9号彩票投注

English   CAST内部邮箱入口   

航天器如何再入大气层?

时间:2018年01月17日 信息来源:中国载人航天官方微信 点击: 字体:

流星雨总是给人美好又浪漫的遐想。当明亮的火流星划过天际时,即使在城市中的人也有可能看到。然而,人类也有可能制造另一类“火流星”——航天器再入。无论是受控返回地球的返回式卫星、飞船和航天飞机,还是超过寿命或因为故障不受控制再入地球的航天器,在穿越地球浓密的大气层时都会因为剧烈的摩擦达到很高的温度,发出明亮的光芒,看起来就像是“火流星”一样。

航天器如何再入大气层?1.jpg

一、受控航天器再入

对于受控再入的航天器而言,一般分为弹道式再入、半弹道式再入和升力式再入。

采用弹道式再入的航天器多为轴对称的外形且重心在它的对称轴上,在重返大气层的过程中,航天器只受到气动阻力和重力的作用,降落过程中基本上不产生垂直于飞行方向的升力。这种再入方式的特点是再入过程比较快,但飞行器上承受因减速带来的超重较大,大多数的弹道导弹、我国的返回式卫星和前苏联的东方号飞船都采用这种方式再入大气层。

半弹道式再入的航天器即便采用轴对称的外形,其重心也与其对称轴有一定距离,因此在其穿越大气层的过程中,飞行方向与对称轴之间有一定的夹角,从而产生一定的升力,可以有效减小再入过程中的超重,降低热流密度,并可利用升力在一定范围内控制落点,提高着陆精度。例如我国的神舟飞船、俄罗斯的联盟号飞船和美国的阿波罗飞船等都采用这种方式再入。从离开原轨道直至返回地面,整个航程虽达到上万公里,但有效减小了宇航员承受的过载,使得宇航员感觉更轻松。此种再入方式穿越大气层的飞行时间较长,大气摩擦加热产生的总热量很高,因此需要更为可靠的航天器防热系统。

航天器如何再入大气层?2.jpg

神舟十一号返回舱着陆

像航天飞机这样的带翼航天器可以进行升力式再入。由于机翼可以产生较大升力,所以这种方式再入过程中航天器的机动能力是最强的,可以在很大范围内选择落点,宇航员所承受的过载也最小,感觉“最舒服”。但这种再入方式的技术难度也最大,对于飞行器防热系统的要求也最高。

二、无控航天器再入

对于那些已经超过服役寿命,或者因为发生故障失去控制的航天器,以及发射火箭过程中用完的各个子级来说,如果它们的弹道或轨道的近地点足够低,最终的命运也是再入大气层。而是否会落到地面或海上则要根据它的轨迹、尺寸和组成综合判断。

对于已经进入轨道的火箭末子级和失去控制的卫星来说,影响其再入大气层的因素主要有两点:航天器轨道的近地点高度以及面质比。如果航天器的近地点足够高,由于大气层的密度随高度变化非常快,超过500公里的卫星很难在短期内再入大气层;另一个影响航天器从正常轨道到再入的重要参数是面质比,指航天器迎风的面积与它的质量之比,这个数值越大,大气阻力产生的作用也越大,航天器也越容易掉下来。失控卫星再入的时间是非常难以预报的,这是由于人类对高层大气密度的预报本身就不是很准,而高层大气密度受各种因素影响,特别是受太阳活动的影响非常大,有时甚至可以相差上百倍。

对于无控航天器而言,即便知道它的准确重量,由于航天器的姿态不受控,其迎风面积大小也难于确定,所以,当航天器的高度很低时,大气阻力的影响是最难估计的。目前,各国均不具备准确预测的能力,一般在最后2小时才能确定空间物体的再入时间,并将再入区域确定在长度为12000千米的范围内。轨道预报的时间越长,其准确性越差,对于失控航天器而言,一般只有再入大气层前的最后几圈才能有相对准确的预报。美国历史上的天空实验室1号,就是因为对大气密度的变化过于乐观,导致其预报的在轨时间远低于实际在轨时间。

航天器再入过程中会受到很大的气动力和气动加热,但如果航天器的部件可以耐受再入加热,或者某些部件有防热措施,则部分部件有可能陨落到地面。例如前苏联的宇宙系列核动力卫星曾失控落在加拿大,造成了一定的核污染;而哥伦比亚号航天飞机在再入过程中失事,一些耐高温的部件也完整地掉到了地面。

航天器如何再入大气层?3.jpg

前苏联核动力卫星宇宙954号陨落加拿大西北部

无控航天器的陨落区域是不可控的,其陨落时间和区域范围也难以准确预报,因此除美国的龙飞船可以回收外,世界上其它的货运飞船都采用先受控离轨、再无控陨落的方式结束其使命。我国的天舟货运飞船、俄罗斯的进步号飞船、欧空局的ATV、日本的HTV和美国的天鹅座等都采用这种方式,此种情况下航天器落点控制精度不高,通常选择南太平洋的广大海域作为落点,这里在数千公里范围内没有任何岛屿,即使落点精度不太准确也不会造成破坏。比如前苏联/俄罗斯的和平号空间站先通过进步号货运飞船的发动机制动离轨后再入大气层,由于和平号空间站重量超过一百吨,有大量碎片无法烧蚀,散落在南太平洋海域。

航天器如何再入大气层?5.jpg

天舟一号示意图

对于尺寸较大而又不受控的航天器,可以肯定它在再入过程中会解体,且有部分碎片会落下来。但由于地球表面70%的面积都是海洋,而人口稠密区域在陆地上占的比例不大,从而造成地面人员和财物损失的可能性也不大。每年由外空再入地球大气层的质量约有40000吨,只有不足0.5%是人类产生的空间物体。据NASA统计,仅2014年就有超过600个失效卫星、废弃火箭末级和其他碎片再入地球大气,总质量超过100吨,没有收到人员伤害或财产损失的报告。所以虽应密切关注,但也不必杞人忧天。





关于本院 | 联系我们 | 招聘信息
地址:北京市海淀区航天城 网站建设:北京空间科技信息研究所
Copyright © 2000-2016 WWW.CAST.CN All Rights Reserved 中国空间技术研究院版权所有
京ICP备16055405号
友情链接:北京赛车pk拾冠亚军玩法  北京赛车pk拾开奖记录  北京赛车pk10网站  pk10现场开奖  北京赛车pk10投注技巧  

免责声明: 本站资料及图片来源互联网文章,本网不承担任何由内容信息所引起的争议和法律责任。所有作品版权归原创作者所有,与本站立场无关,如用户分享不慎侵犯了您的权益,请联系我们告知,我们将做删除处理!