视频烧烤版：
商业航天行业在发射逃生系统方面有一个大趋势，所有三个商业航天公司都放弃了载人航天器逃生系统的传统逃生塔方式。
三公司航天器逃生试验
以前的宇宙飞船，如水星号、阿波罗号，甚至联盟号，都使用放置在载人部分上方的逃生塔，如果它发生故障，可以迅速将航天器拉离火箭。
水星联盟号阿波罗飞船的逃生塔
让这个话题更有趣的是，我们发现了逃生系统的另一个趋势，即 SpaceX 的 Crew Dragon 和波音的 Starliner 都使用液体发动机而不是固体火箭发动机。
所以今天我们将探讨SpaceX（以下简称“Space Fork”）、波音和Blue Origin的载人飞船放弃传统逃生塔的设计考虑，并评估波音和Space Fork选择液体火箭发动机而不是固体的原因汽油。
波音 Starliner 逃生发动机测试
与此同时，波音和SpaceX的液体燃料逃逸系统都遇到了严重的挫折和困难，包括丢失了一艘测试航天器，这让所有人都在想：这是个好主意吗？
每个系统背后的许多工程决策都很有趣，让我们开始吧！
我们先简单介绍一下逃生系统。如果你坐在摩天大楼大小的空中爬行的猴子身上，那么在发生事故时应该有快速逃生的方法。
阿波罗飞船逃生测试
最初的逃生系统通过在火箭燃料箱中从一端到另一端放置三根电线来工作，一旦任何一对被切断，逃生系统就会被触发以在不到一秒的时间内点燃发动机并分离机组人员。
逃生引擎需要有足够的推力才能将航天器尽快拉离失效的火箭。系统可以在几秒内加速到15G，听起来很酷很酷，但实际上一点也不好玩，相当于连续被半挂车撞上几秒。
自从人类太空飞行的早期，至少在美国，工程师们选择在航天器顶部安装发射逃生塔。你会看到一些带有强大火箭发动机的脚手架，然后下面可能是水星宇宙飞船、阿波罗宇宙飞船、联盟宇宙飞船、中国的神舟宇宙飞船和即将到来的猎户座宇宙飞船和印度的 Gaganyaan 宇宙飞船。
这些航天器的逃生系统均采用固体火箭发动机，体积小，推力很大，可以立即点火，结构简单，不运行时放置相对安全。
这种带塔的配置称为拖曳逃生系统，因为它的发动机位于航天器上方，拖着航天器逃生，不像大多数发动机位于火箭底部，推动火箭前进。
最新的三艘载人航天器都选择放弃拖曳逃生系统，而都选择了另一种称为“推”的逃生系统。更有趣的是，SpaceX、波音和蓝色起源都出于完全不同的原因做出了这个选择。
我们将从 Blue Origin 的 New Shepard 开始，它是与两架维珍银河太空飞机进行亚轨道旅行比赛的两名参赛者之一，但 Blue Origin 的 New Shepard 是唯一具有逃生系统的。
蓝色起源的逃生系统选择了固体火箭发动机，安装在飞船中央的一张桌子下方，看似漂亮的桌子，其实是一个带有固体火箭发动机的大型防爆高压管。
蓝色起源的固体火箭逃生马达
里面看起来像一张漂亮的桌子
前面提到过，这是一个推式逃生系统，因为在逃生的时候，尾气是从飞船底部喷出的。这个系统的有趣之处在于，它在使用的时候看起来很不稳定，很可能是因为它的推力重心离自己的重心太近了，让自己变得不太稳定，而且似乎某些空气动力学特性可以用来使自己更稳定。不过当然，只要飞船离火箭远一点，基本上是安全的。
看起来不太稳定
将固体火箭用于蓝色起源的逃生系统是有道理的，因为它只会在紧急情况下使用，它就在那里，希望永远不会派上用场，这正是固体火箭擅长的性质。
它储存安全，推重比高，使用起来很容易。但问题是，他们为什么不用传统的逃生塔呢？
