史说丨今年民航命运多舛，载人航天也不例外（文末有小视频）
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北京时间10月11日下午16:40分，一枚俄罗斯联盟-FG运载火箭（序列号U15000-064）搭载着联盟MS-10号载人飞船（序列号57S）从哈萨克斯坦拜科努尔太空中心一号发射工位发射升空，在飞行至165秒时，发射中止，返回舱与运载火箭分离，随后弹道下降，降落在哈萨克斯坦杰兹卡兹甘附近，航天员安全。
飞船发射时画面
本次发射的联盟MS-10载人飞船上行任务是运送两名第57远征驻留组成员前往国际空间站，分别是俄罗斯航天员亚历克西·尼古拉耶维奇·奥夫奇尼恩，指令长，1971年生于苏俄雅罗斯拉夫尔州雷宾斯克，俄罗斯空军少校，2006年入选加加林航天员训练中心第14组航天员，曾于2016年执行联盟TMA-20M（国际空间站远征47/48驻留组）任务；美国宇航员泰勒·尼克劳斯“尼克”·黑格，飞行工程师，1975年生于美国堪萨斯州贝尔维尔，美国空军中校，2013年入选NASA航天员，第一次执行太空飞行任务。截至发稿，两位航天员健康状态良好，目前正在返回莫斯科星城基地的路上。
联盟MS-10号发射任务的两名航天员
本次出现故障的运载火箭型号为联盟-FG，由俄罗斯进步火箭太空中心制造，高49.5米，直径2.95米，质量305吨，可将7.8吨有效载荷送入低地球轨道。联盟-FG火箭有四个捆绑助推器，一级芯级与二级组成，（俄方称为一级、二级、三级，然而由于助推器与芯级并联，这种叫法并不科学）飞船位于二级上的整流罩中。联盟-FG于2002年载人首飞，不算这次，一共进行过64次发射，其中51次为载人发射，64次发射全部成功，截止前天，联盟-FG可靠性为100%。
助推器分离
联盟-FG是联盟火箭最新的载人改进型，其历史可追溯到于1957年首飞的世界上第一种洲际弹道导弹——R-7。R-7导弹采用的是液氧煤油发动机，受发动机类型限制较难应用于即时作战。为防止液氧煤油发动机的燃料挥发，它的燃烧剂与氧化剂必须在发射前非常短的时间内加筑，外加体积巨大，无法进行无依托发射（必须有发射场和发射台），R-7所谓武器的反应速度与生存能力令人堪忧。苏联政府发现了这个问题，然而虽然R-7的种种问题使它不可能成为一款成功的弹道导弹，但是这些问题并不影响它在航天领域大放异彩——R-7泛生出了许多著名的运载火箭，例如卫星号，月球号，东方号，闪电号，上升号，以及本文讨论的联盟号。世界上第一颗卫星与第一位航天员都由R-7系列火箭送入太空。此次发射的联盟-FG火箭为第1887枚R-7系列火箭。虽然R-7家族历史悠久，但是可靠性非常高，截止2000年R-7系列火箭共发射1628次，可靠率97.5%。
联盟号运载火箭家族
此次发射的联盟MS飞船是联盟号飞船的最新改进型，联盟号飞船由俄罗斯能源火箭公司制造，发射质量7.08吨，体积10.5立方米，1967年载人首飞。联盟号飞船由轨道舱，下降舱与服务舱组成，航天员在起降时束缚于下降舱的座椅中。不算这次，联盟MS飞船一共执行过9次任务，9次任务全部载人，8次任务全部成功，1次任务未结束并有故障。联盟MS-10飞船是联盟系列第142艘载人飞船。整个苏联/俄罗斯历史上，一共出现过16次载人航天事故，其中两次是由于运载火箭故障（所幸这两次都没有人员伤亡）。
联盟号飞船资料图
第一次是1975年4月5日发射的联盟18a。联盟18a由一枚基础型联盟火箭发射，本应与礼炮4号空间站对接，可是发射后289秒二级火箭在与一级火箭分离时分离机构发生故障，六个锁中有三个未能开启，然而尽管分离失败二级发动机此时已经开机，强大的火焰将工作异常的锁炸断，然而分离失败的力矩导致二级旋转并姿态异常，最终二级点火方向错误，飞船被加速飞回地球而非入轨。295秒，联盟火箭制导系统判定发射异常，随即自动启动中止程序，航天员在经历21.3G的过载后，安全降落在阿尔泰山脉中。
联盟18a返回地面
