[科普中国]-逃逸救生试验

简介

运载火箭的故障检测处理系统在火箭飞行过程中一直检测运载火箭的飞行状态，对运载火箭是否出现需要逃逸的故障进行判断，并在确认火箭故障后自动发出逃逸信号。故障检测处理系统还可以接收手动逃逸信号(由航天员或地面故障诊断系统发出)。逃逸系统一旦收到自动逃逸信号或手动逃逸信号，立即实施应急逃逸，将航天员带离危险区，并为航天员的返回着陆提供必要的条件。

逃逸救生试验的关键突破点：

1、必须保障宇航员安全逃离危险区；

2、逃逸过程中产生的过载、振动和噪声等不能超过人的生理极限；

3、故障诊断系统必须在允许逃逸的最短时间内诊断故障并发出逃逸指令；

4、应急救生系统的设计不能影响火箭的工作并为飞船的改进留出余量。

发展史国外航天技术发展的历史证明，威胁航天员的故障大多发生在火箭发射段，因此，解决火箭发射故障逃逸救生技术，是一项世界性难题。在完成载人航天飞行的上升段一轨道运行一返回的任务过程中，恶性事故发生概率最大区段是上升段。应急状态的分布和产生的原因大致为：96%的故障是由运载器的结构发生的，2%的故障是地面操作人员的操作故障，2%的故障是有效载荷与运载器的分离故障。这些故障可分为不危险的、危险的、事故型的及灾难性的。其中70%的故障都要终止飞行，另有30%的故障仍能按预定的轨道飞行。

逃逸救生系统的试验研究经过模型研究及单个部件、机构、分系统和结构部段的地面试验这二个阶段后，要进入第三个阶段的综合飞行试验，模拟各种事故环境条件的试验，因为仅在飞行条件下才能提供可能发生的真实的事故条件。这里应指出，救生装置的飞行试验往往是唯一能检查它工作能力的手段 。“联盟”、“阿波罗”的应急救生装置的飞行试验都是使用全尺寸飞船模型和模拟真实舱段的质量一惯性特性的逃逸飞行器所有部件，选择并模拟最严重的工况模式进行试验。这些工况有发射工况、最大速度头工况、最大高度工况。

逃逸飞行器是无控的飞行器, 飞行中的稳定性和机动性是依靠飞行器自身的气动力来保证，因而逃逸飞行器的气动设计正确及气动特性的准度是逃逸飞行器设计的关键之一 。为了把逃逸飞行器外形设计成能在逃逸飞行器很宽的飞行攻角和飞行马赫数范围内同时满足稳定性要求和机动性要求, 则要求逃逸飞行器的气动特性随马赫数和攻角的变化很小,因此确定栅格翼的气动特性是气动设计的关键之一 。

栅格翼的气动设计就是要通过栅格翼的气动特性理论研究和试验研究, 确定栅格翼的几何尺寸, 如栅格翼的翼展、格距、翼弦、相对厚度、翼片数量和翼型等,以满足逃逸飞行器对稳定性和机动性的要求。在试验研究过程中曾遇到风洞模型的模拟准则问题,最终采用了面积相似的准则解决了栅格翼的风洞模拟问题。

逃逸发动机工作时, 逃逸飞行器处在逃逸发动机喷流作用下飞行 ,这时逃逸飞行器是在发动机尾流和空气流混合作用的流场中 , 其喷流流场会大大影响飞行器周围的流场, 强烈地影响飞行器的气动特性。喷流对逃逸飞行器的影响研究是逃逸飞行器气动设计的另一个关键课题。在研究喷流对逃逸飞行器气动特性影响的过程中采用了计算机模拟技术、冷喷流实验技术和热喷流实验技术,最终以冷喷流实验结果经热喷流实验结果的修正应用于逃逸飞行器的设计。研究表明在有喷流的情况下,逃逸飞行器的压心位置明显改变,当马赫数大于3.2 时,逃逸飞行器的压心位置迅速前移, 这时 ,逃逸飞行器的逃逸飞行处于不稳定状态 ,而在无喷流状态下逃逸飞行器是静稳定的 。在亚声速时喷流作用增加了逃逸飞行器的阻力, 在超声速时喷流作用减低了逃逸飞行器的阻力。喷流作用使法向力系数明显地随马赫数和喷流压力比增大而减小,在马赫数大于4时,喷流几乎把逃逸飞行器全屏蔽了,这时,逃逸飞行器几乎不产生法向力 。

我国的逃逸救生试验长征二号F火箭的逃逸系统是在火箭发生灾难性紧急故障的时候，在千钧一发之际，将载有航天员的飞船带离故障火箭，以确保航天员生命安全的一个火箭系统。它的研制是在我国运载火箭历史上首次开展的工作，技术难度大，储备少。第一次从事载人工程零高度逃逸飞行试验于1998年10月19日获得了成功!1

逃逸发动机结构特殊可靠性要求高，技术难度大，是载人工程关键技术之一。此项目国家投入资金巨大风险大，且要保证航天员的生命安全。他日以继夜地与同事认真分析逃逸系统固体发动机设计上的独特性。带领大家以顽强的毅力对国外逃逸火箭技术进行研究，并结合我国固体发动机技术加紧研制。为满足大推力、高总冲的技术要求他勇于创新，拟定出了可行技术方案，使这高难技术有了新的突破。

我国第四次飞行试验是研制性无人飞行试验，主要任务是进一步考核载人航天工程七大系统的工作性能、可靠性与安全性，逃逸技术状态进一步完善；增加支持飞船自主应急返回功能，上升段逃逸与应急救生地面控制功能进一步完善；并针对前三次飞行试验出现的问题，考核解决措施的有效性;验证飞船人工控制、自主应急返回等新增功能与其它系统的协调性，进一步考核飞船载人环境并检验航天员参与情况下有关系统之间的协调性。2