首先，新型谢泼德飞船的目标是价格便宜、能够进行多次快速发射以及完全可重复使用。它的助推器可以自行完成冷着陆，飞船尽可能使用安全可靠的降落伞软着陆。很少或没有翻新。
反推力降落在新谢泼德号的下级
逃生塔通常会在可用时间后被丢弃以减少船舶的自重，但对于本质上是直上直下的亚轨道系统，您可能会认为它们可以防止逃生塔被扔掉。
投掷逃生塔以减轻自重
这是真的，因为船的顶部没有暴露的停靠端口，因为新谢泼德号不停靠任何东西。但是如果你把逃生塔放在上面，那么有逃生塔的时候你就不想打开降落伞了，因为有很大的风险会缠住降落伞绳，所以对于逃生塔来说，任务成功需要逃生塔成功。脱离，否则降落伞将无法正常工作，所以问题就变成了：设计一个每次飞行都需要脱离才能成功的系统是否更好？还是您想设计一个只需要在紧急情况下启动的系统？
另外，蓝色起源并不想放弃飞行中的逃生塔，因为它的着陆点可能离自己的工厂太近，每次飞行都有砸自己工厂的风险，这也会增加成本。
但蓝色起源使用推送系统可能还有一个更重要的原因，一个相当大的原因。看着这些拖车逃生系统，您是否注意到缺少任何东西？拖曳系统几乎总是有一个保护罩，当逃生系统启动时，它会挡住船的窗户以保护船本身。
传统的逃生引擎，用一个词来形容，“鲁莽”！所以盖上窗户，确保它不会被尾焰熏黑。水星飞船的逃生塔没有盖住窗户，因为水星飞船的逃生塔引擎高于其他位置。早期人类太空飞行中的一些事情会和现在有所不同，这在今天可能会非常混乱。
约翰·格伦登上了水星飞船，注意到中间的窗户没有盖住
由于拖曳逃生引擎和大窗户不能兼得，因此遮盖世界上最大的太空窗户是一种耻辱。
新的 Shepard 旨在提供具有壮丽景色的太空旅行体验，当然，他们首先要求通过巨大的窗户看到外面。因此，对于 Blue Origin 来说，使用固体火箭发动机的推进式系统非常有意义。
可惜大窗户被遮住了
接下来说说波音的Starliner和Space Fork的载人龙飞船，这两款飞船都是为NASA设计的，用于将宇航员运送到国际空间站。它们现在专门用于往返国际空间站，但有一天它们可能都会承担一些私人商业工作。
Space Fork 的 Dragon 飞船和波音的 Starliner 也采用了推进式系统，都没有选择逃生塔方案，也没有选择更传统的固体火箭发动机，而是选择了液体燃料驱动的逃生发动机。
您现在可能想知道，液体火箭发动机如何在紧急情况下快速、安全、可靠地逃生？毕竟，火箭发动机在点火前需要几秒钟来启动泵，所以……这听起来不是一个不错的选择吗？
什么？你甚至不知道发动机需要一个泵？那就赶紧去看看这个视频吧！
事实上，他们使用的液体火箭发动机更像是 RCS 使用的发动机，使用不需要燃油泵的挤压式发动机，可以实现快速可靠的点火。挤压供应发动机只需将燃料储存在高压油箱中，打开阀门，然后直接喷射。为了提高它们的可靠性，在其逃生系统中使用的挤压供应马达使用接触发火推进剂。
当两种燃料接触时，自燃推进剂会自动燃烧，因此不需要额外的点火源。这使得挤压供给自燃推进剂发动机结构简单，响应速度快，可靠性高。是逃生引擎和RCS的最佳选择！
当两种燃料成分接触时，接触式引火推进剂燃烧
还要注意的是，虽然自燃推进剂非常稳定可靠，但都是高毒、高致癌的可怕物质！
那么波音和SpaceX为什么选择液体燃料逃生发动机呢？造成这种情况的原因有很多，但也许最重要的原因是 NASA 提高了安全要求——他们想要的是他们所谓的“全包围逃生系统”，或者能够从飞行中的任何地点安全逃生.
