中新網10月16日電題：生命的盾牌--全程平安保險

　　——中國神舟神箭研制的12大攻關奇跡之八

　　作者：石磊

　　登天之路并不是一條平安大道，盡管地面的一切準備工作都朝著“零故障、零缺陷”的目標努力，但是客觀條件所致，載人飛船工程的可靠性指標只能達到97%，仍然會有意外可能發生。

　　所以飛船和火箭的設計師們必須采取應急救生的措施，在航天員一旦出現危險時，能有一把起死回生的“殺手锏”。

　　應急救生是航天員生命安全的最后一道防線，它像一張隨時待命的大網，時刻準備著化解每一個環節可能出現的危險。該系統主任設計師李頤黎和他的攻關組，從大氣層內到大氣層外救生，從境內到境外救生，從陸地到海上救生，把可能影響航天員安全的各種因素統統考慮進來，一一制定了相關對策。他們把航天員從進艙待發射到返回出艙分為四大階段，即待發射段、上升段、運行段和返回著陸段，用心血和智慧編織了11種救生模式，把其間每一分每一秒中萬一出現的險情，件件攬入胸中，事事均有良策，真正為航天員構筑了平安保險。

　　待發段，特殊滑道化解險情

　　待發射段，是指航天員進入飛船座艙至火箭點火這一時間段。設計師們根據世界載人航天歷史上各種情況的綜合分析，認定此時的危險源主要是火箭或飛船推進劑泄漏、著火，火箭發生故障等，一旦發生問題，救生以航天員迅速離開發射臺為目的。按照預定程序，在火箭點火前2小時，航天員乘電梯進入飛船座艙，參與射前人--船--箭功能檢查；點火前1小時20分，工作人員關閉艙門；點火前5分鐘，航天員系好束縛帶，關閉頭盔面罩，戴好手套，準備升空；火箭、飛船的故障檢測和逃逸救生系統開始進入工作狀態。

　　在點火指令下達前，如果出現緊急情況，火箭、飛船研制者設計了兩種救生模式，一是通過特殊滑道或防爆電梯迅速撤離危險區，二是采用逃逸飛行器連人帶船一起飛離危險區。

　　乘滑道和電梯撤離的前提是時間有余量。航天員要迅速從座椅處攀上近2米高的艙口，在醫保人員和發射塔勤務人員的幫助下，快速打開飛船艙門，以最快速度鉆出飛船。飛船艙門正對著第九層發射塔架，旁邊有一個航天員專用防爆電梯可以乘電梯撤離現場。如果塔架已經斷電或時間實在緊迫，航天員就要趕緊跑到撤離滑道入口處，一條特殊滑道直挺挺地通到地下安全隱蔽室，航天員必須不顧一切地跳下去。九層塔架相當于十幾層樓房高，跳下去還不摔死了？其實不然。

　　緊急撤離滑道由鋼套管和高彈力阻燃救生袋組成。救生袋是一個直徑較小、僅容一個人擠巴巴地進去，高約50米的大尼龍口袋，外層為防火的玻璃纖維，能防止大火燒蝕；中層為彈性纖維層，能適應不同身材的逃逸人員控制下降速度；最里層為特殊纖維層，這種纖維的張力為鋼材的10倍，用來支撐救生袋的全部重量，并且表面柔軟，摩擦系數較小，下滑舒適。跳進救生袋時，航天員要先把腿放進入滑道，雙腿叉開，伸開肘部及手便可以控制下滑速度，當用力撐住口袋壁面時，能完全停止下滑。口袋底部有海綿減震軟墊，口袋的出口處還要擰幾下，防止下滑者由于速度過快出溜好遠而摔傷。為了防止靜電產生，發射前還要用水澆濕整個滑道。從口袋里鉆出來，便是發射架基座下面的一條通道，穿過防爆門、密封門，可以撤離到安全的地下掩蔽室逃離危險區。在中國航天員平時的訓練中就有這個科目，緊急撤離的路線早就演練過多次。

　　在世界載人航天的歷史上，1967年1月27日美國阿波羅4A飛船地面試驗著火，是發生在發射臺上惟一的一次死人事故。當時，阿波羅4A飛船和土星5號火箭在進行地面聯合模擬飛行試驗。

