天宫一号预测重返区域,为什么和实际差半个地球?

发布者:jack | 2018-04-03 05:51:18 | 来源:看空天

【星网专讯】

“一切预测都是猜测。”这句经常被用于金融投资领域的话,最近不幸在追求精益求精,万无一失的航天领域应验了。

4月2日上午,中国载人航天工程办公室官网发布公告称,北京航天飞行控制中心和有关机构监测分析,4月2日8时15分左右,天宫一号目标飞行器已再入大气层,再入落区位于南太平洋中部区域,绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。

有意思的是,天宫一号和人类开了个玩笑。和同一天早些时候中国载人航天工程办公室官网发布的天宫一号再入预测区域相比,最终的再入区域差了一个大洋的距离。而国外的航天机构的预测更不靠谱。人们或许会问,人们对弹道导弹落点的推算那么准确,相关机构为什么对天宫一号重返大气层的区域预测却差了十万八千里呢?

我们先来看看理想与现实的距离。

4月2日,在宣布天宫一号重返大气层前,载人航天办公室官网就天宫一号的状态、再入时间和地点发布了两次公告。

 

 

第一次公告指出,4月2日5时,天宫一号运行在平均高度约138.8公里的轨道上,预计再入时间为4月2日8时49分(最早时间8时11分,最晚时间9时33分),再入区域中心点位于西经19.4度,南纬10.2度。这个地点位于南大西洋,非洲和南美洲中间。

 

 

4月2日中国载人航天工程办公室第一次公告预测的再入区域。

大约一个小时后,大概觉得有什么不妥,该官网发布了第二个公告,对预测进行了修正。

 

 

第二个公告预计再入时间为4月2日8时42分(最早时间8时24分,最晚时间9时01分),再入区域中心点位于西经40.4度,南纬27.4度。这个经纬度仍然位于南大西洋,靠近巴西的西南方海岸。

 

 

4月2日中国载人航天工程办公室第二次公告预测的再入区域。

但是,两个小时后,天宫一号最终从南太平洋中部再入,和这两次预测地点距都有一万公里以上的距离。有意思的是,从时间上来看,第一次预测还较为准确

国外的航天机构同样没有预测准。欧洲航天局31日的预测认为,天宫一号再入时间是美国东部时间4月1日下午7时25分左右(北京时间4月2日晨)到4月2日晨,再入位置位于北纬43度到南维43度的“任意地点”(嗯,这一点他确实说对了),很有可能西南欧上空。如下图,这个区域很广阔。”只能提前4个小时预测到后一个小时的情况。一个小时意味着它能绕地球跑一圈,”欧洲太空署太空碎片研究室负责人克雷格(Holger Krag)说,”即使这样也能把很多国家甚至大洲排除在降落地点之外。”当时他们认为唯一可以确定的是,天宫不会在南北纬43度以外的区域坠落。它的坠落区域限定在了地中海和澳大利亚塔斯马尼亚州(Tasmania)之间。

 

 

欧洲航天局和美国的非营利机构Aerospace Corp预测,再入位置位于北纬43度到南维43度的“任意地点”(图中绿色和黄色部分),如果不画蛇添足的说“很有可能西南欧上空”,那这个预测就圆满了。

台湾媒体称,北美防空司令部(NORAD)31日表示,“天宫一号”预估会于1日上午“坠落地球”,大概位置为北纬33.8度、东经115.8度,这里正好是安徽省与河南省的交界处。此后,美国空军第18航天控制联队预测,天宫一号将在东部时间4月1日晚8时49分在大西洋重返。都错了!

 

 

BBC引用的这张图显示,欧洲航天局的预测的可能重返区域比较大。

不过,美国人还是很会吹牛的。天宫一号重返后,美国太空司令部消息指出,天宫一号在北京时间4月2日8点16分于太平洋上方重返大气层,范围大致与先前外界预测的“北纬43度和南纬43度之间”相符(好像很准的样子),确认没有大型残骸。

这种重大事件自然也少不了宇宙大国韩国的参与。韩国科技信息部2日表示,据观测,中国载人空间试验平台——天宫一号将于8时47-54分许穿过韩国上空,提醒公众在这一时段尽量不要外出。韩国媒体2日称,天宫一号最快将于当天上午9时10分落地,坠落地点可能是南大西洋。结果证明,更不靠谱!

另外,在天宫一号即将重返的这几天,各大航天机构频繁修改可能的重返时间和地点。

 

 

天宫一号和美国空间实验室和苏联礼炮空间站的对比图。

美国加州非营利性航天研究公司Aerospace Corp在美国东部时间31日早些时候则预测,天宫一号4月1日晚上7点半重返,下降点在非洲附近。稍后,该公司认为天宫一号应该落入太平洋。该公司的高级技术人员Andrew Abraham说,对预测的数据没有太大的信心,它可能会移动并改变。“哪怕我们只离开一分钟,它就会移动数百英里。”它仍然有高度的不确定性。

相比之下,人们对弹道导弹的再入的预测就相对精准的多。那为啥天宫一号回归的区域那么不好算呢?

 

 

外媒制作的天宫一号重返大气层想想图。

我们首先要知道,什么叫重返。一般来说,100公里高的卡门线是大气层内外的人为分界线。但是,大气层并不是一下子消失的。因此,失控航天器坠入地面的过程较复杂。当失控航天器飞行轨道降低到120千米左右高度时,由于大气密度较大,所以其轨道高度会迅速降低再入大气层,并在气动热和气动力的作用趋向于解体。这个过程与大气密度、磁场强度,太阳黑子活动、风向、航天器形状、姿态和角度有关。天宫一号再入前在100多公里的轨道上运行,外形又不是很规则,还会发生翻滚,与空气摩擦,阻力增大,其飞行高度逐渐降低。这些都是现有的软件和算法很难精确模拟的。这时候由于速度仍然高达22倍音速,真是失之毫厘,谬以万里啊。

 

 

美国航天司令部在天宫一号重返后发布的公告部分截图,其实也是马后炮。

当航天器距地面100千米的高度时,其太阳电池翼、大型天线等航天器本体表面的大型装置将在大气阻力作用下率先撕裂,与航天器本体分离。当航天器离地面80千米时,由于航天器与大气层的剧烈摩擦,使航天器的温度进一步升高,航天器本体结构也开始解体。解体后形成的碎片大部分在与大气层摩擦产生的高温中烧尽。美国航天网站认为,天宫一号散落区域长2000公里,宽70公里,从再入到碎片落地要20小时。

 

 

美国航天网站制作的天宫一号碎片散落区域范围图。

BBC说,众多不确定性意味着只有到接近天宫一号飞行终点的时候才能做出确定的判断(事实证明也不准)。美国人就说,重返的时间和地点,取决于太阳的活动和空间站的翻滚。欧洲航天局(ESA)则表示,高能粒子流将使得高层大气密度增加,这也会引起天宫一号再入点的变化。

 

 

欧洲航天局之前预测的再入时间和轨道高度。

实际上,之前美国的“天空实验室”、俄罗斯“火卫一-土壤”坠落时,地球人的预测坠落区域和实际坠落区域也都差了一个大洋或者一个大洲的距离。

相比之下,洲际导弹弹头通常有较大的再入角和弹道弯度,能很快穿过大气层,砸向目标区,而且弹头形状规则,有的还带有修正系统,这都是天宫没法比的。

关键是,导弹是可控的。