礼炮1号空间站概念图
礼炮1号空间站的最后归宿地,是科学家早就为其选定好的。这里位于南太平洋,南极昆仑站所在区域被称为“人类不可接近之极”,而这片海域的正式名称是“海洋难抵极”,因为这里距离最近的陆地大约都有2700千米。
不过,它还有一个很特别的名字——“尼莫点”。不错,这正是儒勒·凡尔纳所著科幻小说《海底两万里》中鹦鹉螺号潜水艇尼莫船长的名字。而“尼莫”一词则来自拉丁语的“Nemo”,直译为“无人”。
尼莫点示意图,图片来源:《卫报》
尼莫点于1992年由加拿大克罗地亚裔测量工程学家赫尔沃耶·卢卡泰拉发现,离它最近的陆地为三座遥遥相望的南半球岛屿——皮特凯恩群岛中的迪西岛、复活节岛西南角的莫图努伊岛和南极洲外海的马厄岛,三者分别位于其北方、东北方及南方,至尼莫点的距离均远达2688千米。
以此长度为半径、尼莫点为中心,将上述三岛以圆周串连起来,可圈出一片与整个北美洲面积相当、毫无任何陆块夹杂其中的汪洋大海。
由此,令人意想不到的事情发生了——距离尼莫点最近的有人类出没的地方不在地球上。相比之下,位于400千米高空中的国际空间站人员离它更近。
而这片海域在仰望星空的同时,也成为国际空间站等世界航天器的“坟墓”。老旧的卫星、火箭部件和空间站在外太空的旅程结束时,都被送到太平洋的这个荒凉之地,永远安息在漆黑的海底。
航天器的最终归宿主要有两个,要么被送入“坟场轨道”,要么被送回地面,在地球大气层中被烧毁。
处于地球同步轨道上的航天器一般会被发射抬升到比近地轨道高上千千米的“坟场轨道”上去,而近地轨道的失效航天器会被送回地面,坠落进入大气层。大部分小型卫星会在距地面高度80千米至120千米的范围内被燃烧销毁,并不会真的落回地球表面。但对于诸如空间站这类大型航天器,不能完全烧尽,它们通过大气层后仍会留下残骸。
图为火箭正在发射,人类发射的航天器是太空垃圾的主要来源。图片来源:美国宇航局
这些残骸,最终都会受控坠落到这片“航天器坟场”中。这片区域不仅没有人类活动,而且由于洋流影响,周边的海洋环境不足以供养海洋生物,所以就连海洋生物也很少,唯有部分海底细菌可以存活。可以说,这里几乎是一片寂静死海。
2001年3月23日凌晨,在结束了长达15年的任务、绕地球飞行8万多圈后,苏联“和平”号空间站开始了它生命的最后一段旅程。
一艘对接的货运飞船点燃发动机,使“和平”号离开轨道,返回地球。这座120吨重的空间站进入大气层,解体后如流星般坠落。斐济附近的不少渔民曾经目睹燃烧着的残骸从天空飞过,无法全部燃烧销毁的剩余残骸,落入尼莫点附近的水中坟墓。
从1971至2016年,在这片约1500平方千米的水域下方4000米深处,有260多个航天器长眠于此,其中大部分属于俄罗斯,包括140余艘太空补给船、6个礼炮号空间站。我国之前发射的天宫一号、天宫二号空间实验室以及天舟一号货运飞船在任务结束后也在此“安息”。在该区域沉睡的其他航天器还有国际空间站各种货运飞船,包括日本的6艘HTV货运飞船和欧洲空间局的5艘自动运载飞船,甚至还有SpaceX火箭。
不远的将来,已经进入“暮年”的国际空间站,也将在此长眠。国际空间站从1998年开始绕地球运行,如今已延长服役时间至2024年,但已经显出老化迹象。
科学家们运用那些晦涩难懂的公式、符号、图纸建造而成的“星空探索者”承载着人类的光辉与梦想,它们见过灿烂星辰,最后荣归大海,就像世界各地的沉船一样,它们将变成一片栖息地、一处珊瑚礁,一种全新的生命。
人造卫星安全回家有多难?
不想在宇宙深处咀嚼孤独,也不想在无人海域保持静默,退役的人造卫星许愿回家“安享晚年”,真有那么难?
