【原创文章】“暴风雪(BURAN)号航天飞机系列【13】

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 首先,接上篇文章:【原创文章】“暴风雪(BURAN)号航天飞机系列【12】 )【今天文字内容将不采用红色】

”联盟“TM(apas-89对接系统)救援飞船与”暴风雪“号航天飞机对接实施救援想象图。

本文主体来源于:(《苏联“暴风雪”号航天飞机》主编:季晓光 航空工业出版社),网络文献,航天大百科网与”冬天的一D锅  “,小编 ”冬天的一D锅“将其整理,编辑

今天的系列为特别专篇,内容特别多,不过希望大家能细细看完该文,毕竟小编为该文花费了大量心血,谢谢大家了。

今天的【第13】系列,内容上临时跳过暴风雪正常发展历程,今日专门讲下【“暴风雪”航天飞机的防护与应急设计】,为何,因为如下:

前几天天美国举行纪念活动,纪念阿波罗1号、挑战者号与哥伦比亚号遇难乘员组。

先辈们,永世不忘!
先辈们,永世不忘!
先辈们,永世不忘!
先辈们,永世不忘!
先辈们,永世不忘!
先辈们,永世不忘!
先辈们,永世不忘!(哥伦比亚事故报告)

航天事业向来都是高危高风险事业,其危险的发生,许多悲剧发生的原因都是那么的细微与微小!


首先就如“阿波罗”事故,起火原因是:因为事故发生时,是处在人员进入飞船测试阶段,且当时大型易燃燃料等物品并没有安装加注,使得相关专家认为起火可能性极小,故安全人员配备并不完善。所以,在飞船导线短路的时候,其电火花引燃了舱内易燃的塑料制品。由于舱内注满了纯氧,因而使舱内燃烧猛烈。再加上飞船的设计缺陷,使得救援人员在短时间内从舱里舱外都无法迅速打开舱门。

apollo-1号任务中因火灾事故遇难的成员组。
测试中的apollo-1 号飞船。
apollo-1号任务中因火灾事故烧毁的阿波罗飞船。

其次,“挑战者”事故则是:“挑战者”号在发射升空时因其右侧固体助推器(SRB)的O型环密封圈失效,毗邻的外部燃料舱在泄漏出的火焰的高温烧灼下结构失效,使高速飞行中的航天飞机在空气阻力的作用下于发射后的第73秒解体。【相关介绍可以参见: 【原创文章】美国航天飞机助推器(SRB)简单介绍

 

其实本来这场事故本来可以避免。在发射前13小时,一位重要工程师向公司上级召开了电话会议,指出了上次“挑战者”号的发射由于O型环失效差点毁灭,但上级由于急着完成快捷而便宜的太空旅行,保持了自己的观点。在发射前30分钟,一架波音757客机报告了强气流的存在,但发射中心也没有注意。于是……

 

”挑战者“航天飞机第10次任务(sts-51l)里遇难的7名航天员。
”挑战者“(sts-51l )任务发射前。
”挑战者“号发射之悲剧。

最后,“哥伦比亚”号则是:其在升空时外储存 燃料箱左侧掉下了一块冷冻的隔热泡沫砸到左翼碳/碳复合材料面板下半部附近,造成裂缝。再入大气层过程中,高温热离子流穿过此处,使机翼结构熔化,导致机翼破坏和机体解体。

“哥伦比亚’第28次任务(STS-107)任务中遇难的7位航天员。
”哥伦比亚“(sts-107)任务发射前。
”哥伦比亚“号返航之悲剧。

   从这些调查报告所得出的结论可以清晰的看出:这些原因都是因为人员的疏忽发生的!虽然在几次事故之后美国采取了各种措施来保障航天员人身安全,以至于现在美国的新一代载人航天器的测试与使用标准变得非常严格,使得“CST-100″,”龙载人型”,“猎户座”载人系统的首飞,首次载人飞行前的相关验证工程变得可谓“无比漫长”,时间表也大幅度拖延来保证安全性!但是这也告诫我们:与其亡羊补牢,为时不晚,不过,也得提前做好相关工作与措施!


而苏联方面,也许在这方面比美国人做得更好些!不过与美国一样,都是建立在血的代价上的!

众所周知,苏联早期的航天发展过程中,因为政治因素导致“赶时间”情况如家常便饭以及认为疏忽,技术与制造水平等各类原因,也发生了2次非常悲剧的航天员牺牲事故!就是:“联盟-1”号与“联盟-11”号任务。


【联盟-1】

1967年4月23日,“联盟1号”飞船在进入轨道后,左边的太阳能电池帆板没有打开,电源供电不足,无线电短波发射机没有工作。姿态稳定系统也受影响,飞船处于不规则运行之中。在飞船返回时开伞发生故障,引导伞未能拉出主伞,备份伞又因为主伞的阻碍无法打开。4月24日6时24分,飞船以每秒100多米的速度冲向地面。航天员科马罗夫当场被摔死。

卡马罗夫。
处在发射台上的“联盟-1”号火箭。
“联盟-1”号坠毁现场。
安息吧!

 


【“联盟-11”】

1971年6月29日下午9时,联盟11号飞船带着3名航天员离开礼炮1号返回。但3人都未穿航天服。6月30日1时35分,飞船按程序启动制动火箭。在再入大气层前,返回舱和轨道舱分离。但连接两舱的分离插头分离后,返回舱的压力阀门被震开,密封性能被破坏,返回舱内的空气从该处泄漏,舱内迅速减压,致使三名【没有穿戴航天服的】航天员因急性缺氧而在一分钟内死亡。

“联盟-11″成员组。
运输工程中的“联盟-11”号任务的火箭。
发射中的“联盟-11”号任务 的火箭。
可惜,打开之后,,,
安息吧!

除此之外,“联盟- 5”,”联盟-18a”,”联盟T-10A”事故都给苏联方面带来需要经验与教训。相对简单实用,技术成熟的SOYUZ系列飞船都尚且能出现这么多的险情(据报道去年“联盟MS-02″飞船在返回时返回舱再次遇到“联盟-11”号任务的相似故障—失压,不过航天员在如今相当完备的防护措施下,几乎没有问题)且当“挑战者”的失事后,更是 那对于整体系统更加复杂的”暴风雪“号航天飞机,其安全设计就必然是—–重中之重!!!!


【下面,就正式介绍”暴风雪“号航天飞机的安全逃生系统!】

首先“暴风雪”号航天飞机在研制过程中考虑了4种状态下机组人员的安全逃生。

(1)发射升空阶段的机组人员紧急逃生;

(2)航天飞机与运载火箭应急分离时安全逃生;

(3)航天飞机在下降,着陆阶段的应急弹射救生;

(4)航天飞机在轨飞行阶段,利用“联盟”TM(APAS-89对接系统)号救援飞船安全逃生;


【(1)发射升空阶段的机组人员紧急逃生;】

在发射前准备阶段,为了在极端情况下紧急撤离发射系统 中的机组人员,预先设置了紧急撤离装置,该装置的密闭式逃生平台通向登机舱门,可在升空点电门启动前1分钟左右与登机舱门分离,并可在起飞前10-15s重新连接。紧急撤离装置的上部可通向登机平台,且通过2根套管与地面隔舱连:其中一根套管里配装有用于机组人员正常登机或返回的倾斜电梯,另一根套管里则是紧急撤离时使用的倾斜滑道(这算世界上最大的滑滑梯了)。紧急撤离装置如下图:

2根大套管清晰可见。
紧急撤离转装置(包括2根大套管)。

同时,该阶段人员还可以通过弹射起飞。


【(2)航天飞机与运载火箭应急分离时安全逃生】

当运载火箭完全故障时,根据飞行阶段的不同,可采取机组人员弹射离机,也可将航天飞机与运载火箭分离后通过滑翔与在AL-31航空发动机(首飞时其发动机安装方案并未确定,故未安装)的推动下自主(机组人员操控或着控制人员操控下)返回。

当运载火箭在高于弹射区的空域与速度发生故障时,可采用航天飞机用固体发动机(首飞时并未安装)与“能源”火箭应急分离的方式来挽救航天飞机与机组人员。当自动控制综合系统发现运载火箭完全故障时,其末级发动机关车,随后航天飞机与运载火箭分离并保持稳定,借助自主飞行,最早安全着陆。但是在如“挑战者”事故中那有极端条件下,可弹射逃生。


