高層大氣對航天器軌道高度的影響

科技 08-26

地球周圍存在的大氣層，一直延伸到兩、三千公里的高度上。假如把海平面上的空氣密度作為1，那麼在240公里的高空，大氣密度為一千萬分之一；到了1600公里的高空也有一千萬億分之一。神舟號飛船所在的三、四百公里的高度上，仍然存在極其稀薄的大氣，科學上被稱為高層大氣。即使是這樣稀薄的大氣，同樣會對飛行中的航天器產生阻力作用，其阻力與航天器的運動方向相反，會使航天器動能減少，飛行高度下降，發生軌道衰變。隨著軌道高度不斷降低，航天器最終會墜入大氣層被燒毀，沒有燒盡的碎片會墜落地面，有可能對人類的生命財產造成安全威脅。就神舟號飛船來說，在正常的空間環境條件下，一般每天軌道要降低100米左右。為了維持正常的飛行軌道，必須2個月左右時間對其進行一次軌道調整，使它回到正常運行的軌道上去。所以神舟號飛船在設計時，就要根據飛船完成航天任務的時間來確定它的飛行壽命，參考空間環境學家對飛船軌道空間的大氣阻尼預報，確定飛船需要攜帶多少燃料，以便在空間飛行期間進行軌道調整，抵消軌道的衰變。

航天器軌道衰減示意圖

在飛船運行期間，空間環境學家還要密切注視神舟號飛船軌道空間的環境變化，給出對神舟號飛船的影響作用和軌道變化規律。為此，大部分神舟號飛船上都安裝了相關的高層大氣探測設備，用以驗證科學家的認知和積累資料，以保證能夠預測到高層大氣對飛船的阻力影響，向飛船提出軌道調整建議。可是要真正做到精確的軌道預報，特別是低軌道航天器，仍然是一個難題。因為高層大氣的密度、溫度受太陽活動和地磁活動等因素的影響而變化，若干綜合因素需要經驗積累和大量科學探測去認知。這和人們熟悉的地面天氣預報一樣，高層大氣預報的準確程度標誌著這個研究領域的科學水平。

來源：中國載人航天企鵝號

審稿：小火箭邢強博士

責編：鍾狼將