【博評】俄國載人火箭升空後故障 太空人靠緊急逃生系統逃命

2018-10-13 13:57:03
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

10月11日,俄國發射聯盟太空船,運送一名美國及一名俄國太空人前往國際太空站「換更」,然而發射過程中發生意外,太空船被迫在升空時脫離火箭,緊急降落地面,幸而兩名太空人沒有受傷。現時所有待射的聯盟太空船及火箭已停飛並接受檢查。

返回艙安全著陸的首張畫面。(網絡圖片)

至今天為止,全球只有俄國維持定期載人航天發射任務(美國現時暫時失去載人航天的發射能力;中國則只維持每兩至三年一次的載人航天/太空站實驗任務),而且任務只有一個,就是為國際太空站提供三至四個月一次的載人往返服務。由於現時只有俄國能提供如此頻密的太空任務,而聯盟FG型火箭的可靠性及安全性非常高,故美俄關係雖然相對惡劣,但並沒有終止這服務。今次已經是聯盟FG型火箭第52執行國際太空站太空人「換更」任務。

由俄國自己的追蹤攝影機拍到,當火箭第一節停止點火後不足2秒,火箭引擎突然噴出一團推進劑(或其他氣體)雲霧。右圖是聯盟MS-09任務圖的比較。(網絡圖片)

第一節助推火箭分離的照片。下方火箭的拋射距離明顯較其他三支近。(網絡圖片)

由現時資料判斷,意外大約始於T+117秒後(發射後第117秒,下同)第一節四組火箭發動機脫離時,太空人先感受到強裂震動,及後即發現第二節推力突然大幅下降。由於逃逸塔當時已經脫離,火箭故障後系統立即觸發另一套逃逸系統RDG,位於整流罩上面的高空逃逸發動機在T+123秒的時候被點燃,兩對發動機以0.32秒的速度間隔分別工作,把飛船拉開火箭。T+160秒後,返回艙離開船身,開始下降程序(這時高度不足80公里,嚴格來說仍在大氣層內,不能算再入),最後在拜科魯爾星城發射場以西500公里處降落,兩名太空人均平安無事。

R-7第五枚飛彈/火箭(代號史潑尼爾-PS)於61年前10月3日發射,成為第一枚發射人造衛星的火箭。這運載火箭只是緊急改裝版本,聯盟系統要到1966年才正式命名,再之前是裝備更簡單且構形較短的東方系統。(網絡圖片)

 

今次亦是聯盟FG型火箭自2001年初次試射後60次發射中首次失敗。令人驚訝的是,聯盟系列火箭由其母型R-7型導彈開始,歷史已經超過61年,不但是人類歷史上第一枝洲際彈道導彈(雖然不太成功且量產很少),更是第一枚運載火箭及第一枚載人火箭,全系列火箭有27個型號,合共發射超過1861枝火箭,118次試射失敗,總成功率為93.6%,但若由1973年的聯盟U型開始計起,成功率其實已達97.4%。值得留意的是,它另外一個「第一」是採用了綑綁式火箭設計,將四個只有一節的主火箭引擎「縛」在主箭箭體上。由於可以在不增加火箭主體直徑或高度的情況下令推力大增,又可「用完即棄」以減輕火箭重量,故很快就被各國研究機構「參考」,成為今天運載火箭的主流構形。

聯盟系列三節式火箭解構,載荷中的小型穿梭機型往返系統,據傳已停止研發。(網絡圖片)

 

由好的一方面去看,已嫌落後的聯盟系列火箭卻有相當「可靠」的事故逃生紀錄,1983年那次,聯盟T-10-1號飛船準備發射時,火箭的燃料輸送系統突然發生異常,大量煤油燃料給噴出來並發生猛烈火災。幸而控制中心及時發出無線電指令,觸發用於地面及低空脫離的逃逸塔系統,位於火箭頂部逃逸塔上的引擎被點燃並讓返回艙解鎖,然後將整個返回艙射離現場,並以降傘著陸,兩位太空人都平安無事。

聯盟系列近地逃逸系統運作示意圖。(網絡圖片)

 

1975年聯盟 7K-T No.39的事故則和今次類似,同樣是在大氣層上層位置發生(不個位置更高)。那次事故是第二節與第三節無法完全分離,但第三節先點火,造成箭體開始失去控制。當時RDG系統已隨整流罩被拋棄而分敵,船上的自動控制系統偵察到情況後,立即分離太空船(145公里高度),太空船沿彈道滑行一段時間後,返回艙脫離船身並開始重返大氣層,最後兩名太空人平安降落西伯利亞南部的阿爾泰山地區。

載荷艙整流罩上的RGD逃生系統,下方為其兩對引擎中的其中一對。(網絡圖片)

關於事故可能的原因,當然不可能在這時候有正式報告了,但由直到異常發生時仍有完整的升空片段及艙內錄音,部分航天迷已根據這些線索進行分析了。他們留意到在第一節火箭四具助推器脫離脫離前兩秒,火箭尾部突然噴出一團煙霧,然後四枚第一級助推火箭脫離時,似乎有一具火箭飛離的距離及位置有所偏離。由於推力改變幾乎是同時發生,有可能是第二節火箭的其中一個噴口發生小爆炸或高壓氣體噴發,令推力大降之餘,連其中一節脫離中的火箭亦被炸偏;然而,俄國媒體引述工業部門的消息表示,有可能是其中一枝第一節火箭發生故障或爆炸,令原有的洩壓閥門沒法正常運作,無法在火箭脫離時把自己推離主火箭,反而撞擊箭身,做成更大故障,並觸發RDG逃逸裝置啟動,

明年試射的龍飛船載人版(龍飛船2號)CG。(網絡圖片)

說回聯盟FG本身,由於這火箭是目前唯一可以接送太空人往返的交通工具,也是重要賺取外匯的工具,一般相信該火箭不會停飛很久。然而,作為主要載人往返國際太空站的任務/生意,究竟還能做多久就是個問題了:美國SPACE X建造的載人版本龍飛船,明年2月就會展開無人版本的太空測試,而第一艘有人版本則將會於6月發射。若然試射順利,美國人可能最快於2020年逐步取消經俄國火箭前往太空站的班次。

 

發佈於 博評, 新聞熱點
By 2018-10-13

手機分享本文: