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天宫二号受控离轨 残骸落入“航天器坟场”

2019-07-21 03:03:04   来源:科技生活在线   评论:0   [收藏]   [评论]
导读:小编按:这是国际通行做法。运行在近地轨道的大型航天器退役后,各国通行方案都是让其受控坠落到南太平洋深海区。此处四面与陆地距离都超过2000公里,也被称为“航天器坟场”。

  7月19日21时06分,天宫二号在地面指挥人员的指令下受控离轨,主体在大气层中烧毁,少量残骸落入南太平洋预定海域。

  去年4月2日,天宫一号目标飞行器无控再入大气层。不同的是,此次天宫二号采取受控方式离轨,这是继天舟一号货运飞船后,我国第二次实施航天器受控离轨。

  首次长达30天的航天员在轨驻留、首次“太空加油”、首次完成植物“从种子到种子”全过程生长实验……主要使命完成后,天宫二号还发挥余热,参与量子通信等任务,超期服役1年多。作为空间站“先导”,天宫二号可谓功勋卓著。

  天宫二号总设计师朱枞鹏表示,此次受控离轨是为了消除未来天宫二号对太空和地面环境可能造成的威胁,是中国人和平科学利用太空资源的生动实践。

  为何受控离轨?

  ——如果成为太空垃圾,对太空与地面造成双重威胁

  朱枞鹏介绍,随着超期服役时间的不断增加,天宫二号的在轨可靠性会有所下降,一旦出现在轨异常,处于近地轨道失控状态的天宫二号,会逐渐下落。坠入大气层后,一些高熔点材料有可能不会完全烧蚀,少量残骸会落到地面,危及地面人员安全。

  在地球周围,直径大于10厘米的空间碎片已超过2万个,10厘米以上的空间碎片撞击到航天器,都是灭顶之灾。太空中遍布着太空垃圾,经常让驰骋的航天器不得不变道、避障,主动销毁航天器已经成为国际上一个共同的追求。

  陨落目的地有什么讲究?

  ——残骸落入“航天器坟场”

  天宫二号残骸的归宿与天宫一号、天舟一号相同,都是南太平洋。

  据中国载人航天工程办公室消息,天宫二号剩余的少量残骸,将落入西经160度~90度、南纬30度~45度范围内南太平洋预定安全海域。

  这是国际通行做法。运行在近地轨道的大型航天器退役后,各国通行方案都是让其受控坠落到南太平洋深海区。此处四面与陆地距离都超过2000公里,也被称为“航天器坟场”。

  航天专家、“小火箭”微信公众号创始人邢强向新京报记者介绍,这片区域不仅没有人类活动,而且由于洋流影响,海洋生物也很少,不会对生态造成太大破坏。

  航天器陨落砸到人的概率有多大?

  ——50余年来,从未有人受到再入航天器残骸的伤害

  最近50余年来,大约有15000吨以上的航天器残骸落回地球,从未伤害到人口密集地区的居民。NASA统计数据表明,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,但没有收到人员伤害或财产损失的报告。

  历史上,确实有过航天器残骸坠落大地,1979年美国“天空实验室1号”陨落,最终陨落位置与预测偏离较远。原计划降落在南非开普敦以南1300公里的海洋中,但碎片最终陨落至南印度洋海面和澳大利亚西部沙漠地区。

  “天空实验室1号”是以部分可控的方式陨落的,完全受控再入的航天器,能更精准地坠落到安全地区。

  去年,我国天宫一号目标飞行器因为正式终止数据服务,与地面失去了数据联系,以无控方式再入。邢强从2016年开始跟踪计算天宫一号轨道,根据计算结果,天宫一号残骸坠入海洋的几率一直在90%上下浮动。

  由于其运行在约南北纬43°之间范围内,根据其轨道经过地方的海洋与陆地面积比初步判断,再依据近地点和远地点参数推算出这一数据。最终,天宫一号安全坠落于南太平洋中部区域。

  天宫二号离轨有何新意?