第二次是1983年9月26日发射的联盟T-10a，联盟T-10a由一枚联盟-U火箭发射，本应与礼炮7号空间站对接，可是在起飞前90秒，阀门故障导致了用来加压的氮气进入了B号捆绑助推器的煤油涡轮泵。涡轮泵开始在无燃烧剂的情况下转动，转速很快就超过了设计限制，导致涡轮破裂以及煤油漏出，最终起火。火焰吞噬了火箭的底部。最终，地面控制人员启动了发射逃逸系统，逃逸塔带着轨道舱，下降舱与整流罩上半部分飞离了即将爆炸的火箭，六秒钟后，火箭爆炸，两位航天员则安全降落在发射场4公里外的空地上。降落后的航天员立刻饮用了伏特加以平复情绪。
联盟T-10a发射任务的两名航天员
此次的发射事故，更类似于1975年的联盟18a事故，都是高空二段中止。为什么发射需要中止？火箭出现故障，火箭本身有爆炸危险，或者是单单的火箭出现故障无法建立一个合适的轨道，都可能触发箭再计算机的程序，导致火箭自动做出中止发射的判断，同时，地面指挥人员也可以通过上行指令手动中止发射。所以，导致发射中止的情况可能非常紧急立刻威胁航天员生命，也可能是一般的火箭故障。当飞船无法入轨时，发射就会中止。联盟飞船与联盟火箭的发射中止模式主要可以分为两种，一是依靠逃逸塔（一段）中止，二是依靠整流罩上端高空逃逸发动机（二段）中止，三是依靠联盟号飞船本身（三段）中止。一段中止适用于人员塔架打开到起飞后120秒，4万米高度以下，这段时间火箭若发生故障，逃逸系统的固体发动机会启动，整流罩栅格翼展开，上下整流罩分离，下降舱与服务舱分离，逃逸塔带着轨道舱，下降舱与整流罩上半部分飞离火箭，逃逸塔燃尽关机，组合体随后依靠惯性滑行，并通过栅格翼保持飞行稳定。在最高点，下降舱与轨道舱分离，开伞，抛隔大底，靠近地面时缓冲发动机点火，下降舱载着航天员着陆。二段中止适用于逃逸塔分离后，抛整流罩前，这段时间若火箭发生故障，整流罩顶端的的固体火箭发动机会启动，整流罩栅格翼展开，上下整流罩分离，下降舱与服务舱分离，逃逸塔带着轨道舱，下降舱与整流罩上半部分飞离火箭，之后与一段中止相同。三段中止适用于逃逸塔分离后直到入轨，鉴于整流罩已抛弃，空气十分细薄，不具备空气动力学外形的飞船可以自主在入轨前作亚轨道飞行。这段时间火箭若发生故障，服务舱主发动机点火，随后船箭分离，飞船飞离故障火箭，发动机关机后，飞船调资，三舱分离，随后下降舱进行弹道下降/再入，并且执行降落程序。
国际空间站航天员Alexander Gerst在空间站记录下了此次发射的过程
什么是弹道下降呢？往楼下扔一块石头就是弹道下降（请勿在生活中这么做）。由于下降舱能够制造些许升力，联盟号飞船在正常的再入/下降过程中，会采取带有一定攻角的下降姿态，这样可以延长大气层内的减速距离，从而降低负加速度，降低过载，这叫升力下降。然而弹道下降中下降舱的隔热大底直接向前，整个下降舱就像是石头一样自由落体。相比升力下降，弹道下降的过载更大，同时落点更不精确（升力下降可以通过控制下降舱姿态控制升力方向，进而小范围调整落点），但好处是简单粗暴，不需要过多的计算于控制，特别适合紧急情况。
航天飞船再入大气层示意图
回到此次事故，根据俄罗斯航天局直播，飞行进入2分45秒时，也就是助推器分离后不久，火箭报警出现助推器故障，运载火箭失效，随即二段中止程序被启动，船箭分离。航天员回报，启动电力系统，CAPCOM答复，飞船电力已经启动，不必紧张，航天员回报，感到失重，F1点亮（笔者并未接受过联盟号飞船的驾乘训练，无法解释具体操作）。随后按照正常程序，下降舱与整流罩分离，地面发送弹道下降上行指令，随后航天员做好防过载准备，最高过载6.7G（搭乘联盟号的航天员训练时经历的最大过载是13G，虽然正常的飞行过载一般会在4G以下，但是对于弹道下降来说已经很友善了）。一切都按照正常紧急程序进行，毫不慌张，但紧张有序，也可以体现出美俄航天员卓越的训练成果和整个莫斯科/休斯顿测控团队的专业水平。
联盟MS-10载人飞船降落在哈萨克斯坦杰兹卡兹甘
另外，根据直播的长焦可见光追踪镜头，一个助推器在分离时疑似撞破芯级液氧贮箱，可能导致芯级氧化剂泄露。如果氧化剂确实有泄露，那么一级会过早关车，从而使飞船速度不够，无法入轨。助推器撞向芯级有许多可能性，根据外媒报道或许这枚助推器的一个液氧阀未能打开。联盟号火箭的捆绑助推器依靠内壁的液氧阀喷出汽化的多余液氧来确保助推器在分离后远离芯级，无法喷出液氧会导致助推器未能与芯级及时拉开距离，从而导致分离后再此撞上芯级，当然，以上是根据目前公布的线索进行的一些合理推断，最终的事故原因还是需要等待俄方的调查。