【(3)航天飞机在下降,着陆阶段的应急弹射救生】

前文已经提到,当运载火箭完全故障时,为了紧急撤离人员,在某些飞行段中(特别是千钧一发之际)需要采用弹射方式。

为了营救“暴风雪”号航天飞机的机组人员,在飞行设计实验阶段,由总设计师加伊.谢韦林领导的“星星”设计局以性能良好的K-36系列弹射座椅为基础上研制的“0-0”级K-36pb专门改进型弹射座椅。该弹射座椅能在较大的高度和速度范围内有效工作,即从处于发射状态或位于跑道上的“暴风雪”号直至速度达到3.5马赫且高度不超过35km的条件下进行弹射。(而美国方面,虽然在“挑战者”悲剧发生后强烈要求相关方面安装类似弹射座椅,不过,首先,这项非原始设计的重大改动会给整体系统带来许多不必要的麻烦,而且别忘了,弹射座椅即使最多也只能装备4台,也就是驾驶室的4位航天员,其实也只能装备2位驾驶员,而其他航天员,特别是下层生活区的3位航天员,难道就放弃?在伦理方面的相关讨论与系统方面的得不偿失使得改方案停留在纸面上)而苏联,虽然设计也只有2台弹射座椅,但是,其最大承载人员为4名,且在同一层内,且原始设计就考虑到相关设计,所以苏联航天飞机也因此多了一种逃生手段。

机组人员的弹射座椅为敞开式K-36系列,座椅的头靠两边设置有安全带和两个稳定伞箱,控制手柄前面为气动偏向器。弹射座椅的弹射速度约为800km/h,点火在驾驶室完成,然后沿一条朝上的弧形轨道上升后再降落,座椅的最大离地高度约为300m。但对于航天飞机而言,只有在着陆期间发生故障时才符合该弹射座椅使用条件。因为航天飞机起飞时,飞行前几秒与着陆时发生的故障,很可能伴随出现运载火箭失火和爆炸的情况。此时,机组人员应被弹射出足够的距离,即相对冲击波波峰压力和火灾影响的安全距离,在这种情况下,弹射轨迹必须达到足够的高度,使座椅飞过发射综合体的服务塔与机场。(不过如果发生哥伦比亚那样的事故,那也GG,那方案真的没办法,想象下,可以包层souyz飞船返回舱的壳子弹射飞走?)

为了实现弹射,航天飞机的弹射座椅应:

(1)配备固体燃料火箭助推器将人员推送至安全距离。

(2)火箭助推器因具备是矢量偏转以调整座椅轨迹。

(3)弹射座椅的最大离地高度约为300m,速度达到3.5马赫以下。

“暴风雪”号的该座椅在实际飞行条件下进行了实验,在“进步初始型38-42号(最后几艘初始型进步飞船)任务的头部整流罩(载人型“联盟”火箭逃逸塔位置空间)上安装了“暴风雪”号的弹射座椅。测试时间为:

(1)1988年9月10日—-“进步”-38;

(2)1988年12月25日—-“进步”-39;

(3)1989年2月10日—-“进步”-40;

(4)1989年3月16日—-“进步”-41;

(5)1989年5月5日—-“进步”-42;

这5次测试是在”进步“的主动入轨段(规定高度不超过40km,过载不超过3.5G)进行的。结果达到预期目的。虽然它从未正式使用过(原因却是众所周知)但是它为后续载人航天的相关安全逃生系统的发展提供了宝贵经验,具有较大的借鉴意义!!!!

【实物图如下所示,航天服在下面讲解】:

“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。

【(4)航天飞机在轨飞行阶段,利用“联盟”TM(APAS-89对接系统)号救援飞船安全逃生】

如本文第一张首图所示:为配合”暴风雪“号航天飞机项目的救援需要,苏联曾对”联盟“号宇宙飞船进行过改型,目的是将其用作救援飞船。当”联盟“TM飞船作为救援机使用时,航天飞机的机组人员对于其为数不多的操作系统应烂熟于心。提出这一要求的原因是,在”暴风雪“号飞行试验阶段,计划在航天飞机无法离轨时,以及着陆系统发生故障的情况下,需要像”联盟“TM号这样的改进型救援飞船。

