天宮一號即將歸來 你不得不了解的航天器再入過程

        專家表示，我們普通人根本不需要為航天器再入這樣的事憂心忡忡。天宮一號等航天器再入時，不會像科幻電影中描述的那樣，惡狠狠地砸向地球，而是在奔向地球的過程中，化成一身絢爛，劃過美麗星空。

天宮一號與神舟八號飛船交會對接模擬圖 

       其實，在距離地球表面300km~1000km的近地軌道上，運行著空間站和各類衛(wèi)星等航天器。這些航天器在完成自身使命或報廢失效后，都將離開運行軌道并最終再入大氣層。最近大家頗為關注的天宮一號目前就處于這種軌道衰減階段。

       天宮一號目標飛行器于2011年9月29日發(fā)射升空，先后與神舟八號、九號、十號飛船進行6次交會對接，完成了各項既定任務，為中國載人航天發(fā)展作出了重大貢獻。2016年3月16日，天宮一號目標飛行器正式終止數(shù)據(jù)服務，全面完成了歷史使命，自此進入軌道衰減期。

       當然，天宮一號可不是流星或者隕石，相對于隕石這樣的自然天體，我們能夠通過地面測控系統(tǒng)精確地測量出天宮一號的運行軌跡，通過計算精準預測出它的再入速度和再入角等信息。同時，天宮一號的構型及組成是已知的，我們能夠計算和仿真出天宮一號進入大氣層之后每一步的燒蝕、解體的情況。

       那么，大型航天器再入大氣層的過程是怎樣的呢?根據(jù)理論研究和歷史上天空實驗室、和平號空間站等大型航天器再入大氣層的飛行經(jīng)驗，大型航天器進入大氣層后燒蝕解體的一般過程可以簡要概括為： 　

       大型設備的分離解體

        在進入大氣層初期，安裝在航天器外部的太陽電池板、大型天線等設備在大氣阻力作用下開始撕裂，在劇烈的氣動摩擦中，這些設備從主結構上撕裂、脫落，與航天器本體分離后被大氣層摩擦、燒蝕。這個過程一般發(fā)生在100km高度左右。 　　

      航天器的解體

       隨著航天器的溫度繼續(xù)升高，艙體受到的氣動摩擦和氣動熱會愈演愈烈，在高溫和大氣阻力的雙重作用下，航天器的主體結構、內外部設備陸續(xù)與航天器本體發(fā)生分離，若航天器攜帶有較多剩余燃料，甚至可能發(fā)生爆炸加快解體和燃燒的速度。航天器解體高度一般在80km左右。解體后的碎片在墜落過程中繼續(xù)加熱燒蝕。 　　

      碎片燒盡

       航天器的碎片在墜落過程中繼續(xù)受到氣動熱和氣動力的雙重作用熔化或燃燒，質量和體積逐漸減小，其中大部分碎片在到達地面前已燒盡，不會到達地面。只有少量較難燒蝕的部件可能會殘留一部分，直到到達地面;還有一些質量更小的碎片，在燒盡前已經(jīng)降到較低速度，不再燒蝕，也可能會最終飄落到地面。

       天宮一號重量約8噸，比起重達80噸的天空實驗室、140噸的和平號空間站可以說算是個小個頭了。根據(jù)嚴密監(jiān)視和科學計算，天宮一號大部分器件將在返回大氣層中燒蝕銷毀，對航空活動以及地面造成危害的可能性極小。我們地球表面70%被海洋覆蓋，航天器的殘余碎片落向人口密集地區(qū)的概率更是非常非常小。事實上從20世紀60年代到現(xiàn)在，人類大約有15000噸以上的人造航天器殘骸落回地球，但從未傷害到人口密集地區(qū)的居民。

       根據(jù)粗略的估算，在流星雨爆發(fā)的時段，每小時約有1000~20000顆隕石落向地球，而普通人被200g以上的隕石砸中的概率是7億分之一;作為對比，普通人一生中被雷劈的可能性是1.2萬分之一。這樣一比較，我們普通人根本不需要為航天器再入這樣的事憂心忡忡。