火箭与飞船是非常复杂的系统，任何细节出现问题都会导致警报的触发以及发射中止程序的激活，直到目前，通过直播视频以及后续报道我们并不能断定真正导致事故故障的原因，但是比起这次事故更令人担忧的，还是俄罗斯航天工业最近的整体表现。
美东时间2018年8月29日晚，地面人物控制团队发现国际空间站正在释压，经过航天员检查，漏洞位于停靠在俄罗斯晨曦号实验舱下部对接口的俄罗斯联盟MS-09号飞船的轨道舱，是一个直径2毫米的小洞。航天员先用卡普顿胶带封住了小洞，随后用环氧密封胶进行了堵漏。起初大家认为这个小洞由太空垃圾或微陨石造成，然而随着调查的深入，俄罗斯航天局局长迪米特里·罗戈济恩宣布这个洞是在地面人为故意拿电钻钻出来的。真是细思极恐。
联盟MS-09号飞船上被检查出的漏洞
尽管目前，美国，俄罗斯，日本都有能力将太空飞船送往国际空间站，但是美国航天飞机于2011年退役后，目前真正有能力往国际空间站接送人员的航天器只有俄罗斯的联盟飞船。此次事故后，俄罗斯宣布停飞所有的载人联盟火箭。目前，美国SpaceX的载人龙飞船可能也要2019年6月才能发射升空，这还是载人试飞的时间表，无法执行正式轮换任务，波音的CST-100更是遥遥无期，联盟这么一跪，不仅导致阿联酋宇航员飞天被从日程踢除，国际空间站能否继续运作，还真是个问题。
SpaceX 载人龙2飞船资料图
别的不说，现在空间站里还有三个人，现在所有联盟飞船停飞，他们该何去何从呢？是马上回来，是正常日期返回还是加班工作？但是根据联盟MS飞船的留轨能力，国际空间站中的宇航员必须在明年之前返回，否则目前对接站上的联盟MS-09飞船将”过保质期“。虽然目前站上宇航员表示愿意加班无论多久，但是空间站上必须对接有保质期内的飞船以保证空间站如果发生不测，人员可以马上撤离。理论上俄罗斯可以每200天发射无人联盟飞船以保持空间站至少有一艘联盟号处于保质期内，但这样做将付出高额的成本。虽然比起联盟MS飞船的三人定员，美国开发中的龙2飞船与CST-100“星际客机”可以载7人往返，快速接送大量宇航员往返国际空间站，但是当这两款飞船可以投入正式运营时，时间可能已经到两年后了。
目前在空间站的三名航天员
如果联盟号无法在短时间内载人复飞，也就是联盟MS-11任务需要大幅度推迟，年底联盟MS-09返回后，国际空间站将无人值守，要知道，国际空间站自2000年便有人不间断驻留。虽然国际空间站在设计时便可以无人飞行，但是快20年，这还是头一次空间站人员全部撤离。这对全世界未来的载人航天活动有多大的影响？我们无从得知。
获救后的两名航天员
最后，我想引用欧洲航天局宇航员亚历山大·格斯特博士，也就是目前国际空间站第57远征驻留组指令长，在推特上发表的一篇关于此次事故的推文：
“Bin froh, dass es unseren Freunden gut geht. Danke an>1000 Rettungskräfte! Heute hat sich wieder gezeigt, wie großartig die Soyuzist: Trotz Fehlstart wurde die Crew sicher zur Erde zurückgebracht. Raumfahrtist hart. Aber wir müssen weitermachen, zum Wohle der Menschheit.”
（很高兴所有的朋友们都安然无恙。感谢一千多位参与搜救行动的专业人士！今天的事件再次证明了联盟号是多么优秀的一款载具：它能够在如此不利的情况下带着飞行乘组安全返回地球。太空飞行是艰难的。可为了全人类的福祉，我们必须坚持下去。）
中国空间站核心舱外形
载人航天是艰难的，但我们从不畏惧。按现计划，2019年我国新型载人飞船将迎来首飞，2020年长征五号乙将托举中国空间站核心舱飞入太空，紧接着神州十二号将带着航天员与中国空间站对接。艰苦奋斗，百折不挠，永不退缩，这可能是全世界通认的载人航天精神吧！
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