航天救生

遇险时，宇航员从航天器中逃逸、着陆（或着水）后生存及被营救的全过程。按阶段分为主动飞行段救生，轨道运行段救生，返回着陆段救生。应设置着陆区，配备足够的营救力量，搜索、通信手段和打捞工具，医疗设施，航天员应携带呼救电台、信号装置，食品及自救物品。

航天救生

航天过程中，航天器要经受种种严酷条件考验，一旦个别系统或部件发生故障，即可能导致航天事故。因此须配备脱险装置，发生危险时，迅速将舱内人员营救出来或使座椅脱离危险区。随着航天技术的发展，参加空间航行的人次愈来愈多，航行时间也愈来愈延长。人类已经登上月球，还将要登上其他星球。故航天应急救生问题日益引起重视。实现载人航天以来，已有七名航天员因航天事故死亡。如美国阿波罗4号的三名航天员，在发射台上，由于座舱内起火被烧死。又如苏联联盟11号三名航天员，因座舱漏气，又未穿航天服，由于急性缺氧而丧生。联盟1号一名航天员因飞船主伞被伞绳缠绕，未能开伞而丧生。曾发生航天事故由于采取应急措施而安全返回者已有五次。如阿波罗13号原计划为登月航行，但当距月球还有61000km时，液氧储存箱爆炸，设备舱被炸坏。指令舱的氧、水、电和气源顿时中断，三名航天员的生命安全立即处于严重威胁之中。后由于果断采取应急措施，靠登月舱维持生活和工作，操纵登月舱的下降发动机调整飞船轨道，修正航线，使飞船以-6.5°的再入角进入大气层，三名航天员进入回收舱，抛去登月舱，才安全返回地球。因临时发生事故征候而延迟发射时间或取消起飞计划者也有多次。由此可见，飞船从起飞到着陆每一环节都有可能发生事故。在制定应急救生方案时，需要分析各个飞行阶段的救生特点，研制专门的应急脱险装置。
根据发生故障的高度不同，采用的应急救生方案也不同，现按以下四个阶段叙述：
发射台到低空阶段救生 飞船座舱位于运载火箭顶端，运载火箭静止或在稠密大气层推进上升。据统计，起飞后60～120秒内发生故障的可能性最大，主要为运载火箭的故障，如运载火箭推力不足、提前熄火、爆炸或制导系统故障失控等。这时有几种作用力同时作用于飞船，如气动力载荷、振颤载荷等。一旦发生故障须立即中止飞行，使飞船按应急返回程序回到地面或迅速使航天员脱离开危险区。此时应考虑以下几种因素：
❶作用在航天员身体上的各种加速度影响。
❷爆炸冲击波作用在飞船上的超压。
❸爆炸产生压力波时间与距离。
❹设置预警和中断系统。根据运载火箭爆炸威力不同，一般采用两种救生方案：
救生塔 使用低温燃料的运载火箭，爆炸威力大，能产生巨大的火球和冲击波。发生事故时应利用救生塔迅速将飞船送到火场以外的安全区，以保护航天员。塔架高3m，通过3个爆炸螺栓固定在飞船前端，顶上装有一个具有23吨推力的脱险火箭。当飞船在发射台或主动段飞行初期发生意外事故，需要中断飞行时，脱险火箭点火，飞船与运载火箭分离，推动飞船迅速升高150m以上，水平距离离开火场300m，待离开危险区后抛掉救生塔，最后藉助降落伞系统，使整个舱安全着陆。其工作程序如图1所示。若处在上升段还可用分离火箭增速，使飞船飞行轨迹远离爆炸气浪超压区及火球，防止救生系统经受高温、高压影响。若飞船起飞后，运载火箭工作正常，在一定高度(水星号，在6.5km)用分离火箭将救生塔抛去。水星、阿波罗、联盟三种型号飞船都采用该系统救生。