　　飛船中有3名航天員，如果這次試驗成功，他們將進行登月前的軌道飛行。當訓練進入最后的倒計時時，突然程序中斷，通話器里聽見航天員在大喊：“著火了！”“快放我們出去！”等毫無準備的救援人員跑去打開艙門，3名航天員已全部被燒死在艙內。后來查明，起火原因是電線短路和艙門設計不合理。阿波羅飛船座艙里氣壓較低，打開艙門的時間設計為90秒，著火后，艙內形成負壓，無論里面還是外面在短時間里都無法打開門。中國飛船的設計師充分考慮了打開艙門的細節，使艙門無論從里面還是從外面，不超過3秒鐘就能迅速打開。

　　如果險情一觸即發，時間不允許航天員出艙進入滑道，火箭上的故檢系統一個信號發出，逃逸塔就即刻點火升空，使航天員脫險。

　　上升段，讓飛船聽話受控

　　民航的人身保險是以飛機的整個航程時段為保險單位的，而對航天員的人身保險，火箭和飛船的設計師是以秒甚至毫秒的時間段來全程保險的。

　　在發射上升階段，最大的危險來自火箭的故障，比如，發動機推力不足，姿態不穩，或偏離預定軌道等。這時，救生的辦法分發射臺救生、低空逃逸塔救生、高空無塔救生和大氣層外救生四種，共有5種模式。

　　李頤黎主任設計師說，如果在發射臺上發生意外，必須迅速使火箭終止飛行。這種情況并不鮮見，1964年12月8日，美國發射雙子星座2號飛船時，火箭點火1秒偶遇故障，實施了緊急關機，泄出推進劑后，推到第二年1月才實行了再次發射。美國航天飛機第19次飛行時，點火3秒，也因故障實施緊急關機，航天飛機自動熄火停止了發射。1992年3月22日，中國為澳大利亞發射衛星，因4個火箭助推器發動機中的2個未能正常點火，點火7秒也自動緊急關機，這事也證明中國早就掌握了災難規避技術。

　　火箭一旦從發射臺上起飛，開弓就沒有回頭箭，這時的救生辦法是使逃逸塔點火，拉著飛船迅速離開有故障的火箭。逃逸塔的作用是火箭起飛前5分鐘到起飛后120秒鐘期間，也就是飛行高度在0公里至39公里時，幫助航天員脫離危險區，打開降落傘安全著陸。在世界載人航天史上，逃逸塔只被使用過兩次。

　　火箭飛行120秒后，逃逸塔按照預定程序被拋掉，從120秒到200秒的時段，火箭飛行的高度在40公里至115公里，此時，飛船如果收到火箭發生險情的信號，就會自動與火箭“一刀兩斷”脫離關系，然后進入返回程序自行返回救生。

　　大氣層外的救生是難度最大的救生。火箭飛行200秒以后進入了115公里的外大氣層，再飛行280多秒便進入207公里的飛船入軌軌道。這一段的救生時間跨度大、飛行距離遠、速度快，直接導致箭船分離后返回艙落點散布范圍很大。李頤黎畫了一張示意圖，一看真叫人嚇一跳--返回艙的航程大約有8000公里，僅海上落區就有5200多公里長！這么大的范圍，即使返回艙安全落地了，地面搜救人員仍然無法及時趕到落點讓航天員平安回家。是實施全過程救生呢，還是預設幾個點救生？李頤黎和他的研制隊伍站在了進退兩難的懸崖邊。想參考一下蘇美的經驗，一查資料，他們傻眼了。前蘇聯由于國土面積較大，陸上航區較長，海上落區只有3500公里長，他們在海上布置了7艘船、110架固定翼飛機和179架直升機，搜救人員4500人；美國水星號飛船發射時，在海上設立了16個應急救生點，布置了24艘船，包括3艘航母以及126架飛機，動用人員2.6萬。這樣的物力、財力和人力的付出，都是我國的國情所無法承受的。

　　大氣層外的救生究竟怎么辦呢？這個令人頭疼的事擺上了載人飛船工程總師的案頭。一時間，工程總師的專車經常“搭載”李頤黎上班，汽車成為倆人討論問題的“接頭地點”。終于，設計師系統提出了一個大膽的設想：飛船一旦在大氣層外遇險，應利用飛船的控制系統和自身動力，盡量使飛船入軌，然后進入預定的返回程序，這就等于把茫茫大海上的搜救變成了在國內陸地上的回收；萬一飛船入不了軌，也可利用船上控制系統讓飛船進入預先選定的海上搜救圈。

