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天宫一号将“重返”地球 不带来任何伤害

2018-01-16 08:45:43 作者:rrkp 来源:

遥想天宫当年,随长征火箭一飞冲天,先后迎来神八、神九、神十,雄姿英发,交会对接、太空出舱、太空授课,打破多项航天器垄断技术,可谓功勋卓著。然而,英雄迟暮,天宫一号在2016年正式终止了数据服务。


天宫一号将如何“返回地球”,成为天文爱好者们关注的热点话题之一。近日,航天科技集团五院空间实验室系统总设计师朱枞鹏在接受媒体采访时就表示,我国一直在监控天宫一号,预计在2018年上半年坠落。其坠入大气层后就会烧蚀销毁,剩余残骸将落入指定海域,不会危害地面。


1 仍处于严密监视中


2016年3月21日,中国载人航天工程办公室称,已在轨工作1630天的天宫一号目标飞行器在完成与三艘神舟飞船交会对接和各项试验任务后,由于已超期服役两年半时间,其功能于近日失效,正式终止了数据服务。


地面跟踪观测显示,天宫一号目前仍在其设计轨道飞行。目前天宫一号的飞行轨道仍在持续、密切的跟踪监视之中。根据预测,天宫一号的飞行轨道将在今后数月内逐步降低,并最终再入大气层烧毁。


值得注意的是,终止数据连接之后,地面对于天宫一号的跟踪不再是遥测跟踪,而是变为了地面观测站的光学跟踪。


2016年3月25日,中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站发布消息显示,长春人卫站及时响应了对天宫一号的跟踪与监测需求,利用长春站空间碎片激光测距系统,于2016年3月23日成功获得两圈有效数据(含一圈地影数据),观测弧段共计4分钟,近4万个有效数据点。2016年9月,在天宫二号发射升空之际,中国载人航天工程新闻发言人、载人航天工程办公室副主任武平曾表示,天宫一号运行轨道仍在持续、密切的跟踪监视之中,平均轨道高度约370公里,而且正以每天100米的速度衰减,在寿命末期,将主动离轨,陨落南太平洋。


这种“跟踪监视”持续至今,并通过中国载人航天工程办公室官方网站对外发布“天宫一号目标飞行器轨道状态每周公告”。最近一次的公告提到:2017年12月17日至24日,天宫一号运行在平均高度约286.5公里的轨道上,姿态稳定,形态未发生异常。


“最新的公告标明,目前天宫一号仍然‘姿态稳定’,其完全失控不太可能。”荷兰代尔夫特大学航天学博士毛新愿对南方日报记者说。


2 运行轨道逐步降低


在距离终止地面与天宫一号的数据连接之后不久,天宫一号平均轨道高度约370公里,以每天100米的速度衰减,迄今为止,其平均轨道高度约286.5公里。


“天宫一号大大超出了预期,是中国载人航天历史上划时代的丰碑。但不可否认的是,目前的天宫一号的确是个被弃用的航天器残骸。”毛新愿说。


毛新愿表示,对包括天宫一号在内的位于200—600千米高度的航天器,都会受到地球稀薄大气的影响而缓慢坠回地球,在经过地球大气层的摩擦之后粉身碎骨。历史上,美国的航天飞机可以主动移除太空垃圾,但也只在1984年回收两颗入轨失败的昂贵通信卫星的任务中展示过,成本实在太高。


让大型航天器受控坠落是门技术活,航天专家庞之浩对南方日报记者表示,航天器受控坠落时,首先要在合适的位置、角度、姿态下,向航天器发出制动指令,让其产生适当的制动力,以离开当前轨道,进入坠向落区的轨道,各方面都需要精心计算。


在航天器受控坠落方面,我国已有丰富经验。据了解,除了多次控制神舟飞船和返回式卫星精准返回,2014年11月1日,我国探月工程三期再入返回飞行试验器以第二宇宙速度从月球轨道返回,通过在大气层表面“打水漂”的方式减速,最终落在内蒙古预定位置。2017年9月,我国又控制天舟一号飞船离轨,经过两次制动进入大气层烧毁,残骸坠入“航天器坟场”。


3 砸中地面概率很低


中国驻联合国(维也纳)代表团2017年5月4日致秘书长的普通照会中提出,经计算分析,天宫一号大部分结构部件将在再入过程中烧蚀销毁,对航空活动以及地面造成危害的概率很低。此外,中国会进一步加强对天宫一号轨道的跟踪和监测等,并且将提前公布最终的再入时间和可能受影响的地区。


实际上,航天器的受控陨落是个技术活,但是再入大气层并且安全返回地面的载人航天飞船或者航天飞机则更是技术活,换句话说,烧毁比不烧毁要简单一些。


毛新愿表示,航天器不仅要做好复杂的热防护,底部覆盖满能隔热2000多摄氏度的材料,而且还要调整好姿态返回。单单返回角度这一项就要求极为严苛,例如联盟号飞船和神舟飞船要求再入轨迹角度在1.5°左右,航天飞机也要求在5.5—6.9°。稍有偏差,就意味着即便是经过了复杂热防护的返回舱也会被焚毁。


天宫一号长约10.4米、直径最大3.35米,仅重8.5吨,返回时重量应该更小。而且,对于天宫一号的没有热防护的设计,即便精确瞄准、调整好角度都几乎不可能在返回大气层的时候幸存。


“对于返回地球的废弃航天器,由于受到诸多因素影响的大气密度无法精确预测、返回过程中遭受到的震动和冲击力巨大,因此在高速运动时几乎不可能通过主动的动力来实现实时控制。”毛新愿说。这也就意味着,不管天宫一号的返回过程是否如天舟一号等受控,其被焚毁的命运是无法改变的。


庞之浩透露,运行在近地轨道的大型航天器退役后,国际通行的做法是让其受控坠落到南太平洋一处远离大陆的深海区,那里被称为“航天器坟场”。俄罗斯的和平号空间站、进步号系列飞船,美国的康普顿伽马射线望远镜等都落在那儿。


“由于天宫一号的返回过程受到很多因素影响,几乎没有办法预测它解体后是否一定能完全烧毁。在世界范围内,废弃航天器精确落点的预测都是个顶级难题。更何况天宫这种形状不规则且毫无防护的废弃航天器,基本只能大概划分一个巨大的潜在残骸落区。”但毛新愿同时表示,人类航天开展了60年,还从未出现过一例在轨航天器返回地球时造成人员伤亡的案例。

关键词:天宫地球
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