除了坠毁和回收 老旧航天器还有第三种归宿

国内2020-09-29 04:00:02

除了坠毁和恢复旧航天器外  ,还有第三个目的地

9月27日 ,我国使用长征4B运载火箭在太原卫星发射中心成功发射了一颗箭和两颗星减轻环境灾难的2A和B卫星 。

当新的航天器被发射到太空中时,将有一个老的航天器正在“死亡”。不久前 ,美国国家航空航天局(NASA)的一架无法继续工作的旧航天器坠落到地球上 ,降落在大溪地和南太平洋库克群岛之间的地区。据报道,名为“轨道地球物理站”1(OGO-1)的航天器于1964年9月发射 ,重500公斤 ,用于扫描受地球磁场控制的周围空间 。1969年之后,航天器不再能够将数据发送到地球 ,而是一直处于待机模式。在地球在太空中运行了半个多世纪之后 ,其“太空之旅”终于结束了 。

当前,世界上掌握可重复使用航天器发射技术的国家并不多,大多数航天器使用后无法回收 。那么,完成任务的航天器的“命运”是什么 ?为此,记者采访了中国航天科学院第二研究院研究员,国际宇航联合会航天运输委员会副主席杨玉光,并请专家们揭示了“旧航天器”的命运 。

1970年 ,我国第一颗人造卫星“东方红1号”发射升空,拉开了我国航天工业的序幕 。半个世纪过去了,“东方红一号”即使停止工作仍在绕轨道飞行 。

杨玉光告诉记者,由于当时技术条件的限制 ,“东方红一号”卫星没有安装太阳能电池板 ,而是“由电池供电。”运行28天后,电池耗尽了 ,卫星无法继续工作”。

记者了解到,目前有两种回收航天器的主要方法。一种是使用航天飞机的机械臂“捕获”并恢复它 。例如,休斯(Hughes)于1984年制造的WesternUnion-6卫星。发射后,高层火箭被提前关闭,未能进入轨道,并在9个月后被航天飞机捕获并返回地面。回收航天器的另一种方法是在航天器上安装耐热的空气动力学外观和反推力。移动设备(例如中国的可返回卫星)在任务完成后会返回观测结果并返回地面。

对于无法回收的航天器 ,各国通常有两种处理措施 。

如果是高轨道卫星,则旧卫星在完成其在轨任务后需要“让步”到新卫星。因此,需要在使用寿命结束之前提高它。杨玉光解释说:“升空的过程是加速其自身的推进系统 ,使飞船的轨道升至比地球同步轨道高约200公里的轨道 。”

对于低轨道航天器 ,它分为两种处理方法:受控除轨和非受控除轨。

有航天器,寿命终止的空间站和航天飞机在受控的离轨状态下返回地球。例如 ,我国第一架自行研制的货运飞船天州一号采用了多种通信技术,以使飞船能够实现与地面测控系统的信息交互。当航天器在轨道上飞行时 ,研究人员可以通过专门开发的应答器天线网络发送地对空控制指令并接收飞行状态信息,从而确保在轨飞行控制系统的有效运行  。完成相关任务后,在对地面测控通信系统的精确控制和严密监视下 ,天州一号两次刹车 ,使轨道高度连续下降,最终进入大气燃烧  。

失控的失轨道主要是那些足够低以继续工作的卫星。杨玉光说:“如果这些卫星足够小,并且没有耐燃部件,它们将在寿命结束后自行掉落。最后,它会在大气中燃烧掉。”

杨玉光告诉记者,为了防止更多的航天器留在太空中并影响太空秩序 ,许多国家正在研究为航天器配备离轨帆或其他装置 ,这些装置可以增加其空气动力学阻力 ,以实现卫星减速和轨道运行。

“一架旧航天器在太空停留的时间越长,它与其他航天器发生碰撞的可能性就越大。在航天器上增加离轨帆就等于在不改变质量的情况下增加了质量 。其面积使它的行驶阻力会增加,并且它在停止工作后会很快开始下降。这将使航天器能够快速,被动地脱轨并帮助清除太空垃圾。”杨玉光说。

当航天器返回地球时,其着陆时间和范围可控吗?

