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感谢天空实验室的不杀之恩:世界最大航天器无控重返事件

 石头兰经典书屋 2018-04-10

前段时间,西方媒体大肆炒作中国天宫一号无控重返大气层一事,似乎中国又做了一件对不起地球的事。不过,要说航天器无控重返大气层这事,美国人大概是没资格指责中国的。美国的天空实验室是迄今为止以无控方式重返大气层的最大的航天器。中国天宫一号的重量和它比起来大概相当于一个零头,还不如一些近地轨道的大型侦察卫星大。

一枚经过改进的土星5号火箭将重达77吨的天空实验室送入轨道。


由于1978年苏联核动力的“宇宙-954”卫星重返大气层落入加拿大引起轩然大波。因此,当1979年7月,天空实验室重返大气层时引发了各国广泛关切。事实也表明,人们的担心不无道理:美国国家航空航天局(NASA)之前对其坠落地点和时间的预测全都错了,甚至当他们宣布天空实验室已经安全重返后几个小时,它才真正落向澳大利亚的地面。美国媒体描写到,在它坠落的区域附近,几乎没人能够在音爆的轰鸣声和房子的震动声中安睡,没有人受伤简直就是一个奇迹。


都是太阳惹的祸?


1973年5月14日,美国肯尼迪航天中心,一枚经过改进的土星5号火箭将重达77吨的天空实验室发射进入高度为435千米的近地圆轨道。时至今日,它仍然是人类向近地轨道发射的长期运行的人造天体中,单件重量和容量最大而又最复杂的一个。不过,天空实验室在起飞后不久,其阳光防护罩以及一个太阳电池帆板被高速气流冲掉,这也是目前看到的照片中,天空实验室一侧只有一片大型太阳能翻版的原因。

问:天空实验室主体上为何只有一个大型太阳能翻版,这是美国人的不对称美学吗?答:此无他,只是另一片脱落了尔。


在1973年到1974年间,共有9位宇航员在天空实验室上累计工作了171天。1974年,最后一批造访天空实验室的宇航员在离开前,对天空实验室进行了轨道维持。这之后,NASA暂停了天空实验室的使用。不过,仍将其维持在轨道上。NASA的如意算盘是,20世纪80年代航天飞机研制成功后造访天空实验室,并重新启用它。按照当时的计算,最后一次次轨道维持足以让天空实验室在轨道上运行到1983-1984年。


不幸的是,美国航天局和其他机构的“天气预报”不太准——低估了太阳黑子的活动。到了1978年2月,太阳黑子活动骤然增加,使地球大气温度升高,大气层扩散并延伸到天空实验室的轨道高度,天空实验室受到的阻力增大,速度减小,不断发生轨道衰减。天空实验室剩下的时日不多了。其实,在这之前相当长一段时间,相关机构已经发现了端倪,只不过NASA没有认真对待这个问题,也没有设法让其受控再入大气层,理由是为了省钱。

健全的天空实验室效果图。


不过,NASA还存有一丝幻想,试图延长天空实验室的寿命。约翰逊航天中心飞行控制部的一个团队负责人比尔·彼得斯被指派完成这一任务。他在回忆中说:“我们认为,如果我们能够阻止它翻滚并降低阻力,它将在轨道上停留更长时间。” 彼得斯于1978年3月去了百慕大跟踪站,因为那里是唯一仍然拥有老式的天空实验室地面设备的地方。在进行了一番研究后,他们在不到30天的时间里,设计制造了新的计算机和软件并开始行动。四月和五月用了两个月的时间给天空实验室的电池充电,直到电池全部达到了适当的电压。然后,他们成功地发出了让空间站保持姿态的指令。“到6月份,我们才阻止了它的翻滚,当时我们可以让陀螺仪保持天空实验室的姿态。”

太阳的异常活动为天空实验室的提前坠落背了黑锅。


然而,好景不长。当航天飞机还在地面上挣扎时,天空实验室开始接近地球大气层的顶端了,不断增加的阻力开始将其拉低。评估表明,他将在1979年6月或7月再入大气层。人们预期它最终成为一团火球。但关键是,它在哪里下降?比尔·彼得斯回忆说,“他们为它设计了的6个下降轨道,让它在正确的高度下降。而命运就是这样,我们不能做任何事情来使它进入这6个轨道。”