  ——探索优化技术,为广泛推广航天器主动离轨提供支撑

  记者从天宫二号研制方中国航天科技集团有限公司五院(中国空间技术研究院)获悉,天宫二号受控离轨,为我国广泛推广航天器主动离轨技术提供了支撑。

  五院专家表示,因为要不断调整姿态和速度,航天器在离轨过程中要耗费不少燃料。如果受控离轨方案不断优化,尽可能少地消耗燃料,对于中、高轨的航天器应用价值很大,对于探索经济、和谐、绿色、环保的空间事业发展道路意义重大。

  据悉,此次天宫二号受控离轨对此进行了技术探索。五院天宫二号飞控团队将充分研究、挖掘此次离轨数据,进一步优化受控离轨技术。(新京报)
 

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  满怀眷恋与期待,中国科学家惜别天宫二号

  在天上种粮种菜、观测宇宙中最猛烈的爆炸、打造太空最精准的钟……中国首个空间实验室天宫二号帮助科学家实现了诸多意义重大的科学实验,在它完成使命后,于北京时间19日晚受控再入大气层,化作夜空中的点点流星。

  怀着深深眷恋,中国科学家回顾了参与天宫二号实验设计与研制并开展太空实验的难忘经历,同时也对在中国空间站上进行更多前沿研究充满期待。

  难得机遇

  2016年11月中国科学院上海植物生理生态研究所研究员郑慧琼紧张地等待航天员从天宫二号带回装有拟南芥的小盒子。作为实验负责人,她第一个看到了小盒子中盛开着太空之花。“那一刻是无与伦比的兴奋与开心。”

  郑慧琼带领团队首次在太空中完成两种不同光周期条件下拟南芥和水稻“从种子到种子”的过程,他们收获了9颗在太空结出的种子,并在地球上培育到第四代。

  “天宫二号使我们第一次有机会在太空做长期植物实验,我们实验的目的是为了未来人类能够走出地球,用植物为人类长期太空生存提供保障。”郑慧琼说。

  天宫二号的实验取得了很多有趣而重要的发现。

  “我们发现植物在太空生长比在地球上慢,开花的时间延迟了,但它们活得更长了,拟南芥在太空的寿命约是地球上的两倍,应该是有控制衰老的基因在太空发生了改变。”郑慧琼说。

  “如果能发现基因调控规律,就可以控制植物生长。比如在太空种菜,我们推迟开花,让它多长叶子,而种水稻时就让它们尽早开花结籽,这样就可以利用太空有限的资源让农作物产量最大化,这一规律也可应用在地球上。”

  中科院上海技术物理研究所研究员殷德奎回忆其团队在研制多角度宽波段成像光谱仪时曾在飞机上测试,飞机颠簸非常剧烈,科研人员一边呕吐一边坚持完成了试验。当2016年把仪器安装到天宫二号上时,科研人员就像送姑娘出嫁一样,既有期望又有不舍。

  中科院国家空间科学中心研究员张云华说,天宫二号起到了新技术、新方法的引领作用,为科学家提供了难得的机遇,其团队研制的三维微波高度计提高了中国海洋观测能力。

  期待空间站

  天宫二号成功“飞天”,叩开了中国空间站时代的大门。中国空间站建成后将运营十年以上,支持开展大规模的空间科学实验、技术试验和空间应用等活动。

  据介绍,中国空间站规划部署了16个科学实验柜、舱外暴露实验平台以及共轨飞行的巡天望远镜,支持在轨实施空间天文、空间生命科学与生物技术、微重力基础物理、空间材料科学等8个学科领域30余个研究主题的数百项科学研究与应用项目。

  郑慧琼说:“天宫二号为空间站的实验奠定了基础。我们希望在天宫二号实验的基础上进一步设计空间站的实验,比如研究太空中寿命延长的内在机制。”

  她说,天宫二号实验中意外发现水稻有“吐水”现象,为在太空净化回收水提供了新思路。

  她表示,天宫二号实验还有很多遗憾,希望有机会做得更好,例如让太空中结出的种子在太空繁育下一代。

  天宫二号上携带了误差3000万年小于1秒的世界首台空间冷原子钟。其研制单位中科院上海光机所介绍,这一成果可大幅度提高卫星导航性能,将对未来深空探测、基础物理研究、精密测量等领域产生深远影响。

