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科技報導

4000萬元淘寶直播買火箭,上天之後如何逃生你知道嗎



4月1日,某網紅主播在直播間賣火箭,還是快舟一號運載火箭,購買定價4500萬元的運載火箭發射服務還能優惠500萬,到手價4000萬元。火箭也能網上買了?火箭為什麼沒有想像的那麼貴?

    快舟一號甲火箭在淘寶直播間賣出

快舟一號甲火箭在淘寶直播間賣出

Part.1

電商史上第一單火箭成交

商業行業正在崛起

快舟一號運載火箭是一個商業性質的小型固體運載火箭,而並非載人運載火箭。目前該火箭已經完成了8次商業發射,近地軌道運載能力為300公斤。也就是說,花4000萬元買快舟一號,只能將300公斤的貨物送到近地軌道上,並不能將人送上天。

隨著商業航天時代拉開序幕,載人航天由以往的國家隊運營模式轉變成了私企運營,很多私營企業也會將載人航天逐漸變成他們的主要業務。目前美國的SpaceX公司、藍色起源公司等正在研發載人版的運載火箭和飛船,SpaceX第一次載人發射預計在2021年至2022年進行。

Part.2

成也逃逸塔、敗也逃逸塔

載人火箭,最重要的是安全問題,私營企業能否把握好這一關,這是一個巨大的挑戰。

早期發射載人飛船使用的逃逸裝置是逃逸塔,蘇俄聯盟系列火箭的逃逸塔已有數十年的歷史,使用至今。安裝了整流罩和逃逸塔的火箭,逃逸系統以整流罩為逃逸飛行器的主體,啟動逃逸塔上的固體火箭發動機之後,可以在2秒左右的時間內將搭載宇航員的乘員艙帶到距離火箭2至3公里之外的安全區域。

正在吊裝中的火箭逃逸塔

正在吊裝中的火箭逃逸塔

帶逃逸塔的火箭主要分為低空、高空和軌道逃逸三種模式,發射後120秒內、高度40公里以內會啟動低空逃逸;超過120秒但是在200秒之內,高度在40公里至110公里會啟動高空逃逸;110公里高度以上為軌道逃逸,依靠飛船自身攜帶的發動機進行製動,以高速彈道模式逃逸後再次重返大氣層。

以逃逸塔為主要逃生方式的火箭,最危險的地方也在逃逸塔,正所謂成也逃逸塔、敗也逃逸塔。

載人運載火箭發射之後,不論是否出現故障,在發射之後第120秒都要將逃逸塔拋棄掉,此時火箭所處的高度在40公里左右。拋棄逃逸塔的目的是減少重量,為火箭最後衝刺助力;同時逃逸塔的發動機推力強大,達到70噸,在40公里以上高度工作時也不太合適。如果在發射之後120秒逃逸塔沒有正常點火,那麼逃逸塔就無法與火箭分離,飛船就無法進入預定軌道,返回艙的降落傘也無法打開,宇航員則沒有生還的可能。因此,逃逸塔不論如何都要在發射之後120秒正常點火,完成拋塔動作,否則後果就不堪設想。換個角度看,逃逸塔在發射正常時要成功點火,發射失敗也要成功點火,不點火是不行的。

在過去數十年,載人火箭一直採用逃逸塔作為主要逃生方式,將整流罩納入作為逃逸飛行器的模式。低空採用逃逸塔逃生,高空採用安裝在整流罩上的高空逃逸發動機,入軌之後採用飛船自身動力,這種配置應該說是較為成熟的。在多次關鍵時刻,逃逸塔都成功地保護了宇航員的安全。

1983年蘇聯T-10A飛船發射前,火箭還沒有點火就發生燃料洩露事故,地面控制人員迅速啟動逃逸程序,在宇航員脫離火箭6秒後,發射台就被洩露的燃料給炸了。

這次事故讓蘇聯人記憶猶新,地面控制中心還發現,逃逸塔自動啟動線路被洩露的燃料燒掉,導致需要手動啟動逃逸塔。萬幸的是手動啟動之後,趕在火箭爆炸之前,宇航員已經逃逸了火箭。

