美国天空实验室陨落“内幕”

作者: 李会超

来源: 科学大院

发布日期: 2016-09-23

1979年7月,美国第一艘空间实验室天空实验室坠毁在澳大利亚帕斯附近,未等到航天飞机的出世。文章详细介绍了天空实验室的结构、历史及其坠落的原因,包括大气阻力、太阳活动对轨道的影响,以及NASA和NOAA对太阳黑子数的预报偏差。最终,天空实验室的科学贡献推动了人类对太阳活动的认识。

1979年7月,美国发射运行的第一艘空间实验室坠毁在澳大利亚帕斯附近,它终究还是没有等到航天飞机的出世。这好好的实验室怎么说掉就掉下来了呢?我们还是先来了解一下什么是天空实验室,再来找出让天空实验室坠落的“罪魁祸首”,揭开坠落背后不为人知的内幕吧。天空实验室(Skylab)是美国发射运行的第一艘空间实验室,也是美国空间站技术的先驱。

它由工作舱、过渡舱、对接舱等部分组成,能与运送宇航员的“阿波罗”飞船对接。天空实验室总重82吨,与阿波罗飞船对接时的最大重量可达90吨。1973年5月14日,在推力巨大的土星5号火箭最后一次飞行中发射入轨。尽管在发射期间飞船的主太阳能电池板和部分防护层被损坏,但是这些小意外并没有成为天空实验室的阻碍,随后造访天空实验室的宇航员成功的在太空中将其修复。

在1973年到1974年间,共有9位宇航员在天空实验室上累计工作了171天。之后,NASA虽然暂停了天空实验室的使用,但仍将其保留在轨道上,希望在20世纪80年代航天飞机研发完成后,用航天飞机搭载宇航员继续使用它。然而,天空实验室没能坚持到航天飞机问世,就在1979年7月坠毁了。宇航员最后一次造访天空实验室时拍摄的照片。大气阻力与空间站轨道。

目前,人类已经发射的大部分载人飞行器,都飞行在距离地面几百公里的近地轨道上,这里虽然已进入太空,但仍然存在着稀薄的大气。这些高层大气会对飞行器产生阻力,如果没有额外的动力抵消阻力,飞行器就会在阻力的作用下减速。由于地球的重力场是恒定的,因此飞行器的轨道高度就必须降低,才能使地球引力和飞船圆周运动的向心力相等,一般称这种现象为“轨道衰减”。

随着轨道高度的降低,轨道上的大气密度会因为接近地面而提高,阻力会进一步变大,最终,飞行器会坠向地面。那么,如何克服这个问题,让飞船在轨道上工作足够长的时间呢?在美国,除了NASA外,和空间天气相关的联邦政府机构还有美国大气和海洋管理局(NOAA),其所属的空间环境服务中心(现在已发展为空间天气预报中心)定期为美国的政府和私人机构发布太阳活动、空间环境的预报。

在天空实验室发射之后,NOAA和NASA的科学家都要对未来几年的太阳黑子数做出预报。因为太阳黑子数是太阳活动程度的标志,日面上出现太阳黑子越多,就意味着太阳上存在着越多的复杂磁场结构,爆发太阳风暴的可能性就更高。所以,太阳黑子越多时,地球高层大气密度增加的情况会越频繁的出现,天空实验室的轨道就会衰减的更快。

1979年7月11日,围绕地球旋转了34981圈的天空实验室坠落在了澳大利亚帕斯东南的陆地上。虽然NASA对天空实验室的坠落位置和解体速度的估计都存在比较大的误差,天空实验室未能像他们希望的那样坠落在南非开普敦以南的大海中,但所幸的是,残骸坠地时没有造成损失。9天后,帕斯在举办“宇宙小姐”选美比赛时,还把天空实验室的一块残骸拉去装饰舞台,为天空实验室的终结增加了几分喜剧色彩。

虽然天空实验室自己殒命于空间天气效应,但它在轨运行期间的科学发现却极大的地推动了人类对于太阳活动的认识,为更准确的预报空间天气的变化提供了理论依据。天空实验室上搭载了阿波罗望远镜装置(Apollo Telescope Mount,简称ATM,但不要因为名字一样就认为它能在太空里取钱)装配了X射线、极紫外、紫外、可见光等波段的成像和光谱观测设备。

通过分析ATM的白光日冕仪数据,科学家们发现了与行星际激波对应的日冕瞬变现象——日冕物质抛射。今天,作为影响地球空间天气状况最显著的现象之一,日冕物质抛射的产生、传播和它对地球的影响依然是空间天气学研究的热点领域。

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