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  • 这次真的再见了!天宫一号重返地球“魂归何处”?

    时间:2018-04-02 15:30:08  来源:东方网  作者:解敏

    图片说明:天舟一号示意图

    东方网记者解敏4月2日报道:据中国载人航天工程办公室4月1日发布最新消息称,2018年4月1日8时,天宫一号运行在平均高度约167.6公里的轨道上(近地点高度约161.0公里、远地点高度约174.3公里、倾角约42.70度),预计北京时间2018年4月2日再入大气层。超期服役的天宫一号,在空中翱翔了2377天之后,今天终于重新投入地球的怀抱。

    带你认识天宫一号的一生

    图片说明:2011年9月29日天宫一号发射升空

    天宫一号是中国第一个实施空间交会对接的目标飞行器,于2011年9月29日21时16分03秒在酒泉卫星发射中心发射,飞行器全长10.4米,最大直径3.35米,由实验舱和资源舱构成。可满足3名航天员在舱内工作和生活需要。

    天宫一号的主要任务是为实施空间交会对接试验提供目标飞行器;初步建立长期无人在轨运行、短期有人照料的载人空间试验平台,为空间站研制积累经验,同时进行空间科学试验、航天医学试验和空间技术试验。

    天宫一号设计寿命2年。成功发射之后,按计划开展了一系列空间科学实验和应用试验。

    2011年11月3日凌晨,完成与神舟八号飞船的对接任务。实现中国首次无人航天器交会对接,突破了地面控制下的航天器交会对接技术。

    2012年6月18日下午14时14分,与神舟九号对接成功。实现中国首次载人航天器交会对接,突破了航天器自动交会对接和航天员手动控制下的交会对接技术。

    图片说明:天宫一号与神舟十号交会对接,完成我国首次太空授课

    2013年6月13日13时18分,与神舟十号飞船完成自动交会对接。完成对接的同时,飞行员王亚平还进行了空间授课直播,全面展现了中国的天链通信技术。

    为我国载人航天发展做出了重大贡献。它的发射标志着中国迈入中国航天“三步走”战略的第二步第二阶段。

    随着神舟十号飞船返回后,天宫一号即完成主要使命。此后,本着“充分利用、挖掘潜力”的原则,有关部门精心运营维护、严密实施监控,继续利用天宫一号开展了航天技术试验、对地遥感应用和空间环境探测,验证了低轨长寿命载人航天器设计、制造、管理、控制相关技术,获取了大量有价值的数据信息和应用成果,超期服役的天宫一号为空间站的建设运营和载人航天成果的应用推广积累了重要经验。可以说,天宫一号是中国载人航天历史上划时代的丰碑。

    天宫一号为什么会“返回”

    天宫一号返回地球又称为“航天器再入”,再入是航天飞行的重要组成部分,是指完成预定空间任务后,通过制动进入大气层,然后在地面上着陆的过程。在距离地球表面300km-1000km的近地轨道上,运行着空间站和各类卫星等航天器。这些航天器在完成自身使命或报废失效后,都会受到地球稀薄大气的影响而缓慢离开运行轨道并最终再入大气层。

    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,其功能失效。2016年3月16日,天宫一号目标飞行器已正式终止数据服务,全面完成了其历史使命,进入轨道衰减期。

    图片说明:天宫一号目标飞行器

    为什么天宫一号再入的时间、地点一直无法确定?

    天宫一号到底什么时候返回地球,恐怕是这两天人们讨论的最多的一个话题。但这恐怕也是一个大多数科学家都无法精确回答的问题。

    由于天宫一号超期服役,功能已经失效,处于无控状态。对于无控航天器而言,即便知道它的准确重量,但由于航天器的姿态不受控,其迎风面积大小也难于确定,所以,当航天器的高度很低时,大气阻力的影响是最难估计的。此外,航天器入轨后还将受到太阳引力、月球引力、地球引力等的共同影响,都会对航天器产生不同程度的影响。目前,世界各国均不具备准确预测的能力,一般只有再入大气层前的最后几圈才能有相对准确的预报,并将再入区域确定在长度为12000千米的范围内。

    天宫一号再入大气层之后会发生什么

    图片说明:“天宫”一号坠落过程示意图

    根据理论研究和历史上天空实验室、和平号空间站等大型航天器再入大气层的飞行经验,航天器无控再入大气层可以分为缓速衰减阶段、临近再入阶段、再入解体阶段3个阶段。

    第一部:缓速衰减阶段大型设备分离解体

    在进入大气层初期,安装在航天器外部的太阳电池板、大型天线等设备在大气阻力作用下开始撕裂,在剧烈的气动摩擦中,这些设备从主结构上撕裂、脱落,与航天器本体分离后被大气层摩擦、烧蚀。这个过程一般发生在100km高度左右。

    第二部:临近再入阶段航天器解体

    随着航天器的温度继续升高,舱体受到的气动摩擦和气动热会愈演愈烈,在高温和大气阻力的双重作用下,航天器的主体结构、内外部设备陆续与航天器本体发生分离,若航天器携带有较多剩余燃料,甚至可能发生爆炸加快解体和燃烧的速度。航天器解体高度一般在80km左右。解体后的碎片在坠落过程中继续加热烧蚀。

    第三部:再入解体阶段碎片烧尽

    航天器的碎片在坠落过程中继续受到气动热和气动力的双重作用熔化或燃烧,质量和体积逐渐减小,其中大部分碎片在到达地面前已烧尽,不会到达地面。只有少量较难烧蚀的部件可能会残留一部分,直到到达地面;还有一些质量更小的碎片,在烧尽前已经降到较低速度,不再烧蚀,也可能会最终飘落到地面。

    有外媒质疑,天宫一号携带了一些有毒有害燃料无法在再入大气层时完全烧毁的说法,据权威消息,天宫一号目标飞行器所用燃料属于航天器普遍使用的燃料,再入大气层时剩余的少量燃料将随结构部件一同烧毁,不会对地面造成危害;其次,航天器在再入大气层时,动能大部分将转化为热能,进而使自身烧蚀烧毁,不会产生有害物质。

    被天宫一号碎片砸中的概率有多少?

    一般情况下,天宫一号会受到地球稀薄大气的影响而缓慢坠回地球。天宫一号重量约8吨,根据中国载人航天办公室消息,他的大部分器件将在返回大气层中烧蚀销毁,对航空活动以及地面造成危害的可能性极小。

    由于地球表面70%被海洋覆盖,而大陆部分大多是无人地带,因此航天器的残余碎片落向人口密集地区的概率更是非常非常小。人类航天已经开展了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。

    有天文学家计算了天宫一号重返地球的一系列概率。天宫一号落到陆地的概率是38%,落到海里的可能性是62%。根据地表城市区域所占比例,天宫一号落到城区的风险是1%,接触到人的风险是0.02%。考虑到全球有75亿人口,你只是其中之一,所以砸到你的风险只有0.0000000000027%。因此无需为“会不会被天宫一号的碎片砸到”这样的事忧心忡忡。

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