和平号坠毁奇观

和平号坠毁奇观

《大众科技报·新视界周刊》2001年3月22日

乔阿光编译

根据俄罗斯宇航局最新发布的消息，3月23日，刚过完15岁生日，超期服役达10年之久约140吨重的俄罗斯和平号太空站将化作数团火球在南太平洋上空熊熊燃烧。约27.5吨未烧尽的部分将裂成1500多块以接近声速的速度形成碎片落下。　

五个第一前所未有

和平号的坠毁对于航天界人士有许多从未经历过的第一：首先，它是在大气中销毁的最重的人造物体——143吨左右。其次，它是第一个两个舱以上的多舱组合的航天器。第三，它的各个舱的组合方式不是轴向的，而是正直角结构。在坠毁过程中的稳定性对坠毁过程的影响是航天技术人员最为关注的问题之一。第四，除被撞坏的光谱舱外其它舱还有正常的大气压，在这样的条件下坠毁又是一番景象。最后，它有各种类型的太阳能电池板和其它类型的可展开结构。它们在坠毁过程中的弯曲对坠毁过程的稳定性的影响也很值得研究。

　　有这么多的第一，也就有更多的未知数。因而谁也不敢保证和平号会听从它的主人——俄罗斯宇航局的安排在预定地点入海。

太阳决定坠毁时间

　　最近，俄罗斯宇航局为了节约燃料，改变了原来准备在和平号降到250公里就推入大气层的决定，而是待它落到220公里左右再推入大气层。这样和平号的坠落时间在3月23日。

　　但确切的坠毁时间取决于大气密度的变化，而太阳风的活动会使大气膨胀，稀薄，减慢和平号的降落。所以，和平号的准确坠毁时间最终要由太阳做决定，谁也不能指挥左右着大气密度变化的太阳。

　　进步号点火催命

　　当和平号降到220公里时，飞行控制中心将核实进步号的发动机是否精确地指向和平号飞行路线的反方向。和平号计算机将向发动机传送两个制动信号，把和平号送进远地点为220公里、近地点为165公里的椭圆轨道。轨道的近地点将在南太平洋预定坠落地区的上空。

第一个制动信号将在3月23日莫斯科时间凌晨3点32分发出(莫斯科时间比北京时间大约早5小时)，第二个制动信号在莫斯科时间5点22分发出。

　　在此期间，飞行控制中心将确定最终轨道的精确形状和最后的制动信号发出的时间。最后的信号大约在莫斯科时间3月23日8点28分至8点48分之间发出，持续11分钟。在随后3分钟内和平号解体。

没有燃烧完的碎片大约在莫斯科时间3月23日9点21分落入太平洋。整个降落过程约6小时，在这期间和平号围绕地球转最后四圈。

和平号最后一次点火后，关闭发动机。和平号将离开和莫斯科附近的飞行控制中心联系的通讯区。俄罗斯远东地区的乌兰乌德和彼特罗帕乌斯克-科姆恰特斯基的地面控制中心将接到来自和平号的最后的遥测信号。

一旦点火开始，和平号就开始迅速下降，在掉到110公里到90公里时这个庞然大物的核心部分开始拉不住它的左膀右臂，出现解体倾向。

　　当和平号降到80公里时，由于和地球大气闹了上百公里的摩擦，最终斗不过所产生的高温，开始冒出火苗，至70公里处和平号彻底分崩离析，这时约140吨重的和平号将按照质量转化为能量的物理定律，化为50兆兆焦耳能量在大气中消散。未燃尽的1500余块碎片落入海洋。

从发动机最后点火到碎片落入海洋，大约需要45分钟到60分钟时间。

一步一步看坠毁

附属部件首先变节 首先经不住大气摩擦考验的是较为单薄的附属部件，如太阳能电池板和SOFO-RA天线的桅杆。它们由于受热变软和空气动力作用，可能会向后弯曲。致使整个和平号的惯性矩和空气动力扭矩改变，于是整个和平号的姿态将重新定位。假如这时和平号的重力中心非常接近压力中心，和平号就可能跌落。

