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國際空間站將于2031年墜毀,如果失控,最壞的情況會是什么?科學家給出答案

2022-02-22  魅力科學君   |  轉藏
   

1998年11月20日,一個名為“曙光號”(Zarya)的功能貨艙成功發射升空,這標志著國際空間站正式開始建造,在接下來的時間里,隨著其他組件的陸續發射和對接,國際空間站逐漸被打造成了一個長約109米、寬約73米、重達400余噸的龐然大物。

時至今日,雖然國際空間站仍然還在軌道上運行,但它卻早已不再“年輕”,很多基礎設施和組件都出現了老化的跡象,因此它的退役已經在計劃之中,實際上,根據NASA于2022年初宣布的消息,國際空間站將于2031年墜毀。

所以我們就有了一系列的問題,國際空間站將以什么樣的方式墜毀?它會掉在哪里?在墜毀過程中如果失控,最壞的情況會是什么?其實對于這些問題,科學家已經給出了答案,下面我們就來簡單了解一下。

按照預定計劃,在國際空間站墜毀之前,一些新的模塊會被分離出來,并留在軌道上,以便與未來的空間站重新組合。

在此之后,國際空間站將使用機載推進器進行緩慢減速,使其運行軌道逐漸降低,接下來,地面上將發射一系列的航天器,它們將與國際空間站對接,并引導其向預定區域墜落。不出意外的話,國際空間站的殘骸將掉在南太平洋中的“尼莫點”(Point Nemo)附近區域。

“尼莫點”位于西經123°23.6′、南緯48°52.6′,是地球海洋中距離陸地最遠的位置,與“尼莫點”距離最近的陸地,也在大約2700公里之外,因此這里經常會被當作航天器的墜落地點。那如果失控,最壞的情況會是什么呢?

上圖為國際空間站的運行軌道,可以看到,由于地球的自轉,國際空間站的軌道在地球表面的投影范圍是很廣的,可以說人類的大部分活動區域都包含在其中,因此最壞的情況就是,國際空間站的殘骸在失控狀態下墜毀在人口稠密的區域。

看到這里,相信很多人都在想象這樣一種場景:國際空間站會像一顆重達400余噸的隕石一樣,以極高的速度砸在地面上并發生猛烈爆炸,進而給撞擊區域的人類帶來一場巨大的災難。然而實際情況卻并沒有想象中的這樣嚴重,這主要有以下3個原因。

1、國際空間站是中空的,其結構的緊密程度根本無法與實心的隕石相比,這樣就會導致它在墜入大氣層之后就迅速解體。

(模擬圖)

2、國際空間站使用的材料大多都是輕質金屬,這就會造成它的大部分質量會在大氣層中燒蝕殆盡,只有少部分致密或耐高溫的部件能夠最終抵達地球表面。

(還是模擬圖)

3、國際空間站的軌道速度是第一宇宙速度,大概是每秒鐘7.9公里,相比之下,隕石的速度基本上都是每秒鐘十幾公里,有的隕石的速度甚至可以達到每秒鐘幾十公里。

在此基礎上,再加上國際空間站是輕質中空結構,所以當它在大氣層中穿行時,其受到的空氣阻力就要比隕石大得多,進而造成其殘骸的終端速度遠低于隕石,只有每小時數百公里。

(注:在大氣層中下墜的物體會因為地球重力而不斷加速,而物體的速度越快,其受到的空氣阻力就越大,當作用于物體的空氣阻力與地球重力相等時,物體就會一直以當前速度下墜,這個速度就被稱為終端速度)

正是因為上述3個原因,科學家才認為盡管最壞的情況確實會對人類形成一定的威脅,但威脅程度并沒有想象中的那么高。

哈佛大學的天文學家喬納森·麥克道威爾(Jonathan McDowell)專門從事研究近地軌道內和脫離近地軌道的物體,他給出的答案是:最壞的情況相當于一架飛機墜毀,并且還是在人口稠密的區域墜毀,這很糟糕,但并不會像隕石撞擊地球那樣嚴重。

需要指出的是,由于地球表面只有大約29%是陸地,而人口稠密的區域只占其中極少的一部分,因此像這種“最壞的情況”發生的概率可以說是微乎其微。

除此之外,國際空間站于2031年的墜毀,肯定是會受到各方面高度關注的,即使它失控了,以人類現有的監測技術,也完全能夠提前很長一段時間就精確地判斷出它的墜毀區域,并做到及時預警,所以我們不必為此擔心。

值得一提的是,在過去的日子里,確實發生過空間站失控墜毀到地球陸地表面的情況,這個空間站就是NASA的“天空實驗室”(Sky Lab)。

“天空實驗室”長36米,最大直徑為6.7米,重約80噸,于1973年發射升空,原定在軌道上運行10年左右,但在1979年的時候,由于一次高于預期的太陽活動加熱并擴大了地球的大氣層,導致該空間站失去了有效控制并最終墜毀。

“天空實驗室”的殘骸碎片散落在澳大利亞珀斯(Perth)東南方向的陸地區域,其中最大的一塊就是一個氧氣罐(如下圖所示),所幸沒有造成人員傷亡。

順便講一下,對于“天空實驗室”失控墜毀,澳大利亞埃斯佩蘭斯(Esperance)曾以“亂丟垃圾”的名義向NASA罰款400美元,但NASA并沒有付款,直到2009年,一位加州電臺的DJ在收集了聽眾的捐款之后,才處理了這筆罰款。


好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家關注我們,我們下次再見。

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