　　飛船控制專家陳祖貴成功地把這一國內外首創的設想變成了現實。設計中光計算公式他就寫滿了四大本，摞起來有30厘米厚。他們研制成功了自主瞄準技術，用8個陀螺輸出的12個飛船姿態數值，隨時修正、調整飛船的方向，控制飛船準確返回到預定的回收區。4艘神舟號無人飛船的試驗，證明這一國內外首創的新技術完全成功，落點精度全部都在正負10公里左右。這樣，我國陸上回收場只設主著陸場、副著陸場和少量應急著陸場；海上應急救生區也大大縮小，總共只設3個區，A區長955公里，B區長800公里，C區長360公里，總長度僅2115公里，只需要配置6艘打撈船和少量直升機就可以保證航天員落到哪里，搜救人員就及時趕到哪里。

　　運行段，每圈都有護身符

　　飛船進入軌道正常運行后，救生系統也不是萬事大吉。萬一飛船的航天員座艙被流星或太空垃圾擊穿，或船上某個閥門泄漏怎么辦？

　　設計師們根據飛船繞地球飛行的時間，為飛船飛行的每一圈都設定了所經過的應急救生著陸區，著陸區涉及了國內外十多個地區，有國內內蒙古中部和西部的主、副著陸場，有華北地區及東南地區，有四川中部地區，還有國外澳大利亞、巴西、美國及非洲和阿拉伯地區。李頤黎拿出了一張長長的表，上面詳細標明了飛船每一圈進入預定落區的時刻和飛出落區的時刻，時間精確到哪一天、多少小時、多少分、多少秒和多少毫秒，并標出了其間的飛行距離，落點的名稱。那張表上，一共標出了飛船第2圈到109圈的情況，也就是說，飛船在軌道上運行的7天里，天天受關懷，圈圈有保護。

　　具體來說，針對不同的險情設計師精心布置了三道防線。

　　當飛船局部發生故障，情況并不十萬火急時，設計師為飛船設計了18小時等待返回功能，飛船可充分利用此時間，盡量選擇最近的、著陸環境最好的應急著陸區著陸。

　　當座艙發生泄漏時，航天員面前的控制面板會顯示壓力應急報警信號，航天員必須在10分鐘內穿好航天服，接通供氣管。航天服可連續6個小時保證航天員的氧氣供應，利用這寶貴的6小時時間，設計師為飛船設計了稍候返回功能，飛船仍然可以選擇適當的飛行圈數，在10個尋應急著陸場中選擇找比較適宜的著陸。

　　如果險情十分緊急，飛船還有立即返回功能，設計師保證飛船有2個小時的時間，瞄準第一個來得及著陸的地區著陸。

　　在神舟四號飛船的飛行中，先后注入了17次應急返回參數，模擬的救生模式一一對應，準確無誤。

　　應急救生著陸對飛船的控制系統有很嚴格的要求，一旦控制有誤，后果不堪設想。返回控制系統是一個隨時間變化對非線性的,多變量的隨機控制系統,需要控制飛船的縱向航程、側向航程、過載以及姿態,但控制手段只有一個,那就是飛船有限的升力。設計這樣的控制系統的難度,可想而知。為了解決氣動參數不確定的難題,陳祖貴和同事們研制成功世界首創的升阻比實時估計的自適應返回控制新技術,將4艘飛船安全準確地控制到預定回收區。落點精度達到世界先進水平,4艘神舟號無人飛船返回落點精度之高，相當于打靶打了十環。我國成為世界上第三個掌握了飛船可控再入的國家。

　　返回段，處處有驚無險

　　安全返回是載人飛船的最后一關，也是載人航天的成功標志。但要做到安全，談何容易。飛船返回和著陸階段指離開運行軌道到著陸為止，是故障與事故的多發階段，也是航天員罹難最多的階段。如果從1967年4月24日聯盟1號因降落傘未能打開而摔死的航天員科馬羅夫算起，到1971年6月30日聯盟11號返回時座艙閥門提前打開空氣泄露，多勃羅沃爾斯基、沃爾科夫、帕察耶夫3名航天員窒息而死，再到2003年1月4日美國哥倫比亞號航天飛機返回時解體，7名航天員遇難，在返程途中一共犧牲了11名航天員，占所有遇難航天員的1/2(地面訓練犧牲4人，發射升空時挑戰者號爆炸犧牲7人，共11人)。