外壳剥离脸皮无存 和平号各舱支撑外壳的短支架也经不起再入过程中各种力矩变化的折腾，和充满大气压的各舱闹分家，它们将步太阳能电池板桅杆的后尘，成为第二批破裂的部件。

研究舱各奔东西 和平号的四个研究舱，各拥有约60立方米常压下的空气 (被撞坏的光谱舱除外，它已减压)，四个舱和核心舱的对接机械间有一个厚度5～6毫米的平板窗。这个区域最不可靠的是铝膜，它在张力作用下有可能会首先断裂。导致四个研究舱和核心舱相互分离，整个和平号迅速瓦解。

核心舱分崩离析 下面遭难的应是和平号的主轴，上面依次排列着核心舱、量子一号舱和进步号。核心舱后端首先裂开，量子一号舱和进步号也很快分离并迅速散落。。

　　此外俄罗斯人在覆盖内部走廊的大块轻盖板后面储存了许多废弃的包装塑料板，在和平号粉碎后，它们可能会像下雪一样落下来。

　　内部管道自寻出路 和平号的各舱里充满了焊接好的管道束，它们支撑着所有的航空电子器件，均以结构环固定在各舱的外壳上。在各种力矩和空气动力扭矩的作用下，外壳有可能拉不住这些沉重的内部结构，任其各奔前程。

　　推进系统爆炸 每一个舱都有自己的推进系统，它们仍然保持着每平方英寸氮产生3000磅推力的能力，残余的压力能使每一个舱发生爆炸。产生的热量将最终摧毁推进系统，它们能释放出足够的能量摧毁和平号。各研究舱里的40个高压推进剂罐将像鱼雷一样分离。

残留物劫后余生 不过，并非所有部件都经不起考验。被防热辐射器屏蔽隔绝的推进剂罐，密度大，层数多，又充满浓缩冷却的液体，可能会不完整地存留下来。每个重75公斤的电池，在再入过程中也会留下来。核心舱最大的水晶窗户可能会留下来。还有三块巨大的太阳能板和五个主要的有压舱的重磅结构、内部管道和电缆、科学设备、火箭发动机等可能会留下来。

　　总之，这些都是分析，到底和平号会留下什么，只有坠毁后才能获知。

　　 失之毫厘差之千里的落点

　　和平号计划中的降轨位置在南纬47度西经140度处。碎片撞击区中心大约在塔希提岛南面2000海里，新西兰西面2400海里之处，被称为“世界航天器之墓”的地区。

　　然而由于对物体的阻力和大气密度成正比，而大气密度在高空中变化很大。再入物体运行的速度太快，时间上一分钟的误差在地面上就要差许多英里。因此很难准确预计碎片落到何处。因而目前谁也无法保证和平号碎片不伤人。但是，据报道，在40年的航天史上只有一个人被卫星碎片砸中，没有受伤。单个人被击中的危险为一万亿分之一。

　　为减轻对和平号坠落的恐惧，俄罗斯宇航局已和俄罗斯三个保险公司联系，为和平号坠落的碎片造成的损失投保2亿美元。

　　国际合作大跟踪

　　和平号精确的再入时间取决于跟踪参数，当和平号飞出俄罗斯控制范围，就必须依靠其他国家的雷达跟踪。因而俄罗斯航空航天局向美国宇航局和欧洲航天中心请求帮助提供雷达跟踪。美国的约翰逊航天中心给俄罗斯提供了几百个雷达跟踪和平号。这些信息有助于精确确定和平号落点。

俄罗斯和美国的专家制定了电子信息联系程序，协议书和设备都已到位，美国专家和和平号工作人员之间交换精确的跟踪数据的演习在2月23日开始。

　　美军最绝密的美国防空司令部导弹预警与太空指挥中心北美防空司令部防空控制人员从上周起就已经进入一级战备状态。科学家们正在分析判断跟踪正在绕地球轨道飞行的8300个人造天体的各种科学数据。任何跟和平号空间站坠落有关的情报——从可能发生的太阳活动异常现象，电子电磁活动，到空间站坠落轨道上可能会出现的异物等情况无所不包。所有的这些情报都上报到美国宇航局(NASA)，再由NASA直接传给“和平号”空间站的地面控制人员。

