在太空飛行了6年半的天宮一號回來了。4月2日,它再次飛越祖國上空,經過了北京、上海、南京、廣州、香港……8時15分左右,它重新進入大氣層,化作無數碎片,在天空中留下了一道道流星,最後落入南太平洋中部區域。用這種方式,它跟鄉親父老完成了永別,落葉歸根。
公元1076年的中秋節,宋代詩人蘇軾通宵歡飲,寫下了《水調歌頭·明月幾時有》,詞中唱道:「明月幾時有,把酒問青天。不知天上宮闕,今夕是何年……」2011年9月29日,中秋節過後不久,天宮一號這座印著五星紅旗的「宮闕」,轟轟烈烈地進入了太空,為中國航天史留下了濃墨重彩的篇章。
超出計劃的跨越發展2011年9月29日19時,漠北酒泉雲淡風輕,金秋落日的餘暉灑在高高聳立的發射塔架上。中國載人航天工程總設計師周建平輕舒一口氣,緩緩從指揮席起身,走到指揮樓的露天平臺,遙望著佇立在不遠處塔架上的長徵二號F運載火箭和天宮一號。2小時後,他將指揮一次超出載人航天工程「三步走」戰略原本計劃的發射,思緒又回到從前……
2003年,航天員楊利偉完成我國首次載人航天飛行後,中國載人航天工程第一階段任務圓滿收官。第二階段的核心任務是空間交會對接,我國最早制定的方案是將神舟飛船軌道艙改造後留軌飛行,作為目標飛行器與後續飛船進行無人、載人空間交會對接。這個方案已比航天大國早期的交會對接試驗方法邁進了一大步,且技術風險較小。
然而航天人經過科學分析和深入評估,認為我國完全具備進一步跨越發展的條件,於是建議中央調整原來的計劃安排,直接發射8噸級的目標飛行器,兼做空間實驗室,一併實現自動交會對接、手動交會對接、中長期太空駐留的目標。
首次新增撓性慣性測量組合、首次使用迭代制導技術、首次採用馮·卡門曲線整流罩……面對全新的技術和設備,7000餘名參研參試人員夜以繼日。8次火箭總檢查,234種故障預案處置演練,在不到20天裡全部一次性順利通過……
這才有了當天21時36分,天宮一號的準確入軌。
天宮一號的控制系統、能源系統、動力系統……從裡到外、從大件到細節,使用了超過80%的新設備新技術,遠高於新研航天飛行器不超過30%新技術的慣例。
中國載人航天工程航天員系統副總設計師黃偉芬說:「天宮一號是航天員的『太空之家』,在那裡我國航天人創造了諸多首次——首次手控交會對接、女航天員首飛、首次太空授課等。神舟九號、十號任務航天員在天宮一號裡度過了難忘的太空時光。」
2013年6月25日早上,神舟十號乘組3名航天員仔細地查看了天宮一號每一個角落。最後離開的指令長聶海勝在完成狀態確認後,與已經進入飛船軌道艙的張曉光、王亞平一起,向天宮一號敬禮告別。
在軌運行期間,天宮一號幫助我國突破和掌握了空間交會對接技術、組合體控制技術;驗證了在軌中長期飛行的生命保障技術,完成了多項航天醫學實驗;開展空間環境探測、地球環境監測,提供應用數據服務……2016年3月16日,它正式終止數據服務,全面完成使命,進入軌道衰減期。
預測「天宮」歸期是門技術活在近地軌道運行的大型太空飛行器,使命結束後會受地球大氣環境阻力影響而離軌衰降。在軌道高度250公裡以上時,軌道大氣屬於自由分子流,太空飛行器姿態相對穩定,軌道衰減率約為平均每天百米量級;當軌道介於250公裡至100公裡之間時,大氣處於自由分子流向熱成層稀薄流過渡的區域,密度顯著增強,氣動阻力迅速增加,軌道衰減會加速;當軌道高度降至100公裡以下,太空飛行器再入稠密大氣層,受氣動力和力矩急劇增加影響,其將解體並燒蝕。
天宮一號的歸期一直備受關注。近一年多,中國載人航天工程官網持續定期發布其軌道狀態,全球多家機構也在跟蹤天宮一號的動態,預測它何時再入大氣層。然而,這種預測實在是門技術活,變數多,難度大。直至今年3月上旬,各機構預測的再入時間跨度仍達半個月左右。