该飞船系统大体与一般联盟一致,最大的不同则是使用了能与航天飞机与”和平“号空间站”晶体“舱对接的APAS-89对接系统,该系统源自于美苏于1975年”ASTP”/”EPAS”(“联盟-“阿波罗”计划时采用的APAS-75对接系统的发展型号,后来美国航天飞机在1995年与“和平”号空间站对接时也是采用该技术系统,APAS-89对接系统基础上在延续下来的APAS-95对接系统,而ISS时期航天飞机的三个对接口,同样也是APAS系列对接系统,以后美国的“CST-100″,”龙载人型“飞船将继续采用APAS系列系统,不过,猎户座飞船已经明确表示其以后的任务将采用全新系统,不过,还是有APAS的技术底子在,而中国自主的对接系统,则很大程度上也借鉴了APAS系列对接系统的设计思路,毕竟,”椎杆“系统的局限性还是过大)

苏联有先后制造了3架”联盟“救援机,工厂编号为No.101(后来的“联盟”TM-16号),No.102,No.103(半成品阶段改成普通椎杆型联盟)。该系统原本预计与“暴风雪”第二次飞行于1991年底同步进行,而测试计划如下:

(1)”暴风雪“号第二次发射升空后,与”和平“号空间站”晶体“舱进行对接;

(2)空间站人员进入”暴风雪“号内部,这将是”暴风雪“号第一次在太空中接待航天员,并测试第一次测试时未安装的机载机械臂以及相关系统;

(3)在对接状态下飞行一昼夜;

(4)当“暴风雪”号与”和平“号空间站分离后,No.101(后来的“联盟”TM-16号)(搭载2名机组人员)升空,与“暴风雪”号进行对接,且救援机组人员在“暴风雪”号工作一昼夜;

(5)分离后,“暴风雪”号自动着陆,“联盟”救援飞船继续飞往“和平”号空间站与“晶体”舱进行对接(最后实际该计划就完成了地面起飞到对接“晶体”舱);

1993年1月24日,该型飞船将一组航天员送上太空(后来的“联盟”TM-16号),不过随着“暴风雪”号计划的夭折,该计划也最终解体。

效果图。

”联盟“TM(astp-89对接系统)救援飞船与”暴风雪“号航天飞机对接实施救援想象图。

在05年莫斯科航展上展示的使用apas89 的联盟TMA飞船。
在05年莫斯科航展上展示的使用apas89 的联盟TMA飞船。
实际测试的唯一一架”联盟“测试机,”联盟“TM-16号在太空中。

【个人生命保障系统简单介绍】

个人生命保障系统主要是为全航天服提供生命保障功能。机组人员在执行发射,对接,分离和再入这样的关键任务时将穿戴“雨燕”全航天服。这套航天服是由“联盟”号宇宙飞船航天员穿戴的“索科尔”航天服改进而来。以适合弹射座椅配合使用。与美国航天飞机航天服不同的是,其航天服可以自动在遇到危险情况时开启闭模式,且在轨发射紧急情况时也可以进行保护,而美国则没有。且与“索科尔”航天服一样,该航天服具备紧急条件下出舱转移的功能。

该航天服穿戴时间为5分钟,如果空气泄露不太严重,“暴风雪”内的增压与减压系统可以提供充足的空气来维持此阶段氧气来保护机组人员。

1990-1991年期间,测试工程师身穿该航天服达到18小时,期间12小时处于减压状态。测试结果良好。可惜,随着众所周知的原因,现在该航天服只能进入博物馆了。

“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。
“暴风雪”航天飞机配备的“雨燕”航天服系统,配备K-36系列弹射座椅。

【结尾】:终于介绍玩了,不过,这还只是简要的介绍。不过,就从生命保障系统中,就可以很直白的看出该系列“暴风雪”系列研制的复杂承担!生命可贵,努力宝贵!同志们,小编希望能从“暴风雪”的相关篇幅中对各位有些帮助与启示!

好了,今天先介绍到这里文章创作匆忙,有许多不足之处还请各位同志们在文章下方畅言处与公众号,公众群等相关平台上多多指教!!!!关于该系列的更多内容,还请继续关注该系列的接下内容:(【原创文章】“暴风雪(BURAN)号航天飞机系列【14),敬请关注,谢谢大家!


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