　　返回著陸段的危險主要是，一旦船上慣導系統失靈，飛船無法建立制動姿態；變軌發動機出現故障；降落傘發生問題；著陸緩沖發動機不工作等。設計師根據上述可能發生的故障，制定了不同的措施。

　　慣導系統失靈怎么辦？船上還備有光學瞄準鏡，航天員可用這套設備獲取飛船的姿態角，手動控制，使飛船兩次調姿轉向180度，建立起制動姿態。

　　變軌發動機有故障怎么辦？一、三發動機出現問題，則有二、四發動機替補；4臺發動機全部出現故障，還有另外8臺150牛的小發動機，足以讓飛船完成制動調姿，返回主、副著陸場。降落傘壞了怎么辦？主飛船上備有2套降落傘，主傘按正常程序應當在距地面11公里的高度上開傘，此時返回艙就會減速。如果主傘不能正常工作，那么返回艙的速度就減不下來。這時，艙里靜壓高度控制器就會自動打開一個開關，迅速斷開主傘，切換備份傘系統工作。返回艙配置了相互獨立的兩個傘艙，主傘和備份傘不會相互影響。

　　著陸緩沖發動機不工作怎么辦？設計師在返回艙底部安裝了一臺γ高度儀和4臺緩沖發動機，當飛船距地面10米高時，艙內的指示燈提醒航天員“即將著陸”，距地面1米高時，γ高度儀發出信號，“指揮”緩沖發動機點火，給飛船一個向上抬的力，飛船的落地速度便減到了1～2米/秒，航天員可以安然著陸。萬一發動機不點火，航天員會不會被墩壞？對此設計師也留了一手，他們在航天員的座椅下部安放了一個脹環式的緩沖器，它起彈簧的作用，可以吸收震動的能量，保護航天員不被墩壞。

　　著陸后的許多細節，設計師們也安排得很周全。返回艙落地后，“接頭信號”就會立即發出。信號有兩種，一種是閃光燈，一種是染色劑。閃光燈以每分鐘閃動55下的頻率發出白色的閃亮，可以連續閃光25小時，為夜間提供返回艙的位置信息；染色劑由熒光素納鹽構成，返回艙落水后，1千克染色劑溶于水中，在返回艙周圍可形成一大片綠色熒光區，白天易于飛機的搜索。返回艙里為航天員準備的救生物品一應俱全，有遠距離呼救電臺、GPS定位儀、信號槍、閃光標位器、太陽反光鏡、光煙信號管和海水染色劑；有急救藥包、蛇傷自救盒、蚊蟲驅避劑；有食品和飲水、指北針、抗風火柴、防塵太陽鏡、引火物；還有救生船、漁具、驅鯊魚劑、抗浸防寒飄浮裝備、救生手冊等，還為每個航天員配置了救生手槍和生存刀。

　　“不惜代價，一切為了航天員的安全”這不是一句空洞的口號，它是千千萬萬打造火箭和飛船的人溶入身心的自覺行動。看看這些看似枯燥的試驗記錄，你無法不被自我苛刻的航天人所感動：

　　--零高度逃逸救生試驗，驗證了發射臺上火箭發生嚴重故障時而實施的逃逸救生方案的可靠性和安全性。

　　--水上濺落與海上漂浮試驗，驗證了返回艙水上抗傾覆能力和密封性能，驗證了信標和染色劑的海上工作性能。

　　--艙段分離試驗，進行了15次軌道艙與返回艙的解鎖分離試驗，11次返回艙與推進艙的解鎖分離試驗，驗證了三艙段分離的可靠性。

　　--空投著陸沖擊試驗，累計進行了72架次空投試驗和50多次沖擊過載試驗，全面考核了降落傘的性能，驗證了航天員受到的沖擊過載滿足醫學要求。

　　--綜合環境應力試驗，通過飛船電子設備在振動、濕度、高溫和低溫惡劣環境中工作性能的考核，檢驗并暴露元器件、材料和工藝等方面的缺陷，累計考核電子元器件8萬多個，設備60多臺，連續數百小時工作無故障。

　　--三機容錯試驗，飛船的制導、導航控制分系統和數據管理分系統廣泛采用了可靠性設計措施，具有三機容錯的能力，保證飛船“一次故障正常工作”“兩次故障安全返回”。

　　正是千千萬萬個一絲不茍、埋頭苦干的航天人，為中國的航天員鋪就了一條平安大道，在浩瀚無垠的太空釋放了五星紅旗的輝煌。