书城科普青少年应该知道的人造卫星
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第17章 殊路同归——人造卫星的“葬礼”

1.影响人造卫星的因素

我们知道在现实生活中有很多因素在影响着人类健康。同样如此,在卫星的世界里也存在很多因素影响着人造卫星的寿命。但是,与人类不同的是,首要的影响卫星寿命的因素是卫星本身。卫星正常功能的发挥,需要卫星本身各系统都能良好地工作,而卫星各部件都是有寿命的,一旦某一部件过了寿命期,它一出故障就会导致整个卫星失效。所以,人造卫星在设计研制过程中,都要考虑到各机器部件的寿命,对于一些寿命较短的部件,采取了必要的备份方法来提高它的使用寿命,从而提高卫星整体的寿命。另外,由于生产制造可靠性的因素或空间环境的作用,一些部件在达到使用寿命之前也可以提前损坏,这就要求在地面上提高加工制造精度,并且对一些容易损坏的重要部件实行多余的备份。

另外,大型应用卫星还需要不断地对轨道和姿态进行调整,从而使它们能够正常使用。轨道调整和姿态保持主要靠火箭发动机,它在不断地消耗推进剂。为此,无论是通信卫星还是应用卫星也就越来越大,以尽可能携带更多的推进剂,来延长其使用寿命。

另外,一个对卫星寿命影响较大的因素是其运行的空间环境。人造卫星在运动过程中要受到各种外力的作用,这就包括了地球非球形的形状摄动,大气阻力摄动,太阳光压摄动,日、月引力摄动等。这些摄动常常导致人造卫星的轨道形状和大小都发生变化,对卫星的运动轨道在空间的位置和寿命的长短都起着重要作用。此外,空间的重粒子事件也会对卫星部件产生不利作用,会导致某些部件失效。为此,必须对一些易受影响的部件进行防护。最后,轨道因素也是影响卫星寿命的重要因素。一般低轨道卫星寿命都比较短,高轨道卫星寿命相对较长,这主要是因为轨道高度不同,大气产生的阻力不同。提高卫星的寿命,可以产生很大的效益,因此在卫星设计制造阶段,要综合考虑影响卫星寿命的种种因素,并事先想办法尽可能消除或削弱不利因素,以便能够提高其使用寿命。

发生故障的卫星就像断了线的风筝,当人造卫星在太空中失控或发生故障时,它们就不能再继续发生作用,只能被当作太空垃圾来进行处理。因此,保护卫星的安全动作是延长卫星寿命的主要方式之一。

2.人造卫星的寿命

提到卫星的寿命,或许有人会问,如果卫星真的死亡了?那么,当它在太空中“死亡”之后将发生什么?为此,科学家分析出当人造卫星“死亡”之后可能会出现的几种情况。

首先是自动进入“轨道墓地”。如果人造卫星在太空工作中出现故障,任务控制员将仍处于功能正常状态的人造卫星点燃其发动机,抵达被称为“轨道墓地”的太空区域,该太空区域位于人造卫星最初飞行平面之上,这样将避免邻近的太空人造卫星可能遭受的损害。

这就是地面太空任务指挥人员如何处理通信卫星“雅特5A”的方法,该卫星在操作12年之后,它出现了无法探知的故障。进入“轨道墓地”的它处于太空漂浮状态,在距离地球表面35888千米的太空轨道平面移动,沿着其轨道弧度向东飘移。

“雅特5A”卫星是由卢森堡SES公司发射的,该公司放弃了该卫星的通信通讯功能,现正将它从安全的太空轨道区域内移除,并通知其他邻近人造卫星所属国家避免发生碰撞。最终,“雅特5A”的归宿是进入墓地轨道终结自己的生命。

其次是导弹击落人造卫星。摧毁出现故障的人造卫星也可采用导弹击毁,但并不是所有的情况下,导弹射击都会使人造卫星在太空中完全爆炸毁灭。美国军队曾在太平洋发射了一枚导弹,击中了废弃的“USA 193”间谍卫星,虽然这颗间谍卫星绝大部分被摧毁,但是由于摧毁不完全,它的残骸中有一个完整的有毒联氨燃料罐落在了地球上,造成了无法预料的灾难。