图1 救生塔工作程序

弹射座椅 使用常温可贮性燃料的运载火箭，爆炸时威力较小，故可采用类似在航空救生中使用的弹射座椅作为救生手段。美国双子星座飞船上即装有两个弹射座椅； 自发射台到14km高度，马赫数小于2，最大动压力小于4000kg/m²条件下，能够将两名航天员弹射出座舱。但实际应用中只限于5km以下使用，因在高空、高速条件下采用全飞船救生更为安全。在高空发生故障时，可利用船上动力设备，使飞船脱离运载火箭应急返回。苏联东方号飞船采用弹射座椅作为应急救生手段。
高空阶段救生 当高度在23km以上时，由于动压力较高，救生时主要采用制动火箭齐射点火，迅速将飞船与推进器分离，然后飞船以正常再入程序循弹道轨迹返回地面。当高度在159km以上，飞船已接近到入轨速度，如救生需中断飞行，只能以正常再入方式先与运载火箭分离，使飞船调正方向后，点燃制动火箭再入应急返回。
轨道航行阶段救生 现有的飞船，在运行轨道上的飞行安全是靠产品的可靠性或备件来保证，尚未配置专门有效的应急救生装置。出现危险时，飞船只能中断飞行计划提前返回；或从地面再发射一艘营救飞船与其对接，遇难航天员乘营救飞船返回。因此，设计飞船时，即应考虑使其具有一定时间的等候营救能力。
着陆阶段救生 飞船返回着陆主要靠降落伞系统完成，故伞系统在该阶段救生中极关重要。一般采用多伞制或设有备份伞。阿波罗15号在着陆前的排除剩余燃料过程，曾将一具伞烧毁，其余两具正常，虽然着陆冲击过载较大，达16G，但仍保证了安全着陆。另外在装有弹射座椅的飞船上，若伞发生故障，还可利用弹射座椅作为救生工具。为保证着陆后航天员的生存与自救，还应备有航天员个人救生物品及通讯联络设备。
航天站、航天飞机的救生。若航天站、轨道工场发生故障，已备的指挥服务舱可用来将乘员安全送回。若指挥服务舱丧失返回能力或轨道工场人员无法进入指挥服务舱时，必须发射营救飞船或航天飞机进行空间营救或修理，使航天员脱险。美国航天飞机初期试飞阶段装有两个SR-71型弹射座椅，作为起飞返回时应急救生用。在轨道飞行阶段，若轨道飞行器遭到破坏，不能返回时，可发射第二艘航天飞机与其停靠对接，将人员营救出来。这可能是当前较好的营救方法。这样就要求轨道飞行器必须备航天服及生命保证系统，在等待营救飞行器到来期间使用。美国国家航空航天局最近正在研究各种空间营救方案如“个人营救系统”(personnel rescue system,PRS)，“载人操纵单元”(manned maneuvering units,MMU)等。前者是将航天员包绕在一个狭小密闭环境里，供给航天员必要生存条件，用来保证航天员从损坏的飞船安全到达营救飞船内。后者是穿着航天服的航天员，操纵一个能机动飞行的装置，通过控制系统可离开损坏的飞船自由飞行到达营救飞船内。近年来有人提出“伞锥”(paracone)救生方案，可供航天员在发射台，发射时及轨道飞行时紧急救生用。伞锥是一种可张开的充气结构，平时折叠，紧急救生时张开充气呈圆锥状；人处在密闭的锥体内，其底部有减震装置，可减少冲击过载以保证人的安全。

图2 双子星座飞船应急返回程序

1-1e.运载火箭在4850米以下发生故障用弹射座椅救生 2-2a.在4850～23800米之间主动段救生，四个制动火箭齐点火，使飞船与运载火箭分离 3. 一级关车 4. 二级点火 5-5a. 23800米高度救生用制动火箭与制导火箭将座舱与运载分离 6.二级发动机关车 7. 抛掉整流罩 8. 座舱与二级分离 9.入轨后救生，用正常再入返回程序

载人航天救生过程，各种物理因素对人体的影响，与航空救生类似。若采用弹射座椅救生方案，同样会遇到弹射过载、气流吹袭、气动减速、快速旋转、开伞冲击、着陆冲击以及各种复合刺激作用于航天员 (参见“航空救生”)。若采用救生塔或应急返回时，会遇到较大的爆炸冲击载荷、摆动旋转、再入减速过载和着陆冲击过载等因素。因此在选择、设计救生方案时，必须考虑要附合人体生理卫生学要求，以保证人员安全救生。