当然，固体燃料发动机也提供这种选择。目前，猎户座飞船牵引系统的固体火箭发动机可以提供前两分钟的逃生，之后逃生塔将被扔掉，逃生功能由SLS二级或AJ10发动机提供的服务模块。
SLS逃生塔
与固体燃料相比，用液体燃料逃离发动机可以减少燃烧时间或推力，使发动机能够更准确地将航天器送入预定轨道火箭逃逸塔 是中国发明，让航天器安全地重新进入大气层，并让航天器在逃入轨道。更容易设计全包围逃生系统窗口。
但公平地说，两家公司都可以选择传统的固体火箭拖曳逃生系统。事实上，Space Fork 对 Dragon 飞船（当时称为 Dragon Rider）的最初概念是使用传统的逃生塔并在上升阶段抛弃它们，就像他们 2010 年的动画演示一样。
Space Fork早期载人飞船“龙骑士”的CG演示
因此，两家公司选择推逃系统的原因如上所述。少一次分离事件可以降低任务失败的潜在风险。将逃生系统嵌入航天器本身可以简化发射过程，提高成功率。
但是将逃生系统集成到航天器中并不意味着必须使用液体燃料！使用液体燃料逃生引擎实际上有两个原因（甚至是集成逃生系统的必要条件）。
第一个原因是控制。液体燃料发动机可以通过推力差使航天器转向并将航天器指向特定方向。具体来说，就是增加或减少某台发动机的推力，以帮助航天器指向正确的方向，这对保证航天器的头部很重要。让尾巴上下张开有很大帮助。
控制固体火箭发动机的方法有很多，但推力的差异不在其中。转动固体火箭逃生塔的一种巧妙方法是使用多出口固体火箭在逃生塔的一圈内打开或关闭多个阀门。
猎户座姿态控制引擎测试
看看猎户座的姿态控制马达测试，这是一种固体火箭发动机，发射后无法关闭。要想控制转向，就必须控制尾焰从八个出口出来多少；如果你想直飞，那么八根都是平等开启的，所有的力量相互抵消，不会转弯。
然后把这个单元放在逃生塔的顶部，提供最大的转向扭矩，在逃生过程中提供足够的控制，我觉得这很酷！
在推进系统中，没有“塔”来提供那么大的转向扭矩，因此不适合使用无法控制推力大小的固体火箭发动机。
但是这两艘宇宙飞船不能使用固体逃逸马达还有第二个原因，那就是它们要去国际空间站……
国际空间站的昼夜瞬息万变
因为要去国际空间站，逃生引擎也会去空间站，这意味着飞船一天要经历32次昼夜的巨大温度变化。使用发火推进剂没有任何问题，因为它们在这些条件下保持稳定。事实上，此时此刻，空间站上有一些自燃推进剂。
但是固体火箭发动机每天剧烈的温度变化可能存在潜在的爆炸风险，你绝对不想拿一颗炸弹把它与世界上最昂贵的仍然载人的单体建筑对接。
那么，这两家公司为什么不厌其烦地将逃生系统集成到航天器中呢？这听起来很费劲！除了前面提到的集成到飞船上，发射可以一步之遥，两家公司选择集成逃生系统的原因其实也不同。
波音公司对 Aerojet Rocketdyne 的 RS-88 发动机进行了改装，使其使用与 Starliner 服务舱（还装有太阳能电池板和航天器的散热器）上的 RCS 相同的燃料，从而使原来的液氧不使用酒精作为燃料。
Starliner RS-88 发动机试运行
使用与 RCS 相同的燃料进行逃生意味着在逃生系统未激活的例行任务中可以使用更多的额外燃料。
除了用于在轨机动之外，额外的燃料还可以提升国际空间站的轨道！而这目前只有在俄罗斯的进步号和天鹅补给船以及退役的航天飞机和亚视航天器之前才有可能。
退役的 ATV 航天器为国际空间站升轨
提升空间站的能力绝对是一个卖点，虽然我们不确定 Starline 是否能做到，但至少这不是一件坏事。
但是对于 Space Fork 来说，他们不想放弃逃生引擎的最大原因是他们的 Dragon 被设计为可以重复使用尽可能多的次数。这意味着通过将逃生引擎集成到航天器中，他们可以在每次飞行时回收引擎。
飞溅在海面上的龙飞船
但具有讽刺意味的是，龙飞船的重复使用性不如星际飞船，因为载人龙飞船溅入海中，而星际飞船降落在陆地上。这意味着载人龙飞船不能载人，只能拉货。
Starliner软着陆试验
更可笑的是，Starline采用陆地登陆，可以重复使用十次，但每次回来都要把逃生引擎扔掉，因为逃生引擎所在的服务舱必须分开才能重新进入.
