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太空精釀:為什么沒(méi)有任何人能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)天宮一號(hào)的落點(diǎn)?
關(guān)鍵字: 天宮一號(hào)失控天宮一號(hào)墜毀天宮一號(hào)辟謠中國(guó)航天科技太空垃圾此前,距離天宮一號(hào)重返大氣越來(lái)越近,各種關(guān)于它可能威脅/落點(diǎn)的預(yù)測(cè)也是謠言不斷,筆者甚至在2天前見(jiàn)到過(guò)一個(gè)落點(diǎn)在河南和安徽兩省交界某縣的媒體報(bào)道……這是典型的造謠生事。
而實(shí)際上,真正在跟蹤NASA/歐空局/北美彈道導(dǎo)彈防御司令部等研究機(jī)構(gòu)的朋友們發(fā)現(xiàn),這些專業(yè)機(jī)構(gòu)每天的預(yù)測(cè)都在不斷改變。
也就是說(shuō),他們也說(shuō)不準(zhǔn)。
謠言止于智者,我們不妨好好分析下為什么全世界沒(méi)有任何一個(gè)研究機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。
圖片來(lái)源:新華社
航天器一旦入軌,需要受到各種作用力的影響,大體上可以分為兩種。
1、引力相關(guān)
a. 太陽(yáng)引力:太陽(yáng)占據(jù)了太陽(yáng)系99.9%的質(zhì)量,萬(wàn)有引力定律,它對(duì)航天器會(huì)有影響;
b. 月球引力:同理;
c. 其他星球引力:有時(shí)還要考慮距離我們最近的金星,和巨大的木星引力;
d. 地球引力:由于地球距離航天器最近,這個(gè)引力已經(jīng)不能用質(zhì)點(diǎn)來(lái)取代,且隨著航天器距離地球越近就會(huì)變得更強(qiáng)。因此,喜馬拉雅山和撒哈拉沙漠對(duì)航天器的吸引作用完全不同。因此我們需要用非常復(fù)雜的地球重力場(chǎng)模型來(lái)形容,把地球劃成一個(gè)N*N的大蛋糕,每一塊引力不同。航天器飛行過(guò)程中受到的吸引力復(fù)雜程度可想而知。
e. 潮汐引力:在月球的作用下,海洋在運(yùn)動(dòng),地殼也在運(yùn)動(dòng),大氣也在運(yùn)動(dòng),它們形成了液體/固體/氣體潮汐,這些潮汐也在影響地球?qū)教炱鞯囊τ绊懀?
當(dāng)然,根據(jù)萬(wàn)有引力定律,上述顯然不是全部。
2、非引力相關(guān)
a. 空氣阻力:大氣的明顯邊界是100千米卡門線,但這并不意味著終點(diǎn),事實(shí)上大氣熱層和電離層可以擴(kuò)展到距離地球幾千千米處,只不過(guò)大氣密度急速下降。對(duì)于距離地球較近的航天器(500千米以內(nèi)),就會(huì)受到空氣阻力,就像你騎車時(shí)風(fēng)大就沒(méi)法走,一個(gè)道理。更何況近地航天器的運(yùn)動(dòng)速度在28000千米/時(shí)左右。沒(méi)概念?高速限速才120千米/時(shí),聲速才大約1000千米/時(shí)。
b. 太陽(yáng)光壓:太陽(yáng)光打在航天器表面,要產(chǎn)生一定作用力。且由于地球遮擋作用,航天器是有時(shí)候能被照到,有時(shí)候照不到,航天器的姿態(tài)和表面材料(反光系數(shù))也會(huì)有很大影響;
c. 地球反照壓:我們能看到發(fā)亮的月球,不是因?yàn)樗l(fā)光,而是因?yàn)樗垂?。同樣的道理,地球也?huì)反光,這些光線也會(huì)對(duì)航天器造成壓力。而且海洋的反光、沙漠的反光、南極的反光,完全好幾碼事。
d. 其他小作用力:航天器是金屬,地球磁場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生一定的微小作用力;高空大氣有各種復(fù)雜的風(fēng)向,也會(huì)產(chǎn)生作用力;電離層出現(xiàn)未知擾動(dòng),哪怕地球上地震引起的,都會(huì)產(chǎn)生作用力,等等等等,實(shí)在太多了。
e. 航天器自身:推力發(fā)動(dòng)機(jī)工作,姿態(tài)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)工作,這就沒(méi)法說(shuō)。當(dāng)然,現(xiàn)在天宮已經(jīng)不存在這個(gè)因素了。
