天宮一號即將歸來 你不得不了解的航天器再入過程
編者按：日前，中國載人航天工程辦公室發布消息，天宮一號目標飛行器即將再入大氣層燒毀。
對此，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，划過美麗星空。
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星等航天器。這些航天器在完成自身使命或報廢失效後，都將離開運行軌道並最終再入大氣層。最近大家頗為關注的天宮一號目前就處於這種軌道衰減階段。
天宮一號目標飛行器於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，自此進入軌道衰減期。
當然，天宮一號可不是流星或者隕石，相對於隕石這樣的自然天體，我們能夠通過地面測控系統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，我們能夠計算和模擬出天宮一號進入大氣層之後每一步的燒蝕、解體的情況。
那麼，大型航天器再入大氣層的過程是怎樣的呢？根據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驗，大型航天器進入大氣層後燒蝕解體的一般過程可以簡要概括為：
1
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，與航天器本體分離後被大氣層摩擦、燒蝕。這個過程一般發生在100km高度左右。
2
航天器的解體
隨著航天器的溫度繼續升高，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、內外部設備陸續與航天器本體發生分離，若航天器攜帶有較多剩餘燃料，甚至可能發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。解體後的碎片在墜落過程中繼續加熱燒蝕。
3
碎片燒盡
航天器的碎片在墜落過程中繼續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。根據嚴密監視和科學計算，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，航天器的殘餘碎片落向人口密集地區的概率更是非常非常小。事實上從20世紀60年代到現在，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的居民。
根據粗略的估算，在流星雨爆發的時段，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。
文/范高潔（中國空間技術研究院載人航天總體部）
編輯/楊璐茜
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