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天宫一号无控返回大气层 以最绚烂的方式回家
2018-04-02 16:11:05   评论:0    点击:

据中国载人航天工程办公室发布,经北京航天飞行控制中心和有关机构监测分析,4月2日8时15分左右,天宫一号目标飞行器已再入大气层,再
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据中国载人航天工程办公室发布,经北京航天飞行控制中心和有关机构监测分析,4月2日8时15分左右,天宫一号目标飞行器已再入大气层,再入落区位于南太平洋中部区域,绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。

  天宫一号是中国研发的一个目标飞行器,目的是作为其他飞行器的接合点,为中国太空实验室计划的实验性轨道飞行器,于2011年9月29日21时16分3.507秒发射升空。
 天宫一号的升空,标志着我国迈入载人航天工程“三步走”战略的第二步第二阶段,换言之,这标志着我国已经拥有建立初步空间站,即短期无人照料的空间站的能力。
  此后3年里,天宫一号先后与神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船交会对接,系统验证了自动交会对接、人控/手动交会对接等关键支撑技术,让我国成为世界上第三个自主掌握空间交会对接技术的国家。2016年3月16日,这个战功赫赫的“中国造”全面完成使命,正式终止数据服务。

  天宫在太空轨道上运行,为什么会重返大气层?

  不少人可能觉得卫星离地面数百公里,位于太空之中,因此可以不受阻力的长时间甚至永久围绕地球运行,准确的说其实并不是这样的。

  我们这里所说的大气层主要指的是稠密大气层,是个人为定义的概念,国际航空联合会定义100公里的高度为卡门线,将其作为大气层和太空的界线。而实际上地球大气层是一个逐渐过渡的结构,在地面上方1000多公里的高度仍然有稀薄的大气或者是大气粒子。因此近地卫星工作的高度虽然已经超过300公里,但依然会受到极为稀薄大气层的微小阻力,但这些微小阻力累计后对轨道的影响就很大。

 

  地球大气层结构示意图,可见地球卫星运行的轨道并非是绝对的真空区域

 

  图为天宫一号几次轨道维持记录,运行一段时间后就需要加速提升轨道高度。

  飞行器一旦长时间不加速,轨道高度就会逐渐降低,降的越低大气阻力也就越大,最终坠入稠密大气层。

  天宫无控再入大气层难准确预测,也是因为变量太多

  还有人可能觉得,现在有极为精确的雷达能探测飞行器的基本参数,还有超级计算机辅助,准确计算无控飞行器载入大气层应该并不难,实际上也并不是这样。

  一方面100公里以上的大气层并不均匀,变化多端,人们难以精确得知某一区域某一时刻的的大气层详细数据,这就为计算增加了误差。

  还有另一个比较麻烦的问题就是无控飞行器的姿态复杂。据德国弗劳恩霍夫高频物理和雷达技术研究所的雷达影像,天宫在轨道上是在旋转飞行的,这也是受到稀薄大气持续影响的结果,因此飞行器不同时间姿态的受力又不同,因此哪怕有强大的计算机也难以利用这些参数,模拟出准确趋势,只能得出一个大致数据并且有相当大的误差。

 

  雷达拍到的近期天宫一号图像,可见姿态在快速变化,一边旋转一边飞行

  天宫一号的威胁非常非常非常小

  西方有些媒体,几个月前就借天宫返回大气层这件事炒作,这真是杞人忧天,目的不纯。

  实际上过去60年以来,我们大约经历过6000种不同的失控人造太空物返回地球的情况,大多是废弃的卫星和火箭的上半部分。砸到人身上的情况只有一例,但并没有对那个人导致多大伤害。

  而大部分天宫一号的“各种器官”都会在大气层的燃烧过程中消失,只有大约20%-40%的构件有存活的概率落到地球上,大海,尤其是南太平洋很可能是它的主要“埋葬地”。

  再者,以史为鉴可以说是最好的说明,统计一下历史上大型飞行器无控返回大气层的数据,比天宫一号大几倍甚至十几倍的设备都没造成影响,一个天宫一号又有什么风险可说?

 

  天宫一号相比此前无控坠入大气层的那些庞然大物要小得多,因此威胁也更低。

  经过科学计算,被天宫一号的碎片砸中的概率是1.2万亿分之一,比被闪电击中的概率还要低一亿倍。

  天宫将以最绚烂的方式回家

  天宫返回大气层时随着大气密度增加将与空气产生剧烈摩擦,大部分结构也在炽热中被烧掉,由于天宫一号由大量各种元素材料构成,因此燃烧时产生的颜色也不尽相同,场面将十分绚烂。

  天宫一号已经成功落幕,但中国航天空间站的建设进程才刚刚开始……

 

  飞行器载入大气层解体过程图示

  上图为飞行器载入大气层解体过程图示,首先是外部太阳能电池板首先被稠密大气层剥离,随后主体结构在高温中解体,最后大部分碎片在上千公里时速下与大气层剧烈摩擦烧毁。

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  图为欧洲太空总署的ATV-1飞船坠入大气层时解体

  欧洲太空总署的ATV-1飞船坠入大气层时解体,剧烈的高温下各类材料发出多种光芒,可以说这是一种十分绚丽多彩的落幕。

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