北京時間2018年4月2日8時15分左右，在太空中飛行了6年半的“天宮一號”目標(biāo)飛行器再入大氣層，再入落區(qū)位于南太平洋中部區(qū)域；其絕大部分器件在再入大氣層過程中燒蝕銷毀，結(jié)束了光榮的歷史使命。

與此同時，中國新一代空間站的核心艙也對外首次公開，預(yù)計將在2020年前后利用“長征5B”火箭發(fā)射升空，之后再經(jīng)過幾十次的發(fā)射組裝，中國就將迎來屬于自己的“空間站時代”。

何為航天器再入？

自從人類在1957年發(fā)射了第1顆人造地球衛(wèi)星之后，宇宙空間就開始變得熱鬧起來了。直到今日，人類已經(jīng)發(fā)射了近萬顆航天器，其中約有90%都是人造衛(wèi)星，而這些航天器大部分都分布在距離地表300～1000千米的近地軌道上。在這些航天器完成工作任務(wù)、壽命到期后，它們就會在萬有引力的作用下不斷脫離原本運行的軌道，因軌道衰減而逐漸向地球靠攏，最終在進(jìn)入大氣層的過程中焚毀殆盡。

具體而言，航天器從進(jìn)入大氣層到最終解體總共分為三個步驟：大型設(shè)備的分離解體、航天器的解體、碎片燒盡。結(jié)合地面測控系統(tǒng)和對進(jìn)入大氣層航天器的參數(shù)了解，我們是可以對這些重返地球的“小家伙”的軌道進(jìn)行粗略測量和掌控的。

1、大型設(shè)備的分享解體

目前，國際公認(rèn)的大氣層高度為距離地球表面100千米的卡門線，而當(dāng)墜落的航天器開始降到這一高度時，安裝在航天器外部的太陽電池板、大型天線等設(shè)備就會開始被逐漸濃厚的大氣阻隔撕扯。在強大的阻力和劇烈的氣動摩擦中，上述這些部件會從航天器的主體結(jié)構(gòu)上不斷脫落。不過，值得注意的是，這些部件絕大部分最終都不會降落到地面，它們的結(jié)局就是在大氣層中被燒蝕掉。

2、航天器的解體

隨著墜落航天器高度的進(jìn)一步降低，在到達(dá)距地面約80千米的高空時，剩余的航天器受到氣動摩擦和氣動熱的作用會越來越明顯，在高溫和大氣阻力的雙重作用之下，航天器的主體將會發(fā)生嚴(yán)重解體，內(nèi)外部設(shè)備將會分離，解體后的碎片會在墜落的過程中被持續(xù)燒蝕加熱。如果航天器在經(jīng)歷這一階段的過程中依然攜帶有剩余的燃料，那么由此引發(fā)的爆炸將會進(jìn)一步加快航天器的解體和燃燒的速度。

3、碎片燒盡

解體后的航天器碎片繼續(xù)下落，它們繼續(xù)受到氣動熱和氣動力的雙重作用而不斷燃燒融化，其中絕大部分都會在到達(dá)地表之前消耗殆盡，不會對人類產(chǎn)生影響。只有兩類碎片最終會落在地面上：一是少量難以被燒蝕掉的部件；二是一些質(zhì)量較小的碎片，它們在燒盡前就已經(jīng)將速度降到很低，最終飄落到地面。

相比較此前15～20噸的“禮炮”系列空間站、美國了了噸的“天空實驗室”以及140噸的“和平號”空間站，“天宮一號”重量約8.5噸，稱不上“龐然大物”，所以就更不會對人類造成危害或影響了。

砌筑天宮

1992年9月，我國確定了載人航天“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略：

第一步，發(fā)射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應(yīng)用實驗；

第二步，突破航天員出舟倉活動技術(shù)、空間飛行器的交會對接技術(shù)，發(fā)射空間實驗室，解決有一定規(guī)模的、短期有人照料的空間應(yīng)用問題；

第三步，建造空間站，解決有較大規(guī)模的、長期有人照料的空間應(yīng)用問題。

隨著“神舟五號”和“神舟六號”飛行任務(wù)的成功，標(biāo)志著第一步任務(wù)目標(biāo)的實現(xiàn)。而“神舟七號”飛行任務(wù)的成功，標(biāo)志著我國掌握了航天員空間出艙活動關(guān)鍵技術(shù)。

2011年9月29日2l時16分03秒，“天宮一號”目標(biāo)飛行器從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，其在軌運行的1630天里，不但完成了既定使命任務(wù)，還超出原本2年的設(shè)計壽命，實際在軌4年半，超期服役并開展多項拓展技術(shù)試驗。2016年3月16日，“天宮一號”目標(biāo)飛行器正式終止數(shù)據(jù)服務(wù)，全面完成了歷史使命。

作為我國首個自主研制的載人空間試驗平臺，“天宮一號”與“神舟八號”飛船成功完成我國首次空間飛行器自動交會對接任務(wù)，并進(jìn)行了2次自動交會對接。此后，“天宮一號”又出色地完成了與另外兩艘神舟飛船4次交會對接的使命。

“天宮一號”與“神舟八號”和“神舟九號”交會對接任務(wù)的成功，標(biāo)志著我國突破和掌握了自動和手動控制交會對接技術(shù)，成為世界上第3個獨立掌握航天器空間交會對接技術(shù)的國家；“神舟十號”飛行任務(wù)是工程第二步第一階段任務(wù)的收官之戰(zhàn)。

2016年9月15日22時04分09秒，我國又發(fā)射了“天宮二號”空間實驗室，這也是中國第一個真正意義上的空間實驗室。由于“天宮一號”和“天宮二號”的優(yōu)異表現(xiàn)，我國已經(jīng)取消了原本將發(fā)射的“天宮三號”計劃，準(zhǔn)備直接建造“天宮”空間站。根據(jù)了解，中國空間站整體呈T字構(gòu)型，由一個核心艙和兩個實驗艙組成，每個艙的重量都在20噸以上，它可以同時對接兩艘載人飛船（“神舟號”飛船）、一艘貨運飛船（“天舟號”飛船）。等到2022年整個空間站投入全面運營之后，其重量將會接近100噸。

隨著我國空間站時代的即將到來，航天員已全面開展空間站任務(wù)訓(xùn)練，第三批預(yù)備航天員選拔工作已正式啟動。

（本文摘編自“DeepTech深科技”微信公眾號）