國外媒體報導:現在已經停止運行的中國空間站天宮一號正在墜入地球的途中,完成它的大氣層再入階段。儘管專家們在一年前已經意識到這件事將要發生,精確的時間仍然有著巨大的不確定性。但是隨著空間站軌道高度的下降,這種不確定性正在逐漸降低,並且現在能夠確定它將會在幾天之內脫離軌道。
這個8.5噸重的空間站大部分將會在它經過大氣層時燒毀並解體,儘管仍有一部分殘骸可能會擊中地球。雖然我們有能力精確控制像羅塞塔這樣的太空飛行器,羅塞塔號以幾公裡高的軌道環繞距地球4.05億公裡遠的彗星67P,時速達到了每小時55000公裡,我們仍不能精確預測天宮一號可能撞擊地球的時間與地點,儘管它距離我們只有200公裡遠。為何預測如此困難,科學家會在某一天幫助我們精確預測嗎?
理論上說,我們可以精確計算阻力並預測衛星軌道,飛行器的速度可以通過觀測精確測量。但是,其他的參數確實高度不確定的,這就使得確定天宮一號的軌道非常困難。對於像車或飛機這樣的載具來說,可以通過理論上的估計或者通過計算機流體動力學來進行風洞實驗測量。最主要的問題就是天宮一號的形狀是複雜的,它是不受控的並且在無序地翻筋鬥,這就使得C在持續的變化。
另一個不知道的參數就是大氣層密度,它會隨著高度而減小。但是,特別對於高軌來說,它會受到許多不可預知的因素影響,最重要的就是太陽活動。
太陽磁場活動遵循一個11年的循環,這就導致一個周期性的輻射量增減並且發射帶電粒子。這與地球大氣層的一部分,叫做電離層,發生相互作用,改變它的密度。觀測太陽活動狀態的一個好指標是觀測到太陽黑子的數量,但是儘管太陽活動周期能被監測,這種活動級別的改變也無法預測,這也導致大氣層密度的改變無法預測。
另一個重要的影響因素是衛星會在再入的最後階段解體燒毀,這也對阻力公式的所有參數增加了不確定性。這解釋了為何沿著衛星軌道預測一個撞擊點(或區域)幾乎是不可能的。即便如此,你仍能夠知道大概知道可能的撞擊區域,基於衛星軌道的傾角。我們知道天宮一號只能在赤道附近,北緯43°到南緯43°之間再入。
因此,這些太空飛行器墜毀時避開人口密集區或地面目標就越來越重要。空氣阻力的模型以及實驗數據正在不斷提升,但是這些數據和模型恐怕無法達到要求的精度,使我們能精確預測撞擊點。
作為替代,未來的衛星任務非常重要的一部分任務就是計劃再入大氣層。主動的,受控的再入,比如說使用海錨或推進器,這可以減少不確定型並使用一個提前進行精確計算的軌道確保衛星能在大氣層中完全燒毀。