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2020年10月17日

旧航天器的回收与陨落


不久前,美国国家航空航天局(NASA)的一颗工作了近半个世纪的老旧航天器回落于地球之上。

目前,世界上掌握可重复使用航天器发射技术的国家不多,大多数航天器在使用结束后往往无法回收。那么,那些完成使命而无法回收的航天器“命运”如何?

旧航天器的回收

1970年,我国第一颗人造卫星“东方红一号”发射升空,拉开了我国空间事业的序幕。半个世纪过去后,“东方红一号”虽停止工作,仍在轨道上绕地飞行。由于受当时技术条件限制,“东方红一号”卫星没有安装太阳能电池板,而是“采用蓄电池供电,在其工作28天后,电池的电量耗尽,卫星就无法继续工作了”。

目前主要有两种方式可对航天器进行回收,一种是利用航天飞机的机械手臂对其进行“抓捕”回收,例如1984年美国休斯公司制造的西联星六号卫星,在发射后由于上面级火箭提前关机未能入轨,9个月后被航天飞机抓回地面;另外一种回收航天器的方式,则需要在航天器上设置防热气动外型和反推制动装置,例如我国的返回式卫星,在完成任务后,有部分结构会携带观测成果返回地面。

对无法回收航天器的处理

如果是高轨道卫星,老卫星在轨道上完成任务后,需要“让位”于新卫星,因此,在其寿命结束之前,需要将它抬高。专家解释说:“抬高的过程就是其自身推进系统进行加速,将航天器的轨道抬高到比地球同步轨道高约200公里的轨道上。”

针对低轨道航天器,又分为受控离轨和不受控离轨两种处理方式。

受控离轨返回地球的有飞船、到寿命期限的空间站和航天飞机等。例如此前我国自主研发的首艘货运飞船“天舟一号”,采用了多项通信技术,让飞船能够实现与地面测控系统的信息交互。飞船在轨飞行期间,科研人员通过专门研制的应答机天线网络,可传输地面对飞船控制的相关指令以及接收飞船的飞行状态信息,确保在轨飞行控制系统的有效运行。相关任务完成后,在地面测控通信系统的精确控制和密切监视下,“天舟一号”经过两次制动,使轨道高度不断下降,最后进入大气层烧毁。

不受控离轨的主要是那些高度足够低、不能继续工作的卫星,专家介绍说:“如果这些卫星的个头足够小且没有耐烧的部件,那么到达寿命期限后,它们会自行缓慢坠落,最后也会在大气层燃烧殆尽。”

为了避免更多航天器留在太空影响空间秩序,很多国家都在研究为航天器搭载离轨帆或其他能增加其气动阻力的装置,以实现卫星减速降轨。

科学家认为,太空中的老旧航天器停留的时间越长,跟别的航天器发生碰撞的几率就越大。因此,为航天器加上离轨帆,就相当于在保证其质量不变的情况下增大其面积,这样它的运行阻力就会变大,在停止工作后就能迅速开始坠落。从而实现航天器较快被动离轨,助力清除太空垃圾。


  
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