记者了解到,根据牛顿定律 ,假定重力是影响卫星轨道的唯一驱动力,那么卫星将始终绕圆形或椭圆形轨道绕地球旋转。但这不适用于较低轨道高度的航天器 。由于大气层的影响  ,航天器的速度降低了 ,轨道高度也进一步降低了。要预测跌落的时间和位置 ,必须知道大气密度。但是 ,当航天器返回地球时,很难测量其去向的实时大气密度值  ,因此科学家很难预测航天器坠落的时间和位置。

“如果航天器坠入大气层时没有被燃烧 ,则航天器有可能掉落在地球表面。某些航天器会先通过可控的降轨然后失控的坠落来结束其任务 ,例如降落在地面上。南太平洋。这是几千公里半径的深海无人区,所以掉落在那里的航天器不会对人类构成任何威胁 。”杨玉光说:“对于不受自身控制而坠落的航天器,科学家将密切注意其坠落轨迹 。当接近地球时 ,通常距地面约200公里,您可以粗略地预测其下落的位置。”

杨玉光告诉记者,在地球的整个表面上 ,海洋占总面积的71%,而陆地仅占大约29%。在这29%的面积中,人类居住面积的比例也很小,因此飞船落入了人类住区。可能性极低。

在历史上,曾发生过几次航天器失控坠落到地面的情况 。据报道,1978年1月24日,苏联核动力卫星“Cosmos954”在其轨道上失控,坠入加拿大西北部 。尽管这颗卫星含有很多放射性物质 ,该反应堆跌落时已被分离,但该卫星着陆后仍对周围100,000平方公里的区域造成了少量辐射污染。

1979年7月11日,重约80吨的美国“Skylab”空间站在重新进入过程中被错误处理(也就是说  ,航天器通过制动进入大气,然后降落在地球表面),并且大量碎片散落在澳大利亚在西部荒原,坠毁的航天器撞倒了几间小屋 ,杀死了一头牛。

据杨玉光说,目前在地面和空中频繁飞行的航天器是货运航天器,主要包括美国龙号航天器,“天鹅”号航天器,俄罗斯“进步MS”系列航天器,欧洲ATV货运航天器和日本航天器。HTV货运飞船。对于航天器和我国的田州1号货运航天器 ,目前只能回收“龙”号航天器。在其他货运飞船将其货物运送到空间站后,它们将离开轨道并与部分空间站的垃圾一起掉回南太平洋 。

航天器的发射费用巨大,为什么我们不向所有航天器添加恢复设备 ?专家解释说,是否为可回收性设计航天器不仅是从成本的角度。

杨玉光说:“首先,必须考虑科学研究的需要。需要带回特定“货物”的航天器需要可回收的设计。例如 ,太空实验是一个育种项目 ,而育种结果需要通过航天器的“搭便车”返回地球 。,使用我们的可返回卫星就可以完成这项运输任务 。”

另一方面,并​​非所有航天器都适合安装类似于可返回卫星的回收装置 。空气动力学形状和热保护层可以确保航天器在恢复过程中不会因与大气高速摩擦而产生的空气动力学热而受到损害,但是热保护材料占据的空间很大并且重量不能低估 。因此,当前仅限于诸如载人航天器的特殊航天器。

杨玉光进一步解释说,如果较小的航天器增加空气动力学外观和热保护层,它将占据航天器自身的体积和重量,这将影响发射和轨道运行。考虑到技术和成本因素 ,无需为其安装恢复设备 。

在谈到目前在太空中运行的航天器的未来“命运”时 ,杨玉光说,航天器需要消耗推进剂来改变其轨道 。由于某些零件和零件仍然完好无损,但是航天器已经耗尽了推进剂 ,科学家可以采取某些措施来延长其寿命 。例如 ,我国于2017年发射的``天州一号''载人飞船成功完成了对天宫2号太空实验室推进剂的补给 ,这可以使太空实验室保持在轨道上并延长实验室的寿命。

现在 ,人类开始尝试更多的方法来延长航天器在轨道上的寿命。今年4月17日,诺斯罗普·格鲁曼公司(NorthropGrumman)的MEV-1卫星成功地与国际电信卫星组织(InternationalTelecommunicationsSatelliteOrganisation)的Intelsat-901的发动机喷嘴对接 ,并开始为Intelsat-901提供几乎已经用完的新喷嘴 。燃料,这也是人类第一次依靠新卫星来实现在旧卫星上“延续生命”的使命。

今年八月,诺斯罗普·格鲁曼公司再次将MEV-2卫星发射到太空的目的是捕获已经在太空中使用了16年的老化卫星,并通过安装一套新的发动机和燃料来延长这颗旧卫星在轨道上的寿命。

有关专家认为,帮助航天器延长使用寿命将成为未来技术公司的新业务增长领域,这可能有助于将人类深空探测活动提升到新的技术水平。

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