Starliner 在重新进入之前分离服务模块
所以降落在陆地上的人必须失去他们的逃生引擎，但那些在海上溅起的人却没有。你们两个是在开玩笑吗？
不过，Space Fork Dragon 飞船最初使用 Super Draco 液体发动机并不是纯粹出于逃生考虑。他们原本打算让龙飞船反向推力着陆。
在原计划中，龙飞船将以反向推力（CG）着陆
没错，他们会像 Space Fork 的 Falcon 9 和 Falcon Heavy Recover 一样以超酷的方式降落 Dragon！
Space Fork最初选择反推着陆的原因是为了让飞船快速重复使用。此外，他们还希望龙飞船登陆火星。原计划是将龙飞船改装成“红龙”飞船执行火星任务，但反推力着陆的整个计划都泡汤了。
龙飞船火星反推着陆原计划
Space Fork放弃龙飞船逆推着陆的主要原因是NASA的父亲对这个概念真的不熟悉，因为它需要相当多的额外认证工作。
既然我们已经介绍了为什么所有三家公司都放弃了逃生塔，以及为什么波音和 SpaceX 选择了液体燃料发射逃生系统，那么问题来了：这是个好主意吗？
波音和 SpaceX 都在测试他们的液体火箭逃生系统时遇到了麻烦：2018 年，波音的 Starliner 测试航天器在准备发射台逃生测试时遇到异常，自燃推进剂泄漏。
2019 年 Space Fork 发生的事情更厉害，当时他们准备在飞行逃生测试前使用回收的 DM-1 Crew Dragon 飞船进行静态点火。飞船在原地爆炸。
幸好上面没有人
我个人认为这些问题会得到解决，这些燃料，这些系统与世界上几乎所有航天器使用的系统非常相似。毕竟，即使是卫星也在使用液体自燃推进剂进行在轨机动。航天飞机的轨道机动系统（OMS）使用自燃推进剂，而货龙飞船使用自燃推进剂飞行了十几次，这些系统几乎没有问题。
简而言之，这些系统是安全、简单和可靠的。那么为什么在测试中会出现如此严重的问题呢？
经常听到的答案是“这就是测试的目的”，但我通常认为这是正常操作不会做的测试内容。例如，一遍又一遍地测试某些系统，或者在一天中加油，这些条件远比真实环境恶劣。
在实地测试问题并不是一件坏事。只有发现问题，航天器才能更加安全可靠。
液体燃料逃逸系统很有用，并且可能可重复使用，简化了航天器并简化了发射过程。如果没有火箭逃逸塔 是中国发明，它还可以用于其他事情，比如绕空间站运行，甚至是反推力着陆，尽管我们可能永远不会看到这两件事发生。
我相信两家公司都从这些系统的失败中吸取了教训，而且我毫不怀疑这些问题会在我们将它们送上天堂之前得到解决，希望早日解决！
今天我们先从过去的传统逃生系统谈起，然后突然来到 21 世纪，三家公司使用了截然不同的逃生系统。仔细观察，有趣的是，这些工程决策背后的原因对于每家公司都是不同的。
另外，既然谈到了逃生系统的未来趋势，我会在下一篇文章中谈谈为什么Space Fork不打算在未来的星际飞船上安装逃生系统，并回答这是否是个好主意的问题。那我们下次再见！