上述引力和非引力相關(guān)分析遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,因此,我們還要一直遙測(cè)監(jiān)視,隨時(shí)變軌導(dǎo)航更正。各種衛(wèi)星監(jiān)控站、測(cè)量船,就是干這個(gè)。
現(xiàn)在解釋難預(yù)測(cè),不說(shuō)別的,咱就說(shuō)空氣阻力一項(xiàng),這是導(dǎo)致天宮一號(hào)回來(lái)的主要因素。
資料圖
它的決定因素有:
a. 太陽(yáng)活動(dòng):太陽(yáng)輻射會(huì)使得空氣升溫往外膨脹,那么高層大氣的密度就會(huì)增加;太陽(yáng)會(huì)電離外層大氣,導(dǎo)致帶電粒子數(shù)量發(fā)射變化;太陽(yáng)會(huì)直接決定光壓大??;而太陽(yáng)活動(dòng)怎么樣,這不是人類現(xiàn)有的科技能預(yù)測(cè)的。
b. 空氣密度:受無(wú)數(shù)因素影響,太陽(yáng)、地球地質(zhì)運(yùn)動(dòng)(地震火山)等;
c. 摩擦系數(shù):生活經(jīng)驗(yàn)?zāi)芨嬖V我們,輪胎和大理石摩擦系數(shù)天壤之輩。天宮這種航天器身上有各種材料,摩擦系數(shù)很難確定;
d. 運(yùn)動(dòng)速度:不僅是大小,還有方向,更是大氣和航天器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。大氣有熱層的各種橫向風(fēng),遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于地面,人類絲毫沒(méi)辦法掌握。
e. 橫截面積:打著傘迎風(fēng)走就難很多,現(xiàn)在天宮一號(hào)已經(jīng)失控轉(zhuǎn)了起來(lái),橫截面積完全不定,隨時(shí)在變;
因此,失控狀態(tài)的天宮一號(hào)入軌時(shí)的摩擦情況可能非常糟,也就是燃燒情況會(huì)很劇烈,能燒到剩多少渣、甚至連渣都沒(méi)有,完全無(wú)法預(yù)測(cè)。具體的分析,我在底部放了之前的文章。
更何況更何況,連大劉的《三體》都給我們解釋了一個(gè)道理:航天/天文領(lǐng)域,三個(gè)物體互相影響,它們的位置就沒(méi)有解析解了,意思是沒(méi)有任何公式和模型能解釋出來(lái)。
所以連這么高級(jí)的三體文明,擁有水滴、曲率飛船這么一大堆高科技,都無(wú)法避免反復(fù)的涅槃重生,而且完全無(wú)法決定自己命運(yùn)。
更復(fù)雜的,完全無(wú)解。
那么,天宮上如此多的作用力,我問(wèn)你誰(shuí)能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出來(lái)天宮一號(hào)準(zhǔn)確返回的地點(diǎn)?
三體人肯定不行。
這也是為什么全世界沒(méi)有任何一個(gè)個(gè)人、組織、研究機(jī)構(gòu),敢準(zhǔn)確預(yù)言,大家都是一邊看一邊猜,但誤差極大。
而且天宮一號(hào)飛的速度非???,你讀了這篇科普才用時(shí)5分鐘,但它已經(jīng)飛出2000多千米了,這差不多是從西歐到非洲。
你如果看到任何悍然說(shuō)能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)落點(diǎn)的,不要慌,拿這篇文章去打臉:《怎么看待天宮一號(hào)再入大氣層?》
(本文首發(fā)于知乎,作者為“太空精釀”,觀察者網(wǎng)已獲授權(quán)轉(zhuǎn)載。)
- 原標(biāo)題:為什么沒(méi)有任何人能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)天宮一號(hào)的落點(diǎn)? 本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
- 責(zé)任編輯:李泠
- 最后更新: 2018-04-04 09:28:58
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