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使命完成的“天宫一号”将再入大气层 下落有技术含量

核心提示:   “天宫一号”下落,那也是有技术含量的!  人们把住得最舒服的地方叫做宫殿,而将我国首个目标飞行器和空间实验室取名为“天宫”,则是希望航天员们在太空中生活的地方能与宫

  “天宫一号”下落,那也是有技术含量的!

  人们把住得最舒服的地方叫做宫殿,而将我国首个目标飞行器和空间实验室取名为“天宫”,则是希望航天员们在太空中生活的地方能与宫殿一样舒适。事实的确如此,天宫一号带给航天员仙境一般的舒适居住工作环境,也带给我们太多的惊喜:太空完美对接、我国首次太空授课……从2011年9月29日在酒泉卫星发射中心由长征二号 FT1 运载火箭发射升空,它陪伴我们度过了将近7年的时间。

资料图:图为从天宫一号看与神舟十号交会对接全过程实时画面。中新社发 秦宪安 摄资料图:图为从天宫一号看与神舟十号交会对接全过程实时画面。中新社发 秦宪安 摄

  当你仰望星空时,也许会看到天宫一号的身影,像星星一般的灿烂闪烁,而又像兔子一般矫捷飞过,转眼不见了踪影。就这样捉迷藏一般,它始终萦绕在我们的星空,不离不弃。

  科学家为天宫一号设计在轨寿命两年。直到2016年3月,已在轨工作1600多天的天宫一号在完成与三艘神舟飞船交会对接和各项试验任务后,超期服役两年半时间,正式终止了数据服务。而到2018年3月,它即将在科学家的帮助下再入大气层。

  针对已经完成使命的天宫一号,我国采取了两方面应对措施:一是加强了对飞行器的地面监测和预警;二是在飞行器轨道寿命末期,使天宫一号主动离轨,重返大气层烧毁。这两项技术都已经被我国科学家掌握并熟练运用。

  首先,对于空间物体监测方面,已经能够做到极高的测量精度。目前对空间物体的监测和跟踪主要采用地基的光学望远镜和雷达。雷达设备一般兼有对特殊高速飞行器的预警任务。光学设备观测技术成熟,运行费用相对较低,适合长期的常规观测,例如中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站光学望远镜在天宫一号目标发射和数次空间交会对接过程中一直参与跟踪定位和碰撞预警任务。空间目标只要有足够的星等,即可被光学设备跟踪定位,光学资料比较丰富,一般在百米的量级。为了满足和神舟飞船交会对接的需要,天宫一号在设计之初安装了近场和远场两个雷达角反射器,这为激光测距创造了极为有利的观测实验平台。激光测距的测量精度可达米级甚至厘米量级,已在卫星精密定轨和空间大地测量中逐步得到应用。如果你感兴趣,可以在中国载人航天官方网站(http://www.cmse.gov.cn/)上查看“天宫一号目标飞行器轨道状态每周公告”,可以看到天宫一号当前的轨道、姿态和形态状况。

  

  我国从2000年开始启动“空间碎片行动计划”,目前已完成空间碎片地基监测一期工程建设,为载人航天、探月工程等提供了空间碎片监测预警技术服务。开发了高性能防护材料和先进防护结构,颁布了《空间碎片减缓与防护管理办法》,对现役长征系列运载火箭实施末级钝化处置(包括火箭剩余推进剂排放、贮箱内增压气体排放、各种高压气瓶放气以及电池放电等),并多次对废弃卫星实施离轨处理。

  我国还成立了国家航天局空间碎片监测与应用中心,已具备在轨风险评估、航天器发射预警、航天器载荷效能评估、空间物体安全再入、航天器解体分析、减缓评估、地球同步轨道轨位安全性分析、空间碎片环境评估等能力。

  

  另一方面,在航天器再入控制方面,我国早已掌握技术难度最高的第二宇宙速度再入返回技术。从技术复杂度来讲,由于天宫一号属于再入坠毁,只需控制在广大无人活动的海洋区即可,而如“神舟”飞船返回舱则必须安全着陆在指定的着陆场,无论从目标面积上来说,还是飞行器安全性来说,后者难度远高于前者。进一步,神舟飞船返回舱以大约每秒7.9公里的第一宇宙速度,而2014年11月01日,我国嫦娥五号 T1 试验器以接近每秒11.2公里的第二宇宙速度成功返回着陆,属于最高级别的大气层再入控制技术。跟神舟飞船直接再入不同,嫦娥五号 T1 试验器由北京航天飞行控制中心通过地面测控站注入导航参数后半弹道跳跃式返回。由于受运载能力和航程所限,所以对返回器再入点参数精度要求非常高。如果把地球比作一个篮球,返回器再入角就相当于一张薄纸,返回器必须穿过薄纸这样的缝隙,才能安全返回地球。由于返回再入走廊非常窄,再入角只能有±0.2°的误差。如果再入角过小,试验器就不能返回地球;如果再入角过大,不能实现第一次的弹出,会越过既定的防护设计,所以大于或小于这个角度,都不能正常返回,这就要求对轨道的控制能力必须很高才行。

  航天器轨道的确定和控制能力是航天测控的核心技术,也是评判一个国家航天测控技术水平的重要依据。我国还形成了以西安卫星测控中心为中枢,以十多个固定台站、活动测控站和远望号测量船为骨干的现代化综合测控网,真正使得中国人对自己的飞行器看得见、抓得住。

  正是由于天宫一号的先导性贡献,我国将有能力在2020年前后将建成规模较大、长期有人参与的国家级太空实验室。天宫一号,难说再见!永远不忘转身瞬间,海阔天空在明天!

  作者钱航 系中国科学院国家空间科学中心博士

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