天宮空間站救援方案:為何要8.5天和16天?緊急時刻來得及嗎?

  • 在〈天宮空間站救援方案:為何要8.5天和16天?緊急時刻來得及嗎?〉中留言功能已關閉
  • 21

2022年6月5日10時44分,搭載神舟十四號載人飛船的長征二號F遙十四運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射,約577秒後,神舟十四號載人飛船與火箭成功分離,進入預定軌道。

17點42分,神舟十四號載人飛船已采用自主快速交會對接模式,經過6次自主變軌,成功對接於天和核心艙徑向端口,從發射到對接完成共用時6小時58分,目前航天員已經進入天宮空間站,接下來6個月,將是天宮空間站建設的重點階段。

太空救援?天宮空間站救援計劃揭秘

2022年6月5日,新華社發表瞭一篇標題為“乘舟巡宇探天河——神舟十四號飛天紀實”的稿件,除瞭對航天員以及神舟十四號發射前後的詳細介紹外,還披露瞭一個驚人的消息:

神舟十四號載人飛船是神舟十三號載人飛船的應急救援飛船。

空間站任務實施以來,為瞭確保任務順利展開與航天員絕對安全,神舟飛船要具備天地結合多重保證的應急救援能力。為此,航天科技集團一院的研制人員采用“滾動待命”策略,即“一船發射、一船待命”,並使飛船具備8.5天應急發射能力。

目前,神舟十四號載人飛船已在發射場待命達7個月。

這裡的信息告訴我們一個驚人的事實,目前發射的神舟十四號飛船居然是神舟十三號飛船的應急救援飛船,而且這個應急救援模式是“滾動待命”策略,也就是“一船發射、一船待命”,並使飛船具備8.5天應急發射能力。

為什麼要準備救援飛船?

相信大傢應該會飛船詫異,既然是救援飛船那不就是救援用的嗎?其實不是這樣,我們討論的是那些情況下才需要派遣救援飛船前往空間站。

《地心引力》和《太空救援》展示瞭兩個截然不同的救援場面,前者是航天飛機在執行升級哈勃望遠鏡的任務時遭遇瞭俄羅斯導彈摧毀的衛星碎片轟擊,隻有兩名在執行艙外行走的宇航員恩·史東博士和麥特·科沃斯基機長幸存。

之後兩人展開瞭辛苦的自救行動,費盡千辛萬苦,在科沃斯基犧牲瞭自己後史東博士終於抵達空間站,並且進入瞭在空間站待命的飛船,但第二波碎片襲擊再次摧毀瞭國際空間站,並且飛船嚴重受損,無法重返大氣層,因此博士隻能考慮唯一一個選擇,駕駛飛船向中國空間站靠攏,最終進入瞭中國空間站並登上飛船踏上瞭返回地球的旅程。

《太空救援》則是一個搶救禮炮七號空間站(1985年6月出故障)的電影,與救援宇航員無關,這個任務盡管也是搶救,但不是迫切任務性質,隻是因為挑戰者號航天飛機即將發射(1985年7月29日發射),為瞭避免禮炮七號落入美國人之手才有瞭這個“太空搶險任務”。

緊急救援:其實時間很久

假如像好萊塢大片《地心引力》中設定的情形,航天飛機被毀,國際空間站解體,宇航員僅僅隻能依靠艙外宇航服內留存的氧氣等待救援是來不及的!據WIKI資料,我國的飛天艙外航天服可以自持7個小時以上的工作,據非正式資料稱,美國宇航服可以自持10小時以上,但筆者沒有找到相關資料(WIKI資料也在6~7小時左右,阿波羅登月宇航服)。

也就是說留給地面救援的時間隻有6~7小時,從目前的發射來看,一枚整裝待發的火箭確實可以在7小時內變軌抵達空間站或者宇航員所在的軌道,甚至可以更短,但現實中卻很難!

救援相關的準備:為何需要那麼久?