    安裝在聯盟火箭上的逃逸塔

安裝在聯盟火箭上的逃逸塔

2018年10月,聯盟MS-10飛船執行任務起降,在發射之後第118秒,四個助推器分離時出現故障,此時逃逸塔已經在第114秒分離,逃生系統啟動了高空逃逸發動機。高空逃逸發動機啟動之後,整流罩飛行器與火箭分離,接著整流罩內分離螺栓啟動完成拋棄整流罩,乘員艙與軌道艙等分離,進入彈道式返回模式。之所以這麼稱呼,是因為該過程類似彈道導彈彈頭再入大氣層,於是稱之為彈道式返回。

1975年4月,聯盟-18A飛船在發射之後288秒發生故障,第二級和第三級無法成功分離,此時飛船所在高度為145公里,聯盟飛船啟動逃生程序後最大過載達到了21G,僅僅花了21分鐘就從145公里軌道高度降落到地面。

但同時,逃逸塔式的逃逸系統也是危險的,整流罩之內還有多個爆炸螺栓將飛船與火箭固定在一起,如果螺栓起爆失敗,也會導致逃逸失敗。

Part.3

整體式逃逸模式,防護能力升級

2020年1月19日,SpaceX在完成了載人版“龍”式飛船的“飛行中發射中止測試”。這個測試主要是為了驗證假如獵鷹火箭在上升段出現問題,宇航員是否能夠逃生成功。

在測試進行時,兩個假人被放置在獵鷹9號火箭載荷艙中的載人版“龍”式飛船上,發射後1分30秒,火箭第一級發動機關閉,載人版“龍”式飛船啟動逃逸程序,8台SuperDraco逃逸發動機點火將“龍”式飛船推離火箭。

    獵鷹9號發射過程中測試龍飛船的逃逸系統

獵鷹9號發射過程中測試龍飛船的逃逸系統

“龍”式飛船的逃逸測試中,飛船的逃逸系統的設計與NASA,蘇俄早期逃逸塔有很大的不同,“龍”式飛船採用了整體式逃逸方案,飛船本身就是一個逃生裝置,正所謂船在人在、船毀人亡。

“龍”式飛船由兩個部分構成:乘員艙和貨艙,乘員艙最多可搭載7名宇航員,直接對接在在獵鷹9號火箭頂端,還能充當整流罩的作用。貨艙連接在乘員艙下方,可運輸非加壓貨物,同時還起到支撐乘員艙的作用。

    龍飛船的主體結構,分為乘員艙和貨艙

龍飛船的主體結構,分為乘員艙和貨艙

獵鷹9號和“龍”式飛船對接完成之後,不需要再增加火箭的整流罩,連上面級發動機都可以用“龍”式飛船的動力替代。這樣做的好處在於,從結構上簡化了載荷部分的重量,將整流罩、逃逸塔都整合到“龍”式飛船上,飛船在任何時候都可以啟動8台SuperDraco逃逸發動機脫離火箭。

龍飛船的SuperDraco逃逸發動機正在測試

龍飛船的SuperDraco逃逸發動機正在測試

如果“龍”式飛船順利進入軌道,還能利用8台發動機進行軌道機動,甚至在今後利用這8台發動機進行地外天體軟著陸,實現了逃逸、降落、變軌、再入段製動減速多功能化。

整體式逃逸方案我們也可以在波音公司研發的Starliner載人飛船上看到,該飛船在與運載火箭對接完成之後,也不需要整流罩和逃逸塔,整體逃逸模式與“龍”式飛船基本相似。

Starliner載人飛船將逃逸發動機安裝在服務艙(貨艙)下方,有4台RS-88發動機,一旦在發射過程中出現故障,乘員艙和貨艙會一起逃逸。但是,NASA的獵戶座飛船卻仍然採用逃逸塔模式,可以看出同樣都是載人航天發射,國家隊和私營企業做出的選擇是不一樣的。

    NASA獵戶座飛船仍然採用逃逸塔

NASA獵戶座飛船仍然採用逃逸塔

飛船自逃逸模式簡化了許多逃逸程序,提高了逃生的成功率,飛船自逃逸模式應該是未來載人飛船逃逸的主流模式,這需要在載人飛船設計的時候就嵌入逃逸發動機,這個細節在中國下一代載人飛船上也已經出現!

等到商業航天技術發展成熟,直播帶貨直接賣載人火箭座位或許也會成為可能,一個座位可能會低至數千萬人民幣不等。如果說造價4000萬的快舟1號都有800多人拍下50萬的定金訂單,那麼幾千萬人民幣的入軌旅遊應該也會爆單。