  据介绍,科学家将在中国空间站上安装世界上第一个由氢钟、冷原子微波钟、光钟组成的空间钟组,其误差30亿年小于1秒。

  空间站科学实验柜主任设计师张立宪说,空间站每一个实验柜都像一个搬到天上的实验室,可支持更高精尖的前沿科学研究。例如科学手套箱与低温存储实验柜可支持两名航天员同时开展生命和航天医学的实验,其自动机械臂操作精度优于5微米,可做细胞核层级的实验,超过国际空间站水平。

  中国的也是世界的

  据介绍,天宫二号空间应用系统已分发地球观测载荷等数据产品37TB,支撑了70余项对地观测项目研究,公益用户单位近80家,也为国外用户提供服务。

  中科院空间应用中心工程信息中心工程师李轩介绍,中泰两国利用天宫二号数据以及泰国基础数据,制作了农业大数据服务平台,帮助泰国农民监测农作物长势、病虫害。

  中国、瑞士、波兰科学家共同研制的伽马暴偏振探测仪在天宫二号上探测了宇宙中最猛烈的爆炸——伽马射线暴,观测到脉冲星,并试验了脉冲星导航技术。

  中科院高能物理所副研究员孙建超说,中欧科学家在天宫二号实验中开展深度合作是一次重要尝试和突破,为未来双方更多、更深入合作打下了坚实基础。

  他说,中国、瑞士、德国、波兰等国科学家将在中国空间站开展合作,研制伽马暴偏振探测仪二号,有望为解答黑洞的形成和极端相对论喷流产生等重大科学问题做出贡献。

  中国去年正式向世界发出邀请:欢迎各国利用未来的中国空间站开展合作,中国空间站不仅属于中国,也属于世界。

  中国载人航天工程办公室和联合国外层空间事务办公室6月宣布,来自17个国家的9个项目成为中国空间站科学实验首批入选项目。(新华网)
 

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  天宫二号在太空的1036天,都忙了些什么?

  在运行1036天22小时54分56秒后,天宫二号完成了它的“谢幕演出”。7月19日21时06分,天宫二号空间实验室以受控方式,圆满完成离轨和再入大气层,少量的残骸落入南太平洋预定安全海域。

  天宫二号空间实验室2016年9月15日在酒泉卫星发射中心升空,在随后两年多的太空遨游中,它圆满完成了多项任务,有着许多高光时刻。此刻与它告别虽然有些许伤感,但是这一告别有着更为重要的意义。天宫二号空间实验室是我国第一个真正意义上的太空实验室,可以说是空间站的雏形,它的圆满完成任务,也意味着我国将正式进入空间站时代。今天我们通过四问天宫二号,深入了解它的光辉历程。

  问:1000多天的时间里,天宫二号都完成了哪些任务?

  答:在轨34个月 创造多个“首次”。

  天宫二号空间实验室从2016年9月15日发射入轨以来,共开展了60余项空间科学实验和技术试验,圆满完成了航天员中期驻留、推进剂在轨补加等主要任务,并出色完成了多项拓展任务,其中多项创造中国航天史上的“首次”。

  2016年10月19日,神舟十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。航天员景海鹏、陈冬进入天宫二号,开始了长达30天的太空生活,创造了目前中国载人航天飞行时间最长的纪录。

  航天科技集团五院天宫二号空间实验室总设计师 朱枞鹏:针对中期驻留,我们也就第一次进行了系统性的在轨宜居设计,使航天员在轨生活工作更加舒适。

  4月27日,天舟一号与天宫二号成功完成了我国首次推进剂在轨补加试验,随后,天舟一号与天宫二号还进行了多次分离和交会对接,进行了多次推进剂补加以及验证了多角度空间交会对接、自主快速交会对接等技术。

  天宫二号上还开展了大量的空间科学试验以及空间应用试验。

  这次在天宫二号上,我国首次在空间完成“从种子到种子”全过程的空间植物培养实验,也为我国在未来的空间站上开展同类研究奠定了技术基础。?