再次是由人造卫星所属国家进行处理。通常研究分析人员发现人造卫星出现故障,一般情况下会首先通知人造卫星所属国家进行处理。其中一个典型的例子是前苏联时期的人造卫星“宇宙1818”,它是前苏联1987年发射的,该卫星是太空中用于高级核电站测试的第一颗人造卫星。

美国宇航局轨道残骸计划署在发布的季度报告中指出,“宇宙1818”卫星于2008年7月4日喷涌出残骸雾,这可能是由于冷却剂反应堆遭受太空残骸撞击或出现裂缝造成泄漏。据美联社报道称,俄罗斯太空部队亚历山大·亚库辛将军证实“宇宙1818”卫星出现了裂缝,但他强调,由于这颗人造卫星所处轨道位置非常高,并不会对国际空间站带来破坏性损害,也不会出现放射性物质残骸像雨点般落在地球表面。这颗卫星将在距离地球800千米高空处进行分解,该高度距离国际空间站354千米。

虽然“宇宙1818”卫星看上去处于控制之中,但是“宇宙954”卫星的情形就大不一样了。它是一颗雷达海洋侦察卫星,于1978年盘旋飞行失控,最终致使卫星残骸进入地球大气层,这些具有放射线的残骸曾散落在加拿大境内,对地球产生一定的影响。

另外,送回地球或进行太空修理。处理出现故障的人造卫星的另一种方法就是通过美国宇航局的航天飞机携载返回地球进行修理。航天飞机舱内完全可以携载小型人造卫星返回地球。例如现已发射18年之久的哈勃太空望远镜就已经使用人造太空仪器成功修复。美国宇航局宇航员曾四次“拜访”这颗太空望远镜,第一次是纠正了它的模糊呈像问题,之后又添加了新的摄像仪和仪器,进一步延长了它的使用时间。目前,美国宇航局计划进行第五次哈勃太空望远镜的维修任务,据说这也是最后一次对它进行维修任务。

随着现代科技的不断发展,美国宇航局的航天飞机计划于2010年退役,今后出现故障的人造卫星的维修任务则由“新上任”的“机械医生”来完成。2007年,美国五角大楼成功测试了一对太空飞船的飞行能力,该太空飞船有能力完成对人造卫星机械化燃料补给和维修任务。此外,投资3亿美元的“轨道快车”,任务是使用一个人造卫星和机械手臂维修车,完成了自动化集合和维修任务。

最后是“火葬”。处理太空飞船和垃圾最常见的一种方法是将它们完全燃烧。以前一些老式太空飞船曾在地球大气层进行故意操作性燃烧。例如俄罗斯无人驾驶“进步”号货运太空飞船在执行完向国际空间站送递货物之后,就以燃烧火球的形式结束了它的太空旅行生命。2001年,俄罗斯“和平”号空间站放弃使用后,也以类似的“火葬”形式结束了生命。

欧洲第一个自动转移飞行器——“朱尔斯·维恩号”,向科学家展示了一次壮观的景象后,最终也以一片火光通明的燃烧形式坠落在太平洋之中。当时两架飞机被派遣记录了该太空飞船的“死亡过程”。据悉,“朱尔斯·维恩号”差不多有一辆双层巴士那么大。

燃烧虽然是人造卫星死亡的一种方式,然而历史上也有许多太空残骸在操作控制下未完全燃烧的例子。2008年11月,一位宇航员将电冰箱大小的一桶有毒氨水从国际空间站丢弃,这桶有毒物质在太平洋南部持续燃烧了1年多。开始美国宇航局并不清楚这桶毒性氨水进入地球大气层后最终的准确坠落地点,不过为了防止意外发生,美国太空监控网络一直跟踪这一目标,直到后来确信它残留的有毒物质不会对地球人类构成危害为止。

虽然这次事件没有对地球人类造成太大影响,但是却充分暴露了燃烧的弊端。因此,在没有十足把握的情况下,最好不要采用这种死亡方式。

总之,无论衰老的卫星选择哪一种死亡方式,都应该遵循不对其他星体空间产生恶劣影响的原则。只有这样,才能做到真正和谐。