地球是一顆大約24小時自轉一周的行星,當航天器發射上天繞行一圈後,大傢一定會發現第二圈路過時已經不是同一地點,因為地球已經轉瞭這一圈的時間的裡程,比如天宮空間站一天大約繞地球15.6圈,那麼每圈在赤道經過的歷程約為2500千米,酒泉衛星發射中心的維度大約為40.9度,那麼一圈後大約相距1640千米。

所以大傢會發現飛船發射是有窗口的,不能隨時發射,最好就是等飛船發射後的軌跡剛好被空間站經過而相遇,或者現在的空間站會在飛船發射前有一個調相機動,也就是我稍微往前一點或者滯後一點,剛好讓飛船可以最快速度對接上。

這就是快速對接,一般這個操作大約就是神舟十四和天宮空間站對接的時間,大約6.5小時,從理論上來看這個時間可以縮短到1小時之內,比如航天史上最快的一次對接發生在1968年4月15日,前蘇聯宇宙-213和前一天發射的宇宙-212飛船進行快速交會對接試驗,宇宙-213飛船在發射後46分鐘就實現瞭對接。

但其實這個對接是有要求的,比如剛好等另一艘飛船經過時對接,而且發射時間與飛船入軌精度要求相當高,並不是隨時可以發射,要不然就得不斷變軌去靠近另一艘飛船或者空間站,不僅浪費燃料還浪費時間,不如等幾天讓飛船飛過來(按空間站軌道高度,大約25天左右會重復經過同一個地點)。

因此按之前的發射窗口加上一般的入軌精度,飛船對接到空間站大約需要2天,假如算上隨時的話估計需要更久,也就是說從立即發射的條件出發,而且軌道相位還比較合適,那麼也需要2-3天左右的時間才能到達。

地面準備時間:可能需要更久

我國的載人飛船發射的火箭是CZ-2F(長征二號F),它由四個助推器+一個芯二級級火箭級組成,其燃料為四氧化二氮和偏二甲肼,這種燃料加註後一般需要在一個月內發射(資料來自使用這種燃料的液體導彈),因為這種燃料有毒且腐蝕性很強,無法長期保存。

長征2F/T1運載火箭燃料加註

因此必須要現場加註,央視網在6月5日有一篇報道表明,長征2號F火箭燃料加註時間需要10-12小時以上:

長征二號F運載火箭由四個助推器,一子級和二子級、飛船整流罩和逃逸塔組成,整個火箭起飛重量接近500噸,其中絕大部分都是燃料的重量。在加註過程中,1級和2級同時加註,然後再對4個助推器進行加註,整個加註過程從準備到結束,需要10—12個小時時間。燃料加註就意味著火箭進入瞭不可逆狀態。

即使是液氧煤油同樣無法保存,比如中國運載火箭研究院網站的一份資料指出,長征七號的低溫燃料存放時間24小時,就已經創下瞭低溫燃料停放時間最長紀錄,所以加註燃料這個時間必不可少,隻有全固體燃料火箭才能拉出來就發射,但它卻不適合發射載人飛船。

僅僅隻有加註燃料和發射兩個步驟?

顯然不是這樣的,盡管本文開頭已經說明“滾動待命”策略,即“一船發射、一船待命”,比如神舟13號發射時Y14待命,而神舟14號飛船發射時待命的是Y15,除瞭加註燃料和發射入軌,還有很多任務要完成,比如官方資料中就有8.5天和16天兩個緊急救援的版本:

8.5天應急救援流程主要工作

上圖是8.5天應急救援的主要工作,可以看到除瞭燃料加註以外,還有總檢查以及逃逸塔測試和船箭組合等等大量的匹配檢查工作,因此8.5天是目前我國能達到的最快時間。

上圖是應急火箭應急值班的流程,基本上就是射一枚,下一枚作為應急任務,再射一枚,再留下一枚作為應急任務,一直滾動。

為什麼會有8.5天和16天兩種方案,不是越快越好嗎?

目前公開的資料中是應對以下兩種情況而設置的:

1、空間站及其對接的載入飛船出現故障,且關鍵功能相關備份產品已啟用,經評估決策後,執行8.5天應急發射方案:

人員利用2天時間在發射場集結,發射場有效工作時間約6.5天。火箭在技術區經過外觀檢查和狀態恢復後,即轉運到發射區開展測試工作,船罩組合體、逃逸塔在發射區與火箭進行對接,並完成後續應急救援發射任務。

2、空間站及其對接的載入飛船出現故障,但各項功能基本正常,暫不影響航天員生命安全的情況下,執行16天應急發射方案:

人員在發射場集結完畢後,載人飛船在11天內完成技術區廠房相關工作,之後在3天內完成船罩組合體、逃逸塔在技術區廠房與火箭對接,船箭塔組合體轉運至發射區,在發射區進行功能及接口檢查,火箭推進劑加註和發射等工作。

應對的情況大致為飛船返回系統已經故障,但空間站仍能維持航天員生存,或者空間站和飛船都出現故障,但生命基本維持系統基本正常!應急發射中沒有規劃立即需要救援這種情況,而原因也很簡單,這種情況下以目前的技術無法救援,唯一的辦法是請求國際救援,

國際救援如何進行?

