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震驚!天宮一號墜落的原因竟然是這個!刪前速看!

請原諒生活在閱讀量陰影中的小編,玩了一回標題黨。但這真的是一篇嚴肅科普。不信請看——

4月2日8時15分,天宮一號目標飛行器時隔六年之後,再入大氣層,在化身無數碎片後,墜入南太平洋中部區域。至此,這個超長服役的老兵,完成了自己的使命。

天宮一號是我國第一個目標飛行器,自2011年11月9號開始,先後與神舟八號、神舟九號和神舟十號成功進行了交會對接。天宮一號原定僅兩年的壽命,但是一直超期服役到2016年3月底才宣布中斷數據鏈接,可以說是一次非常成功的宇航任務了。

作為近10年來從太空再入大氣層燒毀的最大人造物體,天宮一號因為失去飛行動力而墜入大氣層,從2016年3月進入軌道衰減期到至今,天宮一號軌道高度下降了近200千米。但同樣是超長服役的旅行者一號飛船從1977年發射至今,卻已經「飄」至太陽系邊緣。

為什麼有些飛行器會永保飛行狀態,而有些飛行器會墜入大氣層呢?

「簡單來說,可以看飛行器的速度是否滿足第一宇宙速度。」談及天宮一號墜落的原因,北京師範大學天文系高健副教授介紹,我們知道,從研究兩個質點在萬有引力作用下的運動規律出發,人們通常把航天器達到環繞地球、脫離地球和飛出太陽系所需要的最小發射速度,分別稱為第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。

「太空飛行器如果要繞著地球飛行,發射速度至少到達到第一宇宙速度。」高健說,如果發射速度低於這個速度,就不能繞著地球運行,如果高於這個速度,軌道就會更高,如果高於第二宇宙速度,太空飛行器就會脫離地球。對於天宮一號來說,最初發射上天,速度是要超過第一宇宙速度的,而現今其繞地球運行的速度已經降低,甚至低於第一宇宙速度了。

說到讓天宮一號速度降低的原因,高健告訴科技日報記者,這主要是因為大氣阻力對於低軌人造天體的作用造成的。天宮一號是運行軌道較低的人造天體。軌道較低的人造天體在運行的時候因為距離地球比較近,地球的外層大氣對於天宮一號這種低軌的人造天體會產生較大作用。

而這種作用就如同我們在迎風跑步的時候感受到的空氣阻力一般,天宮一號在飛行過程中也會受到外層大氣的阻力作用。正是這樣,天宮一號不斷受到來自大氣的阻力,運行速度越來越低,導致其軌道高度也越來越低,軌道形狀也越來越扁,最終將會進入內層大氣,落到地表上。

「雖然在這樣的高度,空氣已經極其稀薄,導致的空氣阻力已經極小。但就是這樣的極小的阻力,還是會對飛行器產生積少成多的影響,使飛行器螺旋式下落。」南京大學與加州大學伯克利分校博士研究生王善欽說,這是所有近地軌道衛星和飛行器都要面對的問題。

為解決這個問題,飛行器自身必須攜帶燃料或者液體,通過啟動發動機或者將液體噴發為氣體,將飛行器反推到更高的軌道。「但是飛行器上面存儲的燃料是有限的,每次『變軌』消耗一些燃料,最終必然把燃料消耗乾淨,然後飛行器就再也無法通過提高軌道高度,而只能不斷螺旋式下落。」王善欽說,在過去多年來,已經有多個飛行器因為消耗完燃料或推進液體而結束壽命,有的已經墜落地球。

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那星星為什麼不會墜落?

我們通常所說的星星,一般指肉眼可見的宇宙中的星體,包含了各種行星和恆星等。行星通常指自身不發光,環繞著恆星的天體,如我們生存的地球以及水星,金星,火星,木星等。

開普勒行星第一運動定律指出,在太陽的引力作用下,行星在不同的橢圓軌道上繞太陽運行。它們在各自軌道上的運行速度都滿足其相對於太陽的「第一宇宙速度」,因此不會撞到太陽上;而且這些行星的橢圓軌道之間都相距很遠,運行軌跡並不交叉,所以也不會有相撞的危險。而距離我們更遙遠的恆星,太陽引力對它們的作用微乎其微,自然也不會受到影響。

而如旅行者一號,二號,先驅者飛行器等無動力飛行器,最開始發射的時候就是要脫離地球引力,脫離太陽系,接近第三宇宙速度,所以這些無動力飛行器的初始速度也非常高,軌道高度自然很高,超過地球大氣的覆蓋範圍,因此這些飛行器的運行並不會受到大氣阻力的作用。如果失去控制,也基本上會如同旅行者一號一樣,在宇宙空間中繼續運動,不會掉落地表。

王善欽解釋,在飛出太陽系的過程中,它們也受到的宇宙塵埃的阻力,但宇宙塵埃的密度遠遠小於地球上空的空氣阻力的密度,因此它們受到的阻力作用可以忽略不計,沒有什麼可以降低它們的速度,因此會永遠在宇宙中運動下去。

現在知道天宮一號墜落的原因是什麼了嗎?

那就是速度!速度!速度!飛行速度!


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