太空精酿:为什么没有任何人能准确预测天宫一号的落点?

强势飞扬 13天前 44 只看Ta 77

此前,距离天宫一号重返大气越来越近,各种关于它可能威胁/落点的预测也是谣言不断,笔者甚至在2天前见到过一个落点在河南和安徽两省交界某县的媒体报道……这是典型的造谣生事。

而实际上,真正在跟踪NASA/欧空局/北美弹道导弹防御司令部等研究机构的朋友们发现,这些专业机构每天的预测都在不断改变。

也就是说,他们也说不准。

谣言止于智者,我们不妨好好分析下为什么全世界没有任何一个研究机构能够准确预测。

图片来源:新华社

航天器一旦入轨,需要受到各种作用力的影响,大体上可以分为两种。

1、引力相关

a. 太阳引力:太阳占据了太阳系99.9%的质量,万有引力定律,它对航天器会有影响;

b. 月球引力:同理;

c. 其他星球引力:有时还要考虑距离我们最近的金星,和巨大的木星引力;

d. 地球引力:由于地球距离航天器最近,这个引力已经不能用质点来取代,且随着航天器距离地球越近就会变得更强。因此,喜马拉雅山和撒哈拉沙漠对航天器的吸引作用完全不同。因此我们需要用非常复杂的地球重力场模型来形容,把地球划成一个N*N的大蛋糕,每一块引力不同。航天器飞行过程中受到的吸引力复杂程度可想而知。

e. 潮汐引力:在月球的作用下,海洋在运动,地壳也在运动,大气也在运动,它们形成了液体/固体/气体潮汐,这些潮汐也在影响地球对航天器的引力影响;

当然,根据万有引力定律,上述显然不是全部。

2、非引力相关

a. 空气阻力:大气的明显边界是100千米卡门线,但这并不意味着终点,事实上大气热层和电离层可以扩展到距离地球几千千米处,只不过大气密度急速下降。对于距离地球较近的航天器(500千米以内),就会受到空气阻力,就像你骑车时风大就没法走,一个道理。更何况近地航天器的运动速度在28000千米/时左右。没概念?高速限速才120千米/时,声速才大约1000千米/时。

b. 太阳光压:太阳光打在航天器表面,要产生一定作用力。且由于地球遮挡作用,航天器是有时候能被照到,有时候照不到,航天器的姿态和表面材料(反光系数)也会有很大影响;

c. 地球反照压:我们能看到发亮的月球,不是因为它发光,而是因为它反光。同样的道理,地球也会反光,这些光线也会对航天器造成压力。而且海洋的反光、沙漠的反光、南极的反光,完全好几码事。

d. 其他小作用力:航天器是金属,地球磁场也会产生一定的微小作用力;高空大气有各种复杂的风向,也会产生作用力;电离层出现未知扰动,哪怕地球上地震引起的,都会产生作用力,等等等等,实在太多了。

e. 航天器自身:推力发动机工作,姿态调整发动机工作,这就没法说。当然,现在天宫已经不存在这个因素了。

上述引力和非引力相关分析远远不够,因此,我们还要一直遥测监视,随时变轨导航更正。各种卫星监控站、测量船,就是干这个。

现在解释难预测,不说别的,咱就说空气阻力一项,这是导致天宫一号回来的主要因素。

资料图

它的决定因素有:

a. 太阳活动:太阳辐射会使得空气升温往外膨胀,那么高层大气的密度就会增加;太阳会电离外层大气,导致带电粒子数量发射变化;太阳会直接决定光压大小;而太阳活动怎么样,这不是人类现有的科技能预测的。

b. 空气密度:受无数因素影响,太阳、地球地质运动(地震火山)等;

c. 摩擦系数:生活经验能告诉我们,轮胎和大理石摩擦系数天壤之辈。天宫这种航天器身上有各种材料,摩擦系数很难确定;

d. 运动速度:不仅是大小,还有方向,更是大气和航天器的相对运动方向。大气有热层的各种横向风,远远强于地面,人类丝毫没办法掌握。

e. 横截面积:打着伞迎风走就难很多,现在天宫一号已经失控转了起来,横截面积完全不定,随时在变;

因此,失控状态的天宫一号入轨时的摩擦情况可能非常糟,也就是燃烧情况会很剧烈,能烧到剩多少渣、甚至连渣都没有,完全无法预测。具体的分析,我在底部放了之前的文章。

更何况更何况,连大刘的《三体》都给我们解释了一个道理:航天/天文领域,三个物体互相影响,它们的位置就没有解析解了,意思是没有任何公式和模型能解释出来。

所以连这么高级的三体文明,拥有水滴、曲率飞船这么一大堆高科技,都无法避免反复的涅槃重生,而且完全无法决定自己命运。

更复杂的,完全无解。

那么,天宫上如此多的作用力,我问你谁能准确预测出来天宫一号准确返回的地点?

三体人肯定不行。

这也是为什么全世界没有任何一个个人、组织、研究机构,敢准确预言,大家都是一边看一边猜,但误差极大。

而且天宫一号飞的速度非常快,你读了这篇科普才用时5分钟,但它已经飞出2000多千米了,这差不多是从西欧到非洲。

你如果看到任何悍然说能准确预测落点的,不要慌,拿这篇文章去打脸:《怎么看待天宫一号再入大气层?》

(本文首发于知乎,作者为“太空精酿”,观察者网已获授权转载。)

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