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航天器離軌再入與軌道衰降過程

時間:2018年03月29日 信息來源:航天技術(shù)應(yīng)用官方微信 點擊:8389 字體:

使命結(jié)束后,會因低地球大氣環(huán)境阻力而離軌衰降,當其軌道高度低于120km,將面臨再入墜毀處置問題。

航天器離軌到再入過程是一個軌道高度和能量逐漸降低、連續(xù)變化的過程。這個過程可以劃分為兩個階段:軌道衰降階段和再入損毀階段。

在軌道衰降階段,航天器仍然能夠環(huán)繞地球、以螺旋形橢圓軌道飛行,但在稀薄空氣動力、地球重力、磁場力等外力的持續(xù)作用以及太陽活動的間歇性影響下,航天器的飛行軌道高度逐漸降低,機械能也逐漸減少,一邊飛行一邊向地表稠密大氣層靠近。

軌道衰降的過程通常很漫長,這一緩慢過程易受太陽磁暴、空間粒子等干擾影響,因此存在隨機性。比如當航天器的軌道足夠高時,甚至觀測不到明顯的軌道衰降,這時,失效的航天器將成為長期威脅其他航天器安全的太空垃圾。但在另外一些情況下,航天器軌道高度會逐漸緩慢地下降,隨著軌道高度的降低,軌道衰降的速度也越來越快。當軌道高度和能量衰降到一定程度時,航天器不能夠再繼續(xù)環(huán)繞地球飛行,會進入稠密大氣層。

航天器進入稠密大氣層,即進入了再入損毀階段。這一階段時間歷程較確定,一般幾十分鐘結(jié)束。航天器在大氣劇烈摩擦阻力作用下,機械能急劇減小,摩擦生熱使航天器金屬結(jié)構(gòu)(合金材料)變形失效熔融、復(fù)合材料熱解燒蝕損毀,在氣動熱、力、減速過載等綜合作用下,發(fā)生劇烈破壞解體現(xiàn)象。解體后殘骸繼續(xù)高速飛行并繼續(xù)多次破壞解體,在這個過程中,大部分結(jié)構(gòu)被超高速氣動加熱,發(fā)生熱化學(xué)氧化反應(yīng)燃燒分解,但仍然可能有部分難熔殘骸或碎片、再凝固氧化物到達地面。

航天器的殘骸形式(包括殘骸速度、質(zhì)量、幾何特性、材料組成等)及其空間散布主要由航天器本身的結(jié)構(gòu)材料特性、航天器再入點的速度(包括大小和方向)、姿態(tài)以及再入過程中的大氣環(huán)境等因素共同決定。特別是殘骸的空間散布區(qū)域位于地球上的經(jīng)緯度位置,由航天器再入點位置決定,而該空間區(qū)域的長度、寬度范圍等由再入時刻速度、姿態(tài)和航天器自身特性決定,需通過計算建模分析得到。航天器如以很小軌道傾角再入或再入過程中發(fā)生首次、二次解體高度較高,則航天器再入飛行時間較長,氣動力/熱對航天器損毀充分,能到達地面的殘留物碎片就會所剩無幾。




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