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“天宫”坠落?牛顿说怪不得中国

 

  今早(4月2日),2011年发射升空的天宫一号在任务结束2年后,终于荣归故里,用一种堪称璀璨的方式:再入大气层并在过程中烧蚀销毁。

  政知道(微信ID:upolitics)起初看到这则新闻同样心里一惊,天宫一号好好的怎么“坠毁”了?更有甚者,几天前一些外国媒体甚至忧心忡忡地预警读者:“中国飞行器失控坠向地球,多地危险。”

  这是因为当天宫一号,或者说任何一个报废航天器,再次返回大气层时候高速运动下与大气层内致密的空气分子摩擦会产生足以烧蚀元器件的热。因此,天宫一号“回家”的过程,是一个在空中完成的解体、烧蚀的过程。

  又是解体又是燃烧,这些碎片会不会落到人们的头上造成危险?答案是微乎其微的。

  实际上,人类累计已有几万件航天器再入大气层烧蚀,但从没发生过一次碎片掉落伤人的事例。本世纪初,重达120吨的和平号空间站再入大气层,其大部分元器件同样在空中烧蚀,天宫一号只有8.5吨,这方面更不需要担心。

  问题来了,即便不用担心,但我们能不能不让其被烧毁并且精准控制落点呢?答案是肯定的,2003年神舟五号载人飞船返回落在内蒙古境内,正是这样的例子。可那是因为飞船里面坐着杨利伟,当然不能让飞船烧毁。而天宫一号既然已经圆满完成了实验任务,没有必要增加成本“保护”它返回。

  这个过程听起来十分壮烈,那么中国能不能不让航天器“自我送葬”,一直呆在太空中行不行?

  中国目前有数不清的近地轨道卫星都在正常运转,甚至1970年我国发射的第一颗人造地球卫星东方红一号至今仍在太空中“旅行”。说句题外话,前些日子SpaceX 掌门人马斯克让航天器到宇宙唱歌这事,我们48年前就做过了,谁说中国人不浪漫?

  总而言之,让航天器长时间驻留太空,就技术而言对中国没有任何难度。但区别于高轨道卫星,坠向地球并消逝于空气将是空间站一类的航天器无法逃脱的“宿命”。

  政知道(微信ID:upolitics)之所以总结为“宿命论”,是因为不同的航天器根据任务需求有着各自不同的运行轨道,而轨道的高低也就决定了不同的“宿命”。

  太空是一个真空环境没有空气,这是一个相对理想的状态。中国科学院国家天文台研究员郑永春解释称,实际上由于近地轨道高度相对低,距离地球200-600千米的航天器仍然会受到地球稀薄大气的影响,久而久之,大气阻力会使它们的飞行速度逐渐变慢。速度变慢后,航天器在地球的万有引力(即重力)作用下轨道逐渐降低,最后坠向地球“掉了下来”。

  而包括天宫一号、目前唯一运行的国际空间站,其运行轨道正处在这个区间。因此,他们和上文提到的东方红一号高轨道卫星不同,无法改变自己的“宿命”。实际上,过去的几十年中,前苏联和平号空间站、美国的空间实验室等等航天器都经历了这个“坠亡”的过程。

  可是,为啥空间站必须要在近地轨道呢?把它们送到不受大气影响的高轨道行不行?理论上是可以的,但是没有必要。

  首先,空间站内所进行的试验任务只需要一个基本太空环境即可满足,没必要“去那么远”。其次,空间站自重动辄几百吨,要想把这么重的大家伙送到高轨道,对火箭运力是一个极大的考验。最后,如果空间站被送至高轨道,此后的人员交流物资补给的运输难度将更大,得不偿失。

  “天宫一号的准确名称是天宫一号目标飞行器,澳门皇冠,它的主要功能既不是装货,也不是住人,而是为载人飞船进行对接试验提供训练目标。”郑永春曾对媒体表示。

  上述专家的解释似乎让人不解,为什么2011年发射之初大家都将其比作中国第一个小型空间站?

  空间站上,必须有完整的空气、废水循环系统,还需要具有足够大的空间将船员工作、睡觉和私人时间分开,以及必须有附加的洗浴、卫生设备,还得有足够的空间存储水和食物。我国的神舟系列载人航天飞船,搭载航天员在太空顶多驻留十数天,而目前唯一运行的国际空间站在设计之初工作寿命就达到20年。

  这里政知君问读者一个问题,如果你是一个航天员,你愿意在太空中工作20年吗?答案一定是否定的。因此,既然空间站的工作寿命如此长久,那么就需要有航天飞船与之往返对接,以运送人员、物资。

  也就是说,意图建造太空基地一般的空间站,其与载人、载货飞船对接和分离技术,是必须要掌握的。而天宫一号最大的任务,就是验证我们自己的对接技术。

  实际上,在多次顺利验证自动对接、手动对接技术后,天宫一号甚至还超龄工作了两年:

  2012年6月24日,天宫一号与搭载三名中国航天员的神舟九号飞船顺利对接,三名航天员进入天宫一号并驻留10天;

  2013年6月11日,天宫一号与搭载3名中国航天员的神舟十号飞船对接,之后几天航天员还在天宫一号内向地面学生授课;

  自此,中国成为继美俄后第三个掌握空间站交会对接技术的国家。由于天宫一号、二号的出色表现,中国甚至跳过了本来计划中的天宫三号,直接开启了载人航天“三步走”的最后一步,即在2020年左右建设真正意义的中国空间站。