逃逸塔的作用是什么(火箭的逃逸塔的作用)
出品:太空伊卡洛斯
SpaceX将在本周末用一枚火箭的代价测试载人版龙飞船的发射中止系统,美国东部时间1月18日上午8:00,有4个小时的发射窗口,目前SpaceX的猎鹰火箭已经矗立在NASA肯尼迪航天中心,即将测试航天器的紧急逃生系统。这次测试至关重要,因为接下来SpaceX的猎鹰火箭将实现载人飞行,如果发射中止系统没有测试成功,那么直接影响到载人版龙飞船的下一次发射,进而影响到国际空间站的人员转换。
图注:这是目前已经对接完成的载人龙飞船,我们可以看到白色部分是飞船,下面还有一个黑色部分,这是轨道支持舱,里面用来装货物,周围还有腹鳍结构,可在发射中止操作时起到稳定的作用。
图注:这是载人龙飞船逃生系统工作的情况,可以看出发动机位于飞船周围,两条尾焰非常明显。
图注:载人龙飞船逃生系统工作在19公里高度启动,飞船周围一共安装了8台SuperDraco发动机
美国到目前为止仍然无法将宇航员送入太空,全部依靠俄罗斯的联盟飞船进行,NASA的航天飞机机队在2011年全部退役,并且选择了SpaceX和波音作为下一代载人飞船的研发机构,前后投入68亿美元开发,SpaceX的产品为载人版龙飞船,波音公司研发出CST-100飞船。
逃逸塔的功能
今天我们就来说说载人版龙飞船的发射中止系统,因为它大不一样。从整体上看,载人版龙飞船的发射中止系统与俄罗斯、中国、NASA的设计完全不一样,采用了8台SuperDraco发动机驱动的集成式推进发射逃生方案,而不是逃逸塔方案。逃逸塔是美俄运载火箭发展过程中研发出的逃生方案,安装在火箭顶端,外形上看像个塔尖,下面连接着宇宙飞船。逃逸塔中部捆绑着2组4台火箭发动机,一旦运载火箭在发射之后2分半钟内出现故障,都可以启动逃逸塔火箭,通过爆炸栓脱离,带着宇宙飞船飞离故障火箭,当离开故障火箭一定距离之后,释放出降落伞,然后宇航员才能安全着陆。
图注:三种不同的逃逸塔方案,美俄在设计上有区别,但是外形基本相似。
图注:这是NASA猎户座飞船的逃逸塔方案
图注:逃逸塔在刚开始使用的时候出现过几起事故:这起是美国在水星任务中,逃逸塔自动点火,还没发射就点火了,导致任务失败。
图注:这是联盟火箭的逃逸塔, 俄罗斯这个技术用了数十年之久。
最近一次逃逸塔启动是2018年10月,俄罗斯联盟FG火箭发射过程中出现故障,逃逸塔启动,两名宇航员生还。在中国的神舟飞船上,也对接这逃逸塔,外形与俄罗斯联盟火箭上的逃逸塔相似,二者有一定的技术关系。载人版龙飞船的发射中止系统已经不采用逃逸塔,因为外形上看并不像是个塔,因为它把8台发动机都整合到了飞船周围。
龙飞船发射中止系统的特点
龙飞船的发射中止系统将8台发动机置入飞船周围,以这次测试飞行为例,火箭会在19公里的高度上启动逃生系统,这时候火箭速度为1.8马赫,8台SuperDraco发动机启动之后可瞬间产生56吨的推力,比1.8马赫速度还要快,运行大约10分钟之后,抵达40公里的最高点,然后启动降落伞在大西洋上溅落,距离海岸大约30至35公里。龙飞船发射中止系统的工作高度更高,因为其采用集成式推进发射逃生方案,发射有效载荷为6吨,干重为9.5吨,返回可搭载载荷为3吨。换句话说,集成式推进发射逃生方案将载人飞船和逃生系统整合到了一起,火箭如果发射升空,逃生系统也随着飞船进入轨道,可在轨支持210天。即便在轨道上龙飞船也是有能力进行机动的,毕竟8台SuperDraco发动机是随声携带着。
图注:龙飞船的发射中止系统与飞船整合成一个整体,发射有效载荷为6吨,干重为9.5吨,返回可搭载载荷为3吨。
图注:龙飞船的发射中止系统也可以用于登陆火星,作为缓冲发动机使用。
8台SuperDraco发动机也可以作为软着陆的缓冲发动机,为今后登陆火星做准备。这是SpaceX与NASA猎户座飞船最大的不同之处,NASA为了登陆火星还研发了低密度高超音速隔热装置,增加了系统的复杂性,而SpaceX可以让龙飞船直接在火星上软着陆,8台SuperDraco发动机后续还可以进行升级,为软着陆提供足够的反推推力。