中包括内蒙古的主、副着陆场、华北地区及东南地区、四川中部地区、澳大利亚、巴西、美国及非洲和阿拉伯等地区。

　　神舟飞船应急救生系统主任设计师李颐黎出示了一张长长的表，上面详细标明了飞船每一圈进入预定落区的时刻和飞出落区的时刻，时间精确到毫秒，并标出了其间的飞行距离，落点名称。这张表上，一共标出了飞船从第一圈到最后一圈的情况，使飞船每一圈有保护。

　　具体来说，针对不同的险情，设计师精心布置了三道防线。

　　当飞船局部发生故障，情况并不十万火急时，设计师为飞船设计了18小时等待返回功能，飞船可充分利用此时间，尽量选择最近的、着陆环境最好的应急着陆区着陆。

　　当座舱发生泄漏时，航天员面前的控制面板会显示压力应急报警信号，航天员必须在10分钟内穿好航天服，接通供气管。航天服可连续6小时保证航天员的氧气供应，利用这宝贵的6小时时间，设计师为飞船设计了稍候返回功能，飞船仍然可以选择适当的飞行圈数，在10个应急着陆场中选择比较适宜的地区着陆。

　　如果险情十分紧急，飞船还有立即返回功能，设计师保证飞船有2个小时的时间，瞄准第一个来得及着陆的地区着陆。

　　返回控制系统是一个随时间变化对非线性的、多变量的随机控制系统，需要控制飞船的纵向航程、侧向航程、过载以及姿态但控制手段只有一个，那就是飞船有限的升力。设计这样的控制系统的难度可想而知。

　　为了解决气动参数不确定的难题研究人员们研制成功世界首创的升阻比实时估计的自适应返回控制新技术，将飞船安全准确地控制到预定回收区。

　　神舟1号到4号落点精度达到世界先进水平，中国也因此成为世界上第三个掌握了飞船可控再入的国家。4返回段处处有惊无险

　　安全返回是载人飞船的最后一关，也是载人航天成功的标志。但要做到安全，谈何容易。

　　飞船返回和着陆阶段是航天员罹难最多的阶段。从1967年到2003年,全世界宇航员在返程途中一共牺牲了11人，占所有遇难者的二分之一。

　　返回着陆段的危险主要是：变轨发动机出现故障；降落伞发生问题；着陆缓冲发动机不工作等。设计师根据上述可能发生的故障，制定了不同的措施。

　　变轨发动机有故障怎么办？一、三发动机出现问题，则有二、四发动机替补；4台发动机全部出现故障，还有另外8台小发动机，足以让飞船完成制动调姿，返回主、副着陆场。

　　降落伞坏了怎么办？主飞船上备有2套降落伞，按正常程序主伞应当在距地面11公里的高度上打开。如果主伞不能正常工作，舱里静压高度控制器就会自动打开一个开关，迅速切换备份伞系统工作。

　　着陆缓冲发动机不工作怎么办？设计师在返回舱底部安装了γ高度仪和4台缓冲发动机，当飞船距地面1米高时，γ高度仪发出信号，指挥缓冲发动机点火，飞船的落地速度减到了1-2米每秒，航天员可以安然着陆。

　　万一发动机不点火，设计师还在航天员的座椅下部安放了一个胀环式的缓冲器，它可以吸收震动的能量，保护航天员不被墩伤。

　　返回舱落地后，“接头信号”就会立即发出。信号有两种，一种是闪光灯，一种是染色剂。

　　闪光灯以每分钟闪动55下的频率发出白色的闪亮，可以连续闪光25小时，为夜间提供返回舱的位置信息；染色剂由荧光素纳盐构成，可溶于水中形成一大片绿色荧光区，白天易于救援飞机的搜索。

　　返回舱里为航天员准备的救生物品一应俱全，有远距离呼救电台、GPS定位仪、信号枪、太阳反光镜、光烟信号管和海水染色剂；有急救药包、蛇伤自救盒、蚊虫驱避剂；有食品和饮水、指北针、抗风火柴、防尘太阳镜、引火物；还有救生船、渔具、驱鲨鱼剂、抗浸防寒飘浮装备、救生手册等，此外，航天员还配置了救生手枪和生存刀。

　　“不惜一切代价，保证太空人生命安全！”这不是一句空洞的口号，而正是千千万万个一丝不苟、埋头苦干的航天人，为中国的航天员铺就的一条平安大道。

　　新闻资料一：给飞船配备超人大脑

　　GNC是制导导航和控制的英文简称。在飞船系统中，GNC负责飞船飞行全过程的姿态和轨道控制以及在轨太阳帆板对日控制。

　　正因为此，有人将GNC比喻为飞船的眼睛和大脑。

　　早在神舟2号飞船返回过程中，就曾经出现过这样一幕：飞船返回的前一圈，由于轨道舱泄压造成干扰，飞船姿态突然发生震荡。此时距离飞船的返回只有1小时30分钟了，所有人的目光都集中在GNC的研制人员身上。

　　而他们却不慌不忙：尽管存在较大的干扰，飞船仍会严格地按照GNC姿态控制的规律运动，随着泄压的完成，飞船姿态会逐渐恢复。

　　专家们为指挥员及时提供了可信的数据，并用自信担保此时可以发出“回收”的命令。

　　果然，在返回调姿之前，飞船姿态开始稳定。在与轨道舱分离后，返回舱的姿态完全恢复了稳定，飞船成功回收。

　　新闻资料二：飞船返回过程之四大鬼门关

　　飞船平安返回要经过四道“鬼门关”。在回收过程中，无论哪一道关没有过去，都有可能毁了飞船，使航天员牺牲生命。

　　火焰关飞船返回与大气的剧烈摩擦会产生摄氏几千度的高温，没有防护，飞船将会化为灰烬。

　　过载关飞航高速进入稠密大气层时会产生巨大的冲击过载，别说人受不了，就是飞船本身也会颠得七零八落。

　　撞击关尽管降落伞大大降低了飞船的下降速度，只有每秒十几米，但是航天员仍然经受不住落地一瞬间狂热的“亲吻”。

　　落点关就算飞船安全到达地面，但救援人员还是不能及时到达。若飞船落到深山老林、悬崖峭壁，也会给航天员生命带来危险。

　　(来源：摘自纽约《侨报》作者：冯春萍刘思燕)