　　欧洲空间中心也应俄罗斯人的要求提供雷达跟踪。欧洲空间中心曾跟踪过礼炮七号。但一个小误差造成了一段长路的误差，一块大碎片落在了阿根廷的一个庭园里。假如和平号跟踪不到，甚至一点小错误就意味落地点产生巨大的误差。

美国两兄弟 组团看坠毁

　　爱猎奇、关心航天、又有实力的人士自然不会放过跟踪观察和平号坠落这个前所未有的奇观的机会。美国SPACEHAB航天公司的奠基人鲍勃·西特伦和他的律师兄弟正在组团租机准备在和平号坠落时飞临现场观看。

　　在过去的30年里，这兄弟俩组织过许多科学考察，如日全食、火山爆发。更想亲眼目睹航天器的坠落，但以前的航天器坠落大都为失控坠落，无法观察。所以，一直在等待和平号的受控坠落。从高空飞机上能观察到的和平号坠落过程仅5、6分钟。他想这几分钟一定是他一生中最激动的时刻。因为这是看人类的技术成果以一种非常特别的方式和我们的地球相互作用。因而意义非同一般。

　　他们计划组织40到60人，靠窗的座位10000美元，边上的座位5000美元。另外，为十几个航天专家如天文学家、卫星跟踪专家等提供免费座位，把租用的飞机作为天文望远镜和其它仪器的观察平台，来记录和平号再入坠毁的情况。

　　几个月前只有8个人参加他们的活动，因而租用了一个只有两个发动机的飞机。后来，有20多位他们的同事朋友表示要参加。现在他们的队伍日渐壮大，俄罗斯派出四位资深的和平号宇航员、杰出的和平号设计专家、俄罗斯航天计划专家和美国太空网网站（SPACE.com）的俄罗斯特约记者参加考察。参加者中还有阿波罗11号的登月宇航员布孜·奥尔德林和两个新闻组。西特伦说，现在需要租用一架波音747/200空中客车了。

　　此外，还准备了高分辨率的电视摄像设备、录音设备、科学仪器等。原本配备和莫斯科飞行控制中心同步联系的设备，届时由俄罗斯宇航员和飞行控制中心直接联系。考察队也将和其他轨道下降分析者进行实时联系。从这些地方传来的数据和信息将使考察队的飞机能飞到南太平洋上合适的地点，看到最壮观的坠毁景象。但俄罗斯飞行控制中心不准备和考察队联系，帮助他们的飞机飞近和平号坠落地，并说，他们不会看到很多情况。

　　飞机上的高分辨率摄象机能把窗外情况转播回机内，使不坐在窗口的乘客也能看到机外情况。

　　考察队将在预定的和平号再入时间的前两天到美国考察基地（现在预定在加州洛杉机）集中，在洛杉机国际机场过夜。然后从洛杉机基地飞到南太平洋基地（现在计划在塔希提岛的首府帕皮提）。在和平号再入前一天在南太平洋基地过夜，第二天从南太平洋基地飞到观察和平号再入的地点，即塔希提岛南面2000英里处观察和平号再入。

　　飞机将在30000英尺的高空飞行，在距离和平号200英里处进行观察。

　　他们还建立了“和平号再入”网站(http://www.MirReentry.com)，及时报道有关消息，征集参加者。还准备在国际互联网上转播，让全世界都能看到和平号坠落实况。

　　美国航空航天局没有观察和平号坠落的预算资金，美国航空航天局的一些官员希望西特伦组织的的观察活动能记录下有用的图象为大型飞行器的再入行为研究提供资料，尤其是为将来坠毁国际空间站作准备。

　　而10000美元不是人人都出得起的，飞机也容纳不了几个人。我们平头百姓如何观看这难得的奇观呢？只有借助网络了，参看本书《网上观看和平号坠落》、《惊心动魄34天——“和平号”游戏终结》等。