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天宫一号即将归来 你不得不了解的航天器再入过程

来源:新浪科技                  发布时间:2018-03-29

编者按:日前,中国载人航天工程办公室发布消息,天宫一号目标飞行器即将再入大气层烧毁。

  对此,专家表示,我们普通人根本不需要为航天器再入这样事忧心忡忡。天宫一号等航天器再入时,不会像科幻电影中描述的那样,恶狠狠地砸向地球,而是在奔向地球的过程中,化成一身绚烂,划过美丽星空。

天宫一号与神舟八号飞船交会对接模拟图天宫一号与神舟八号飞船交会对接模拟图

  其实,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,都将离开运行轨道并最终再入大气层。最近大家颇为关注的天宫一号目前就处于这种轨道衰减阶段。

  天宫一号目标飞行器于2011年9月29日发射升空,先后与神舟八号、九号、十号飞船进行6次交会对接,完成了各项既定任务,为中国载人航天发展作出了重大贡献。2016年3月16日,天宫一号目标飞行器正式终止数据服务,全面完成了历史使命,自此进入轨道衰减期。

  当然,天宫一号可不是流星或者陨石,相对于陨石这样的自然天体,我们能够通过地面测控系统精确地测量出天宫一号的运行轨迹,通过计算精准预测出它的再入速度和再入角等信息。同时,天宫一号的构型及组成是已知的,我们能够计算和仿真出天宫一号进入大气层之后每一步的烧蚀、解体的情况。

  那么,大型航天器再入大气层的过程是怎样的呢?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,大型航天器进入大气层后烧蚀解体的一般过程可以简要概括为:

  大型设备的分离解体

  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。

  航天器的解体

  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。

  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。

  天宫一号重量约8吨,比起重达80吨的天空实验室、140吨的和平号空间站可以说算是个小个头了。根据严密监视和科学计算,天宫一号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。我们地球表面70%被海洋覆盖,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。事实上从20世纪60年代到现在,人类大约有15000吨以上的人造航天器残骸落回地球,但从未伤害到人口密集地区的居民。

  根据粗略的估算,在流星雨爆发的时段,每小时约有1000~20000颗陨石落向地球,而普通人被200g以上的陨石砸中的概率是7亿分之一作为对比,普通人一生中被雷劈的可能性是1.2万分之一。这样一比较,我们普通人根本不需要为航天器再入这样的事忧心忡忡。

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