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人造衛星是如何返回地球?

人造衛星如何返回地球?簡單的回答是,大部分衛星根本不會返回地球。在接近地面之前,它們可能就消失了。

為什麼呢?因為返回之路太複雜、太艱難了。

人造衛星是如何返回地球?

複雜的返回之路

一顆人造地球衛星在軌道上運行時,其速度可達每秒近8000米。要將一顆衛星順利從太空返回並安全回收,需要解決一系列複雜的技術難題。這些難題主要包括衛星返回的路線調整、防熱、著陸及尋找等。

首先,衛星要返回,必須在預先的設計中設立返回程序,這樣衛星在返回之前先要啟動返回程序。然後衛星調整飛行狀態,即脫離原來的運行軌道,踏上「返鄉」之路。並且衛星重返大地時的角度需要十分精確,一般和地球切線成3~5度角最合適。因為如果太大,衛星將會陡直地進入大氣層,空氣阻力更大,摩擦生熱的溫度更高;如果角度太小,則衛星將仍在原軌道上運行。而這一切都靠一支小型助推火箭來控制。火箭的點火時間、推力方向、推力大小與時間長短都會影響到衛星進入地球的準確度。這就要求有靈敏而可靠的火箭制動發動機。而這需要在衛星升空時預先準備好,這無疑要增加衛星的重量。

其次,衛星在降落過程中,要摩擦生熱。尤其是當它降到離地面60~70千米時,其速度比衛星升空時的速度還要快,與大氣層摩擦使其表面發生燃燒。為此,必須採用適當的防熱設施,來保證回收艙在再入大氣層時能夠維持內部的正常溫度。這就需要有特殊的耐高溫材料。

再次,衛星返回地面需要很長的運行區間,並且地球不停地自轉和公轉,使衛星回地面的運動路線更為複雜,必須不間斷地對衛星進行精確測量和全程跟蹤,並根據實測軌道路線對衛星的程序進行不斷的調整,為此就要建立更大範圍、更多功能的地面測控網。

最後,衛星降落到離地10~ 20千米時,儘管速度已經大大減小,但仍然有200米/秒左右,是高速行駛的汽車的7倍,如果以這樣的速度撞擊地面,衛星必然粉身碎骨。因此,必須使用減速傘來再次降低速度。通常先要打開一頂較小的副傘,初步減速;當衛星降落到離地面只有5千米的高度時,再打開主傘,使衛星速度小於10米/秒。降落傘的打開必須非常準時,否則衛星就不能夠安全著陸。即使這樣,還需要給衛星備有減震裝置。

除此之外,衛星降落之後,還必須能夠準確標示出自己的位置,以便於地面人員尋找。但不論是燈光信號還是無線電信號,衛星都要有這方面的裝備。當地面人員利用這些信號發現衛星後,分別採取陸上、海上和空中回收等方式將衛星回收。

總之,衛星要返回地球,需要預先攜帶許多額外的能量和裝備,增加發射難度,提高發射成本,而大多數衛星的作用,主要是將太空照片和信號傳遞給我們而已。由於讓它們返回地球的成本太高,而且回收的衛星與壞了的手機、電腦一樣也很難再次使用,所以大部分衛星都沒有被設置返回地球的程序,就「丟棄」在太空中任其自生自滅。

人造衛星是如何返回地球?

「棄兒」的結局

由於大部分衛星都沒有設置返回地球的程序,所以使命完成後就會被「丟棄」在太空中。那麼它們的結局會是什麼樣的呢?一般來說,它們大部分會落入大氣層被燒毀,只有極少的殘片會落入地球表面。

常見的衛星,比如監測天氣情況的氣象衛星和用來向地面傳遞信息的衛星,都是在赤道上方與地球同步運轉,因此這類衛星又叫做「地球同步衛星」。除此之外,還有與太陽同步運行的太陽同步軌道衛星,和經過極地的極地衛星。無論哪種衛星,一般來講,它們都在最緻密的大氣層上方的軌道運動,因為那裡條件類似真空,受到外界的阻力較小,衛星在那裡最為穩定。但是,來自太陽的熱量最終將使它們落入大氣層中。

原來來自太陽的熱量不斷在加熱地球的大氣,尤其在被太陽照射的地方或者太陽活動劇烈的時候。被加熱的地球大氣層溫度會漸漸升高。到達一定程度時,其中一些能量變高的氣體,便會從大氣層中跑出來。

由於人造衛星的軌道並不是正圓形的,而是橢圓的,這意味著它們有時離地球近,有時離地球遠。這樣,當人造衛星最接近地面的時候,就會遇到從大氣層中逃逸出的氣流,這使衛星速度一點點減慢,能量也隨之降低。

時間一長,衛星就偏離了原來的軌道,受重力的影響,高度會越來越低,會碰到更多從大氣層中逃逸的氣流。並且,衛星運行的速度為大約每小時2.8萬千米,是普通飛機的35倍左右。這樣,衛星受到的摩擦阻力逐漸加大。摩擦生熱,衛星慢慢開始發熱,最後使衛星燒毀或者解體變成碎片。有一些碎片會進入到地球表面,或者墜入海洋。

實際上,每天都有一些太空垃圾在我們頭頂上因各種原因爆發出燦爛的火光。但是,大多數時候,我們根本不會注意到它們,因為它們在大氣層上方,離我們實在是太遙遠了。

大家不要為貢獻了一生的衛星悲傷,其實這是件好事,因為總比它們一直呆在那裡當太空垃圾要強許多。要知道,軌道上的太空垃圾就如同公路上的廢棄汽車一樣,不僅堵塞「車道」,而且會增加「撞車」的幾率,威脅到其他的航天器。


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