天宮一號即將「謝幕」！不得不說的航天器再入那些事兒

據中國載人航天工程辦公室消息，截至2018年3月25日，天宮一號目標飛行器運行在平均高度約216.2公里的軌道上（近地點高度208.1公里、遠地點高度224.3公里），整器結構完整，即將再入大氣層燒毀。

天宮一號於2011年9月29日發射升空，先後與神舟八號、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據服務，全面完成了歷史使命，進入軌道衰減期。

經北京航天飛控中心和專業機構分析，預計天宮一號再入大氣層的時間在2018年3月31日至4月4日之間。後續，中國載人航天工程官方網站將每日發布有關監測預報信息。

那麼，航天器離軌再入與軌道衰降過程是怎樣的呢？

低地球軌道運行的大型航天器，如空間實驗室、貨運飛船、空間站等，服役期滿、使命結束後，會因低地球大氣環境阻力而離軌衰降，當其軌道高度低於120km，將面臨再入墜毀處置問題。航天器離軌到再入過程是一個軌道高度和能量逐漸降低、連續變化的過程。這個過程可以劃分為兩個階段：軌道衰降階段和再入損毀階段。

在軌道衰降階段，航天器仍然能夠環繞地球、以螺旋形橢圓軌道飛行，但在稀薄空氣動力、地球重力、磁場力等外力的持續作用以及太陽活動的間歇性影響下，航天器的飛行軌道高度逐漸降低，機械能也逐漸減少，一邊飛行一邊向地表稠密大氣層靠近。軌道衰降的過程通常很漫長，這一緩慢過程易受太陽磁暴、空間粒子等干擾影響，因此存在隨機性。比如當航天器的軌道足夠高時，甚至觀測不到明顯的軌道衰降，這時，失效的航天器將成為長期威脅其他航天器安全的太空垃圾。但在另外一些情況下，航天器軌道高度會逐漸緩慢地下降，隨著軌道高度的降低，軌道衰降的速度也越來越快。當軌道高度和能量衰降到一定程度時，航天器不能夠再繼續環繞地球飛行，會進入稠密大氣層。

航天器進入稠密大氣層，即進入了再入損毀階段。這一階段時間歷程較確定，一般幾十分鐘結束。航天器在大氣劇烈摩擦阻力作用下，機械能急劇減小，摩擦生熱使航天器金屬結構（合金材料）變形失效熔融、複合材料熱解燒蝕損毀，在氣動熱、力、減速過載等綜合作用下，發生劇烈破壞解體現象。解體後殘骸繼續高速飛行並繼續多次破壞解體，在這個過程中，大部分結構被超高速氣動加熱，發生熱化學氧化反應燃燒分解，但仍然可能有部分難熔殘骸或碎片、再凝固氧化物到達地面。

航天器的殘骸形式（包括殘骸速度、質量、幾何特性、材料組成等）及其空間散布主要由航天器本身的結構材料特性、航天器再入點的速度（包括大小和方向）、姿態以及再入過程中的大氣環境等因素共同決定。特別是殘骸的空間散布區域位於地球上的經緯度位置，由航天器再入點位置決定，而該空間區域的長度、寬度範圍等由再入時刻速度、姿態和航天器自身特性決定，需通過計算建模分析得到。航天器如以很小軌道傾角再入或再入過程中發生首次、二次解體高度較高，則航天器再入飛行時間較長，氣動力/熱對航天器損毀充分，能到達地面的殘留物碎片就會所剩無幾。

來源：中國載人航天

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