航天專家、中國航天科工集團二院研究員楊宇光向科技日報記者介紹,按現在的技術,通常只能在最後2小時才能確定空間物體的再入時間,主要原因是高層大氣阻力的影響難以估計。他說,高層大氣的密度會受多種因素影響,例如不同高度、經緯度,不同季節乃至一天中的不同時段,大氣密度都會變化。這些變化尚有規律可循,如果出現劇烈太陽活動,會造成高層大氣密度成倍增加,有時甚至能增長上百倍。
歐空局太空殘骸辦公室4月1日宣稱,天宮一號墜落時間可能在4月2日7點30分±7小時。據中國載人航天工程辦公室4月2日發布,2日6時20分,天宮一號運行在平均高度約132.75公裡的軌道上(近地點高度約130.9公裡、遠地點高度約134.6公裡、傾角約42.7度),預計再入時間為4月2日8時42分(最早時間8時24分,最晚時間9時01分),再入區域中心點位於西經40.4度,南緯27.4度。
被碎片砸到的概率低於萬億分之一對於天宮一號的告別,有人傷感,也有人擔心。近年來,不斷有外媒稱天宮一號會對地面環境及安全造成威脅。
記者了解到,中國駐聯合國(維也納)代表團數次在致秘書長的普通照會中提及天宮一號。在2018年3月26日的照會中稱,經進一步計算覆核,天宮一號在再入過程中絕大部分結構部件將燒蝕銷毀,對航空活動和地面人員、設施造成危害的概率極低。
哈佛大學天文學家喬納森·麥克道爾估計,天宮一號只有100至200千克的殘骸會落到陸地或海洋。更有專家認為,天宮一號僅重8.5噸,且沒有熱防護設計,基本會在大氣層中燒蝕殆盡。
實際上,人類歷年所有的載人航天任務,都伴隨著飛船殘骸的返回。比如我國神舟飛船和俄羅斯聯盟飛船均由推進艙、服務艙、返回艙等構成,只有經過特殊保護的返回艙能安全著陸,其他部分都會在空中焚毀。而俄羅斯進步號、中國天舟號等貨運飛船,也都會整體返回大氣焚毀。例如每年國際空間站任務都會焚毀大約4艘重達7噸的進步號;我國的天舟一號返回重量與天宮一號接近,已經在2017年9月22日返回地球並完全焚毀;歐洲曾經的ATV貨運飛船重達10噸,在總共5次任務中全部焚毀在大氣中,日本6艘重10噸的HTV貨運飛船也是如此。
即使是質量更大的太空飛行器返回,也沒有出現過碎片擊中人類的記錄。從1971年到1991年,蘇聯7個重達18.5噸至19.8噸的禮炮系列空間站先後返回地球,都成功焚毀在大氣中;1979年,美國重達77.1噸的天空實驗室再入大氣,事後僅在地表發現了幾十個碎片。2001年,俄羅斯重達129.7噸的和平號空間站,在一艘貨運飛船輔助下墜落於南太平洋,雖然應該有碎片,但至今未被發現。從20世紀60年代到現在,大約有15000噸以上的人造太空飛行器殘骸落回地球。英國廣播公司4月1日稱,天宮一號在史上失控墜落物體中重量排名約第50位。
最驚險的記錄發生在1997年,一塊落入地球的美國火箭第二級碎片,與一位名叫洛蒂·威廉士的美國人擦肩而過。
鑑於地球表面70%是海洋,太空飛行器殘餘碎片落向人口密集地區的概率極低,擊中人類的概率更是微乎其微。有專家計算,這一概率低於萬億分之一,比中美國威力球彩票大獎的機率還要小百萬倍。有數據顯示,每小時有2萬顆隕石的流星雨爆發時,普通人被砸到的概率是7億分之一;人一生中被雷劈的概率則為1.2萬分之一。雪梨大學航空航天學院空間工程執行總監霍姆斯更是表示:「你今天穿過雪梨一條馬路被汽車撞倒的可能性,比被天宮一號擊中的可能性大得多。」
相比之下,太空飛行器再入這種事,真的沒必要擔憂。
(原題為《天宮一號「落葉歸根」》)
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