2030年前後將墜入大氣層,國際空間站歸宿何處?

2025-01-03 | 來源: 上觀新聞 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

國際空間站是有史以來人類創建的造價最高的工程，也可以說是科學史上合作最密切的項目之一。自本世紀初以來，來自23個國家的280名宇航員先後前往國際空間站。

據《新科學家》雜志報道，國際空間站將在2030年前後燃燒殆盡並濺落太平洋。事實上，幾乎每天都有人造衛星再入大氣層。但是，耗資1500億美元的國際空間站是迄今為止人類建造的規模最大、結構最復雜的衛星，其質量相當於一架滿載的巨型噴氣式飛機。

顯然，要終結國際空間站的壽命，絕非簡單易行。如何才能使這樣一個重達42萬公斤的龐然大物安全降落並銷毀？

墜毀：唯一可行的結局

國際空間站的歷史可追溯到20世紀80年代，當時美國國家航空航天局（NASA）將其命名為“自由號”，意在挑戰蘇聯的“和平號”空間站。到了上世紀90年代初，西方與俄羅斯關系回暖，這為進一步合作開發項目奠定了基礎。

參與空間站項目的不僅有NASA和俄羅斯航天局，還有歐洲航天局、加拿大(专题)航天局和日本(专题)宇宙航空研究開發機構。此後，盡管地面上政治局勢緊張，但空間合作精神一直延續了下來。

從理論上講，國際空間站可以繼續運行，比如被助推到更高的軌道，使其無需更多推進劑就能無限期地運行下去，或將其保留為太空博物館。但NASA2024年發布的一份白皮書指出，這兩個選擇都存在問題：一方面，到2030年前，空間站的大部分組件都將超出其最初的結構壽命，發生故障的風險也將越來越高；另一方面，在更高軌道高度上，空間站與太空垃圾發生碰撞的風險也更大——一次巨大的撞擊可能會將國際空間站炸得粉碎，所釋放出大量碎片可能使任何近地軌道在幾百年裡對人造天體都不再“宜居”。

還有一些航天愛好者建議，可以拆除國際空間站，將碎片運回地球，或者重新用於下一個可居住的空間站。但這種主張也屬“空中樓閣”，因為這一方案可能需要的花費高達1500億美元。

因此，空間站必須墜落。不過，空間站脫軌也有好壞兩種結局。NASA第一座載人空間站“天空實驗室”的結局就很糟。1979年，這個重達75噸的結構在墜落過程中俯沖向地球，有部分碎片落在了澳大利亞西部的居民區，所幸該區域無人受傷。

重達130噸的“和平號”空間站的脫軌結局要好得多。2001年，在俄羅斯航天局的妥善處置下，它墜落在一片名為“南太平洋無人區”（俗稱“航天器墓地”）的水域中，多年來這裡已成為250多顆衛星的最後安息之地。

脫軌：精准墜落的前提

然而，要讓空間站精准擊中“航天器墓地”這個靶心並不容易。在低地球軌道上，衛星相對於地面的速度為每秒7.8千米，約等於步槍子彈速度的8倍。在墜落撞擊的那一刻，衛星碎片的速度可能會減慢到每秒270米，但此間衛星碎片可能會覆蓋大范圍的地面或海面。

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為了縮短碎片軌跡並控制衛星的撞擊區，就需要讓碎片盡可能筆直並迅速地降落。這就需要故意擾亂衛星的軌道，使衛星在某一時刻的運行方向從環繞地球變為穿過地球。“和平號”墜落時，一艘名為“進步號”的俄羅斯對接貨運飛船通過三次引擎點火，成功完成了這一操作。

然而，國際空間站的慣性是“和平號”的三倍多。為了實現脫軌，國際空間站可與三架“進步號”航天器對接。但為了節省足夠的推進劑，飛行控制人員需要在空間站降落的前三分之一時間裡依靠大氣阻力，然後再發動引擎。但由於大氣層的情況並不能完全精准預測，這有可能導致航天器失控翻滾並提前解體。

發動引擎可以使航天器穩定下來，但這會占用脫軌操作所需的推動力。而且，等到引擎發動時，國際空間站已經降至“不歸點”以下，即無法重新助推回原來的軌道並再試一次。如果此時出現任何問題，比如系統故障或者撞上太空碎片，那麼空間站可能會偏離軌道，而任何人對此都無能為力。一旦最糟糕情況發生，預計可能會有40到100噸的碎片飛向地面，對人類的生命和財產造成威脅。

未來：NASA已不再領跑

國際空間站似乎已經走在一條“不歸路”上。空間站的最後一批乘員可能將在未來幾年，即軌道自然衰變的第一階段升空。2030年左右，航天器將與空間站對接，為它敲響喪鍾。

屆時，短短幾小時內，空間站的高度將下降到120千米。此時，快速增厚的大氣層將形成一股逆風，足以撕裂空間站的太陽能電池板。再下降20千米，核心模組將破裂，在足以熔化鈦的高溫下劃過天空。對於地球上的觀測者，這一壯觀場面就像一簇導彈飛過天空。隨著模組一個接著一個解體，“導彈”的數量也會逐漸減少。

最終，沒有燒光的殘骸（在理想情況下）將像一陣滾燙的碎片雨劃破遙遠的太平洋洋面，最後沉入海底。如同俄羅斯官方在通報“和平號”脫軌時所說的那樣，國際空間站以及它所代表的一切都將“不復存在”。

加拿大航天局派駐NASA得克薩斯州休斯頓(专题)約翰遜航天中心的主要聯絡人蒂姆·布雷斯懷特認為，空間站的“基因”將被保留下來，“到21世紀30年代，人們會想到建造月球基地，他們將站在我們的肩膀上”。

或許有人會問，未來的太空探索領跑者將會是誰？美國華盛頓特區史密森學會國家航空和航天博物館館長凱思琳·劉易斯表示，隨著中國、印度(专题)和日本等國相繼開展太空計劃，NASA也已不再是昔日的全球領跑者。

2024年10月14日，一枚載有NASA“歐羅巴快船”（Europa Clipper）木衛二探測器的SpaceX“獵鷹重型”運載火箭在美國肯尼迪航天中心成功發射升空。

事實上，下一個領跑者可能是像太空探索技術公司（SpaceX）這樣的私營公司。2024年6月，SpaceX競標獲得NASA發布的空間站脫軌專用航天器項目，合同價值8.43億美元。此外，美國公司“公理航天”希望將自己的模組安裝到國際空間站上，並在脫軌前將其分離，這樣它們就可以成為在宇宙中自由運行的“旅店”。不過，很多人對其商業可行性表示懷疑。