目前在近地軌道上的有天宮空間站和國際空間站,在軌的飛船有天宮1艘神舟飛船,和國際空間站靠泊的一艘聯盟-21飛船以及龍飛船自由號,也就是說在軌將會有三艘可以自由活動飛船。

從理論上看,如果國際空間站或者天宮空間站出現絕對緊急的情況需要救援,那麼雙方都有飛船可以派遣,天宮空間站短期內增加7名航天員確實是個疑問,因為這個沒有人評估過,但未來的天宮空間站正常是可以常駐6名航天員的。

而國際空間站上增加3名宇航員則沒有什麼大問題,畢竟國際空間站空間站空間更大,也曾有過13人的最高紀錄,因此10人不是什麼嚴重的問題,隻是睡覺不太有地方瞭。

軌道傾角相差太大:是個大問題

天宮空間站和國際空間站軌道高度隻相差30千米不到,但傾角相差比較大,天宮空間站傾角是41.4720°,而國際空間站則是51.6456°,相差接近10°,這可是個大麻煩,因為30千米高度是比較容易的,但改變傾角再改回來,而且相位差可能非常大,唯一差別的是可以立即出發(假設雙方在政治層面上交涉一切順利)。

一句話總結:假如需要立即救援的話,很有可能就是愛莫能助!無論是國際空間站還是天宮空間站,但在軌飛船和空間站同時損壞的情況極其罕見,除非像《地心引力》中被碎片群擊中,真是那樣的話隻能聽天由命瞭。

呱呱資訊
  • 本文由 发表于 2022年6月9日
  • 轉載請務必保留本文連結:https://www.guaguazixun.com/explore/100300.html
牛瞭!中國火星采樣將比美國提前兩年返回地球,NASA被打臉瞭 探索

牛瞭!中國火星采樣將比美國提前兩年返回地球,NASA被打臉瞭

2020年7月23日,天問一號成功發射。相信在歷史上,2020年將是一個相當激動人心的年份,這一年雖然受到疫情的影響,但是包括中國在內的許多國傢都趁著發射窗口的打開,開啟瞭探索火星的元年。世界上探索火...
老外質疑空間站授課造假!天宮課堂:為何一杯水液面平平放桌上? 探索

老外質疑空間站授課造假!天宮課堂:為何一杯水液面平平放桌上?

“天宮課堂”是神舟十三號航天員在天宮空間站上舉行的一堂科學課,“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站為廣大青少年再度帶來一場“高能”的太空科普課。但國外有網友在翻看天宮課堂的紀錄片時卻發現瞭一...
日本櫻島火山噴發,會引爆富士山嗎?專傢:富士山隨時都可能噴發 探索

日本櫻島火山噴發,會引爆富士山嗎?專傢:富士山隨時都可能噴發

日本前段時間剛宣佈為應對富士山火山噴發做準備,日本的另一座火山櫻島火山就噴發,濃煙直沖天際,煙柱高達1500米,火山灰朝著福山方向流去。我國地理位置與日本較近,那此次櫻島火山噴發會影響我國嗎?實際上,...
氫彈原理大傢都知道,為何印度還沒造出來?三相彈究竟有多難? 探索

氫彈原理大傢都知道,為何印度還沒造出來?三相彈究竟有多難?

接續前一系列:印度核武器!偶興趣的朋友可以去翻本ID前一篇文章:1998年印度宣佈成功試爆氫彈!11年後科學傢爆料:那隻是一個啞彈。有關印度核武器的歷史,如果不想去翻舊賬,那麼下文簡要敘述一下!199...
1998年印度宣佈成功試爆氫彈!11年後科學傢爆料:那隻是一個啞彈 探索

1998年印度宣佈成功試爆氫彈!11年後科學傢爆料:那隻是一個啞彈

1998年5月13日,USGS分佈在全球地震監測網監測到印度突發的三次地震,該地區位於印度近期核試驗熱點的博克蘭地區,全世界都認為印度一定是進行瞭核試驗!5月17日,印度官方公佈瞭5次核試驗後的現場照...