文/钱卫
航天飞行是一种非常危险的飞行形式，具有合理可靠性的救援/逃生系统，可以大大提高航天员的生存能力。那么，救援系统可以在哪些情况下发挥作用呢？
▲ 联盟飞船采用逃逸塔作为紧急救援手段
发射前和上升段的逃逸救生主要手段是逃逸火箭。它安装在火箭顶部的逃逸塔里，或者是整流罩的侧面。一旦发生事故，火箭将整个乘员舱从运载火箭里“拔”出去，然后抛掉整流罩，用飞船本身的降落伞着陆。
这类系统的设计要考虑两个关键数据，首先是即将发生爆炸的预警时间，其次是爆炸危险半径。大多数能发射载人飞船的火箭，都属于大型火箭，携带了大量燃料，爆炸危险区很大。加上短到近乎不存在的预警时间，使得逃逸救生火箭的推力必须非常大，而且必须集中布置。所以，一般采用固体火箭来承担这样的任务。
航天飞机没有逃逸火箭系统，但轨道器是有翼飞行器，为自救增加了新的选择。这种类型的自救被称为“完整中止”。这个概念是指，没有完成计划轨道任务，但航天飞机轨道飞行器和航天员还是安全降落在跑道上了。
这包括几类具体情况：
第一种叫做“向轨道中止”（ATO）。在ATO 情况下，发生了发动机性能下降或停机。这两种情况都发生在51-F号航天飞机任务中，当时使用两个独立的发动机。根据故障的性质，可能无法再使用可用的推进剂到达轨道，因此飞行器被引导到可实现的最佳轨道。一旦进入这一轨道，就可以制定一个计划，使用轨道飞行器推进剂来完成任务，然后脱轨着陆。
第二种叫做一次性中止（AOA）。AOA 是发生了系统故障的情况，严重影响了航天员的生存能力。在上升过程中，如果轨道器上的所有冷却功能或大气压力都丧失，航天员将先进入轨道，然后立即离轨，降落在美国西海岸，如爱德华空军基地或新墨西哥州的白沙靶场。
还有另外两种完整中止场景，是在发射后几分钟内就尝试着陆。第一种是航天飞机主发动机在起飞后就停机了，但人们需要等两个固体火箭助推器（SRB）燃尽之后，才能采取行动。因此，航天飞机要等到固体火箭燃尽脱离之后，才能滑翔飞回发射场。此前要把那个巨大的黄色外储箱扔掉。这种被称为返回发射场（RTLS）的完整中止模式，会让航天飞机的许多部件经受最严酷的考验，在实际飞行中从未发生过。
▲ 猎户座飞船的应急返回过程
▲ 太空发射系统火箭逃逸塔的发动机喷管
▲ 航天飞机发射时，航天员的橙色发射逃生服在海上非常显眼
还有一种是跨大西洋中止着陆（TAL）或东海岸中止着陆（ECAL）。在这些场景下，航天飞机已经无法获得足够的能量进入轨道，但已经飞得太远，不可能返回卡纳维拉尔角发射场。这时，航天飞机将前往欧洲、非洲着陆，如果条件允许，也可以尝试降落在美国东海岸的某一条跑道上。
如果上述预案都无法执行，航天飞机因为推进系统故障无法到达任何一条跑道，航天员可以执行应急中止。在这种模式下，航天员以尽可能选择理想的轨道滑翔，尽可能接近着陆场。抵达指定高度后，航天员执行自动程序，让轨道器保持直线飞行。然后从侧面舱门口弹出一根逃生杆，航天员通过滑梯爬到逃生杆上，然后跳伞。之所以不从舱门口直接跳伞，是为了防止出舱后与航天飞机再次碰撞，被撞个血肉横飞。这种装置是在“挑战者号”事故后加装到航天飞机上的。
航天员未必有机会在陆地上空跳伞，而且轨道器在海上迫降后，恐怕会当场解体，因此救援方案考虑到了航天员降落到海水中的情况。他们的橙色发射逃生服在海上非常显眼，也具备漂浮能力。救援力量会在第一时刻赶到。
在过去几十年时间里，人们设想了很多从轨道上紧急撤离的方案。其实从载人航天起步到现在的几十年里，除了“阿波罗13 号”，几乎没有出过这类事故，但是研究者们仍然对这个话题乐此不疲。可能是人类无法忍受那种爱莫能助的感觉吧。
有一位叫马克·韦德的研究者，在www.astronautix.com 网站上对这个主题进行过详细介绍。他搜集了35个不同概念的细节。这些概念通常采用两种范式。基于“救生艇”范式的轨道救援概念，通常归结为一艘小型航天器。它可以充当救生艇，把航天员带回家。另一种是“降落伞”范式的，一般只能救援一名航天员。它们一般采用充气式或泡沫结构制成的可展开系统，用降落伞作为航天员返回的最后阶段。不过，上述系统很难具备足够结构强度来承受重返大气层的空气动力学载荷和热量，也没有足够的能力来执行离轨机动，并在再入期间保持结构稳定。
如果在出舱活动期间发生了事故，比如航天员与航天器连接的系绳被切断，那么就需要用反推系统把航天员推回去。为此，有人提出在航天员背上增加一个小型压缩氮气系统，配上控制装置，航天员可以把自己推回空间站或航天飞机。有些航天服，比如航天飞机的航天服配备了推进系统，等于自带救援能力了。
▲ 收藏在博物馆中的“阿波罗13 号”返回舱
▲ “联盟11 号”遇难的三位航天员
到目前为止，载人航天发生过一些惨烈事故，但是留给人们去救援的机会并不多。无论是苏联“联盟1 号”事故导致科马洛夫遇难，还是“联盟11 号”返回舱泄漏导致3 位航天员遇难，以及两次美国航天飞机事故，致命伤害都是在瞬间发生的，并没有救援的机会。
▲ “阿波罗13 号”事故的模拟图
▲ “阿波罗13 号”推进舱发生事故后的外观
真正发生了人员被困，然后通过天地协同实现救援成功的，其实只有“阿波罗13 号”一个案例。但是，随着国际空间站和中国空间站的长期在轨飞行，以及未来商业空间站、绕月轨道空间站、月球科研站的建立，“阿波罗13 号”案例的价值越来越具有意义。这个案例向人们表明，如果一个航天器在太空发生故障，出动另一艘航天器去救援，困难是很大的。太空救援主要靠自救，然后才能讨论其他航天器的救援。
能不能实施这样的救援，是由遇险航天器和救援航天器的特性决定的。如果遇险航天器能够在更长的时间内维持人类生命，救援任务就会更容易。救援航天器发射准备的速度越快，发射的限制（天气、系统、轨道力学）越少，救援任务就越容易。
鉴于这些特征，当航天器遇险的时候，如果能与另一个带有生命支持功能的工具对接，并且救援航天器可以快速完成准备工作、发射到与遇险航天器相同的轨道，就是最理想的救援场景了。
“阿波罗13 号”之所以能成功救援，是因为发生爆炸的指令舱与登月舱（另一艘航天器）对接在一起。登月舱可以长时间支持人员生存，然后航天员能够利用指令舱的有限能力返回地球。尽管涉及两艘航天器，但这仍然属于“自救”的案例。
在近地轨道飞行中，航天器可以考虑对接空间站，来延长应急情况下的生存时间。不过，这种对接机会是受到轨道条件限制的。如果遇险航天器无法进入与空间站交会的轨道，那么就不可能采用这种救援方式。这种对接避险的模式在哥伦比亚号航天飞机失事后，受到了高度重视。
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