東方紅一號衛星,在太空中持續飛行52年,為啥國際空間站不行?

 自去年以來,全世界都開始關注國際空間站的未來命運。作為目前球在軌最大、最重的人造天體,國際空間站的使用壽命只有10-15年。自2010年正式運營以來,國際空間站一直在超期服役,很多關鍵構建都老化損壞。按照專家評估,國際空間站預計到2030年將壽終正寢。那麼問題來了,半個世紀前我國發射的東方紅一號衛星設計壽命僅有20天,卻在太空中飛行了52年,性能更加先進的空間站為什麼做不到呢?其實,這正是因為飛行軌道的不同所決定的。

首先來說,進入太空軌道的各種航天器,都會受到大氣影響,從而不斷降低軌道。很多航天器在使用壽命期滿之後,軌道高度也會降低到極致,最終導致墜毀。在航天領域,科學家將100千米高度設定為「大氣邊界」。在這個高度,大氣中的空氣密度為地面的一億分之一。如果高度提升到500千米,空氣密度將無限接近於0。在這樣的高度環境下,航天器就近乎脫離了大氣影響,能夠持續滯留太空。這一點,也正是東方紅一號衛星持續飛行的原因。

事實上,我國航天人員為東方紅一號衛星選擇的飛行軌道就充分考慮到了「大氣邊界」原理。它是一個近地點高度441千米、遠地點高度2368千米的橢圓形軌道。在這個軌道中,東方紅一號幾乎都是在441千米以上的高度飛行,因此不會受到大氣影響降低軌道。根據科學觀測顯示,即便飛行了半個世紀,東方紅一號目前的近地點高度依然保持在435千米。這也意味著,即便失去了能量,東方紅一號還能繼續飛行上百年。

與東方紅一號相比,主流航天器和空間站的軌道高度截然不同。無論是前蘇聯時期的「和平號」航天站,還是中國的「天宮」或日暮西山的國際空間站,其飛行軌道都是距地面400千米以上的近圓軌道。以國際空間站為例,為418千米、遠地點高度為419千米,幾乎就是一個圓形軌跡。這樣設計的目的,是考慮到空間站的有人形態。因為宇航員需要在空間站長期駐守並進行各種科學實驗,必須保證足夠的平衡狀態。

既然高軌道可以延長航天器的飛行壽命,那為什麼空間站依然選擇在400公里高度近圓軌道飛行呢?其實,這充分考慮到了成本因素和可行性因素。要知道,無論是宇航員的換防,還是各種科研材料、物資給養的配送,都需要藉助 航天器。每一次航天器發射都要消耗大量的資金,由於技術的限制,高軌道航天發射任務消耗的資金預算會更高,而且風險性更大。與此同時,由於空間站的核心使命就是科學研究,受到觀察視角的限制,高軌道並不利於對地科學研究,400千米高度也是目前比較科學務實的臨界點。

正是因為400公里高度近圓軌道飛行會受到大氣影響,目前的國際空間站就在不斷降低軌道高度的同時,面臨越來越大的風險。因為一旦航天器飛行高度低於300千米,幾乎就宣告了「死刑」。以歐洲空間技術研究局2009年發射的GOCE衛星來說,它僅僅飛行了4年就墜入大氣層。值得一提的是,在墜毀前一個月內,GOCE衛星的軌道高度只有230千米。

隨著國際空間站的退役時間日益臨近,未來中國將承擔起探索外太空的全新使命。據中國航天科技集團介紹,目前「天宮」空間站的「天和」核心艙、「天舟二號」貨運飛船、空間應用系統核心艙任務等都已通過主管部門組織的出廠評審。中國載人航天工程三步走發展戰略第三步的任務目標,也即將圓滿完成。據悉,「天宮」空間站在軌道高度上與國際空間站類似,依然為400-450千米。

喜歡這篇文章嗎?立刻分享出去讓更多人知道吧!