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航天器退役,归宿在哪里?

常驻编辑 科普中国 2022-08-10 航天器   天葬   大气层   太平洋   飞船   海域   归宿   碎片   轨道   再入   高度

近日,天舟三号货运飞船完成使命后受控再入大气层,飞船大部分器件被烧毁,少量残骸落入南太平洋预定海域,从而宣告了天舟三号任务的圆满结束。那么,目前运行在太空的航天器退役后都有哪些处理方式呢?IMm拜客生活常识网

再入“火葬”好处多IMm拜客生活常识网

天舟三号飞船顺利再入大气层烧毁,属于航天器退役处理最常见的方式。近地轨道上的各种航天器,无论是通信卫星、遥感卫星、气象卫星还是载人飞船、货运飞船和空间站,到寿退役后一般都选择再入大气层焚毁的“火葬”方式。IMm拜客生活常识网

再入火葬指的是航天器寿命结束时,被动或主动变轨降低轨道高度,再入大气层。由于近地轨道上航天器的飞行速度很快,再入大气层时和大气剧烈摩擦,高温高压会摧毁再入的航天器,因此,大部分零部件都会在大气层内彻底烧毁干净。IMm拜客生活常识网

对于大多数航天器来说,只有极少数耐高温的设备能落到地球上,所以,再入火葬方式是一劳永逸地解决了航天器的退役处理问题。IMm拜客生活常识网

如果航天器体积重量太大,仍可能会留下不少没有完全烧干净的残骸,这些高速落到地球的“天外来客”,对人们来说完全是飞来横祸。好在航天器无控再入的落点是随机的,而地球表面大多数区域仍是地广人稀,迄今还没有出现过航天器再入残骸造成人员死伤的事情发生。IMm拜客生活常识网

为降低航天器再入火葬后剩余残骸的威胁,航天器最好是主动受控再入落到无人区,而地球上恰好有一块不仅地广人稀而且连海上和空中航线都稀少的区域,它就是广阔的南太平洋海域。IMm拜客生活常识网

南太平洋海域中央有一个被称为尼莫点的位置,它距离最近的大陆都有2600多公里,可想而知尼莫点周围空旷海域的辽阔。受控再入的航天器比如我国的天舟系列货运飞船,一般都主动选择在杳无人烟的南太平洋海域上空进行火葬。IMm拜客生活常识网

2001年,俄罗斯的和平号空间站也是在南太平洋海域上空再入烧毁,庞大的国际空间站未来也打算在这片海域进行火葬,最大限度降低对人类的威胁和伤害。IMm拜客生活常识网

卫星“天葬”轨道高IMm拜客生活常识网

再入火葬处理得比较干净,但航天器退役并非只有这种处理方式,对于中高轨道卫星来说,由于推进系统性能的局限性,不可能在寿命结束时再入大气层,它们通常是进行“天葬”。IMm拜客生活常识网

天葬最典型的例子就是地球同步轨道卫星。1997年,国际空间碎片协调委员会制定一项规章,为更好地处理地球同步轨道卫星,要求各国在卫星寿终正寝前,将其提升轨道进入同步轨道上空300公里处的坟墓轨道。IMm拜客生活常识网

卫星天葬可以腾出宝贵的同步轨道位置,避免死亡卫星和正常卫星发生轨道碰撞,或死亡卫星爆炸碎片带来的撞击,从而保证地球同步轨道卫星的正常工作。IMm拜客生活常识网

众所周知,近地轨道上受到高层大气阻力的影响,航天器轨道高度会慢慢降低,这也是天舟飞船选择再入烧毁的根本原因。相反,在高轨道上的情况又有所不同,同步轨道以及更高的坟墓轨道上,大气阻力的影响很小,而地球非球面以及太阳、月亮的三体引力摄动成为主流,引力摄动带来轨道高度的周期性变化,对偏心率小于0.003的卫星来说,轨道高度上下偏移一般不超过35公里。IMm拜客生活常识网

太阳光的辐射压力也会带来扰动,但这和卫星的反射系数、反射面积和质量等特征相关。综合地球非球面、三体和太阳光压的影响,300公里的高度差也足够保证数百年或在更长的时间里,退役后进入坟墓轨道的死亡卫星,不会干扰到同步轨道卫星的正常工作和机动。IMm拜客生活常识网

总之,卫星天葬实际上就是将其送入轨道高度更高的坟墓轨道,相当于地面上把垃圾集中掩埋,只不过在太空掩埋的高度更高。IMm拜客生活常识网

虽然天葬并不是彻底解决退役航天器的最佳方式,但中短期内不会对正常工作的卫星造成干扰,毕竟这个太空坟场的高度足够高。IMm拜客生活常识网

清理利用正实现IMm拜客生活常识网

无论是地球近地轨道受控再入烧毁的火葬,还是高轨道以同步静止轨道为主的升轨天葬,都是近几十年才有的方法,而自1957年人类进入太空以来,地球轨道上早已密布各种类型的废弃航天器和轨道碎片。IMm拜客生活常识网

分布在低轨道上的部分废弃航天器在大气阻力下几十或上百年后仍然有再入烧毁的希望,但高轨道的废弃航天器和碎片根本没有消失的可能,而且现役航天器还可能因为故障退役,无法主动调整轨道。所以,太空垃圾的主动清除技术就在这种形势下提上日程,为航天器的退役处理开辟了一条新路。

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