  同时,在天宫二号上面,还搭载着世界首台空间冷原子钟,它是目前人类研究出来的最精准的钟。此前,太空中的热原子钟已达到300万年误差一秒的精度,而搭载在天宫二号上面的冷原子钟更进一步,达到了3000万年误差少于一秒的超高精度。

  问:天宫二号运行状况良好,为什么要功成身退?

  答:继续飞行会占用测控资源。

  满满“高光时刻”的天宫二号,在最后再入大气层之前所有设备依然状态良好,并且已经超期服役了300天。天宫二号空间实验室设计在轨寿命是2年,而它实际飞行达到了2年零10个月。

  航天科技集团五院天宫二号空间实验室总设计师 朱枞鹏:我们继续开展了很多科学实验,获取了很多数据,包括对地、对天等许多研究。针对推进剂补加,我们进行了长寿命的拓展试验。另外我们还开展了很多航天技术的拓展试验,主要还是为将来空间站来积累更多的技术经验。?

  朱枞鹏介绍,由于天宫二号已经完成了它所要完成的所有任务和试验,圆满完成使命,继续飞行下去,也只能检验天宫二号自身平台可靠性,同时还需占用大量资源。

  航天科技集团五院天宫二号空间实验室总设计师 朱枞鹏:继续飞行的话,会占用测控资源,包括天基和地基的。那么为了把这些资源,包括测控资源和人力投入到其他的型号任务里面去,综合考虑,我们还是安排现在让它主动离轨。

  问:天宫二号是如何“受控离轨”的?

  答:两次变轨,提前计算坠落区域。

  有数据显示,目前在地球周围,大于10厘米的空间碎片已经超过2万个,这些遍布的太空垃圾,经常让驰骋的航天器不得不变道、躲避障碍来确保自身安全,因此主动销毁退役航天器是国际上共同的追求,但也是一个难点。

  天宫二号受控离轨的成功完成也为航天器领域广泛推广主动离轨技术提供了有力支撑。这次天宫二号受控离轨、再入大气层总共经历了两次变轨。由于一些较大的航天器在烧毁之后,会存在部分残骸掉落,因此必须在它进入大气层前对其进行计算和控制,才能保证它的残骸坠落到预定的安全区域。

  航天科技集团五院天宫二号空间实验室总设计师 朱枞鹏:它现在是个393公里高度的圆轨道,那么我们这次第一次是把它变成一个近地点是200公里的一个椭圆轨道。观察一段时间,我们再进行第二次变轨,使它的近地点到70公里以下,那么直接就进入大气层,然后就烧毁了。

  天宫二号再入大气层时,在高速的状态下与大气摩擦产生上千度的高温,同时再加上大气阻力的影响,天宫二号在很短的时间内便会燃烧解体。

  航天科技集团五院天宫二号空间实验室总设计师 朱枞鹏:如果有残骸的话,它散布的范围应该还是比较宽的。几百公里,甚至到一千公里,事先我们可以通过计算,就知道它会落到一个安全的地方。

  问:我们离建成自己的空间站还有多远?

  答:预计将在2022年前后建成。

  天宫二号功成身退,标志着中国载人航天工程空间实验室阶段全部任务圆满完成。可以说这是我国载人航天事业的又一个里程碑。

  经过20多年的奋斗,我国先后成功将11艘载人飞船、1艘货运飞船、1个目标飞行器、1个空间实验室送入太空,实现11名航天员共14人次太空飞行和安全返回,圆满完成载人航天工程“三步走”战略第一步、第二步全部既定任务,为第三步建造中国人自己的载人空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题,奠定了坚实基础。

  中国载人航天工程总设计师 周建平:中国空间站将在2022年前后建成,它将建成一个长期在轨飞行的载人空间载人飞行的平台,它将配置大量的空间科学、空间技术、空间应用等实验的设备。我国空间站建造的完成将带动我们中国的载人航天进入新的阶段。(央视)

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