其实,并不是所有人造卫星在结束任务后都面临在大气层中“灰飞烟灭”的命运,返回式卫星在完成太空任务后,就能够安全“回家”。
返回式卫星的研制和应用是卫星发展史上的一个重要突破。我国是目前掌握返回式卫星技术为数不多的国家之一。然而,要使卫星在预定的时间、地点返回,要求具备的条件可谓严苛,需要解决一系列复杂的技术难题。
首先
卫星必须进入预定轨道,并正好经过预定回收地区上空。由于回收卫星一般是低轨道卫星,受大气阻力和地球形状等因素影响,其轨道会发生偏离,因此,必须精确测算出卫星的实际轨道,才能确定返回指令的发出时间。卫星返回前先要脱离原来的运行轨道。卫星脱离原有轨道的速度为再入速度,其与地平线所形成的俯角称为再入角。卫星重返大地对再入角的要求十分严格,一般须在3度至5度,运载火箭的点火时间、推力方向、推力大小与时间长短都会影响到再入速度和再入角的准确度。
其次
卫星在降落过程中,会摩擦生热。尤其是当它降到离地面60千米至70千米时,会与大气层摩擦产生大量的热能,使其表面发生燃烧。这就需要卫星表层由特殊的耐高温材料制成。
此外
地面和卫星相互配合使卫星能准确地转变成返回的姿态,是返回的关键。卫星返回地面过程中必须不间断地对卫星进行精确测量和全程跟踪,并根据实测轨道参数对卫星的程序控制数据进行必要控制和管理,为此就要建立更大范围、更多功能的地面测控网。
最后
卫星降落到离地10千米至20千米时,必须使用降落伞来再次降低速度,而降落伞的打开必须非常准时。卫星回收的一系列程序中,都包含复杂的技术问题,难度是很大的。
以上种种,都是针对返回式卫星的具体措施。而退役的人造卫星则会因燃料不足、难以把控或成本过高等,无法“回家”,最终要么被送入“坟场轨道”,要么返回地球,在大气层中燃烧殆尽,或者带着残余坠入深海,了结此生。
皓月繁星,也许只是发光的太空垃圾
当你感叹星空的美妙绝伦时,可曾想过,它的另一面,也许是一圈巨大的“太空垃圾场”,且足足有8000多吨……
中国第一个进入太空的航天员杨利伟曾回忆说,在太空里听到了许多“咚、咚、咚”的响声,但不知道是为什么。
那么这种声音来自哪里?有网友调侃道:这难道是外星人在敲击飞船?专家分析,这可能是由于舱内温度变化导致气体热胀冷缩,造成舱体变形时的声响;还有可能是太空垃圾撞击飞船时发出的声音。
太空垃圾的“元年”是1957年。当年10月4日,苏联发射了世界上第一颗人造卫星“斯普特尼克”1号,人类利用航天器探索外层空间的新纪元从此开启。“斯普特尼克”1号卫星直径约58.5厘米,把它发射到太空的那枚火箭脱落的碎片,被认作是太空垃圾“第一块”。
除了漂浮的火箭残留的碎片、废弃的卫星,还有一些意想不到的“奇葩”太空垃圾,比如人类骨灰、高尔夫球、价值10万美元的工具箱、3.5亿枚小铜针、“动物宇航员”的尸体等。还有一只被美国宇航员丢失的手套,在太空中漂浮了20多年。
1997年,当太空殡葬服务被首次推出时,《星际迷航》系列作品的创作者吉恩·罗登贝恩的一部分骨灰被装入唇膏大小的胶囊送入太空,环绕地球轨道6年之后焚毁在地球的大气层里。
太空打高尔夫球示意图。图片来源:北京晚报
2006年11月,俄罗斯宇航员米哈伊尔·秋林在国际空间站外打出一杆有着历史性意义的太空高尔夫球,然而这项太空活动并非是为了“好玩”,而是一个太空广告合作项目。自进入地球轨道后,这枚高尔夫球似乎也变成了太空垃圾,留在了太空中。
另外,踏上太空的不仅只有人类,还有很多“动物宇航员”。它们为人类的宇航事业、生物事业等做出了不凡的贡献,如小狗、猴子、兔子、鱼、蜘蛛等。如果这些动物不幸“牺牲”,大多数情况下,它们的尸体会在太空中漂浮数月甚至数年,然后在掉落大气层时被焚烧。第一个上太空的动物是一只名叫莱卡的小狗,因惊吓和中暑衰竭为太空探索付出了生命。据了解,它的尸体连同太空舱,在2007年时还滞留在地球轨道上。
在航天技术日益发达的今天,去太空旅游、在失重中漫步的梦想不再遥远。太空垃圾的问题对于人类来讲似乎只是一种“烦恼”,还没有到达危机级别,但如果太空垃圾长期得不到妥善处理,会对卫星体系甚至地球造成严重影响,将来处理起来会更难。