接近4月底的时候,NASA总部首次发布了根据北美防空司令部(NORAD)模型计算的再入日期预测。4月25日,当时这个实验室已经降至320公里左右时,NORAD估计它在6月19日前重返大气层的概率是50%,在6月13日至7月1日之间重返的可能性有90%。这种预告格式在等待重返期间的一直使用,因为直到重返大气层开始之前不可能提供更准确的估计。 NASA和NORAD交换了信息,并确定使用两种计算机模型处理数据。NORAD根据最近的观测结果做出了相当直接的推断,而NASA则连续计算大气密度的变化和航天器下降时的阻力剖面。实施证明,这都是徒劳的。

从这个角度看,后来加上去的棕色遮阳罩还是很明显的。


澳大利亚警察都进入紧急状态


最终的坠落,仍然发生在那不太可能的10%的时间里。


7月8日,星期日,在NASA总部,工作人员进行了24小时值班,开始了为期3天的天空实验室“死亡观察”。约翰逊航天中心、马歇尔太空飞行中心和肯尼迪航天中心站则进行协助。

天空实验室的结构图。


这时候,NASA总部的电话开始不断响起——人想知道发生了什么,抱怨他们的假期被毁了。与此同时,新闻媒体入住了NASA。到周二,白宫、紧急救援部门以及国务院,司法部和国防部的代表在美国航天局设立了“重返办”。 1979年7月12日,星期四,当天空实验室在印度洋上空最后冲向地球,结束其使命时,NASA每6小时发布一次新闻公报,然后改为每一小时发布一次。


NASA在大西洋阿森松岛上空111公里处开始探测到重返大气层的天空实验室,当时那里的雷达站发现其大型太阳能电池板开始损坏,这个庞然大物翻滚着失去控制。“现在它超出了我们所有跟踪站的探测范围,”NASA随后发布公告,“坠落线路将从澳大利亚西部的埃斯佩兰斯到昆士兰的约克角,人们受伤的几率都很小,但建议人们留在室内。”

任务徽标。


天空实验室在太空的最后一周中,澳大利亚联邦政府在堪培拉迪肯电话交换中心设立了一个特别的天空实验室通信中心。由来自5个部门的约12名官员组成的小组控制,通过来自华盛顿的一条热线监控天空实验室的一举一动。整个澳大利亚的警察和紧急部队处于警戒状态,飞行路线下方的所有人都提心吊胆.......


在美国,因为天空实验室最后一次过顶,东北部和西北部地区的所有飞机都停飞了。世界各国媒体的400名记者聚集在华盛顿州的NASA总部。面对众多媒体,NASA在那里发表了一份声明——从最新的雷达轨道计算得出天空实验室已经在印度洋安全降落。


当NASA发布了公告后,一些庆祝活动已经在美国自发展开,人们发自内心的喜悦,感谢上帝,感谢NASA,感谢天空实验室的不杀之恩。


不过,这边还在弹冠相庆的时候,小兄弟澳大利亚传话过来了:哥,貌似没那么简单——在坠落路线下方珀斯以后800公里处的沙漠周围出现了零星的报告。美国NASA 的官员宣布,“据报道,在澳大利亚的卡尔古利、埃斯佩兰斯、奥尔巴尼和珀斯发现了碎片。”

天空实验室的坠落区。


这时候,最着急是华盛顿NASA总部的记者们 。“奥尔巴尼在哪里?”......“你怎么拼写卡尔古利?” “珀斯在哪里?”突然间,卡尔古利,奥尔巴尼,拉林纳和巴拉多尼亚这些不知名的内陆小城镇被搬上了世界各大报纸和媒体的头条。


“它直接冲我们飞来”


当天空实验室坠落时,珀斯比克利天文台的一名雇员布拉德利·史密斯描述了他的发现:“我们第一次看到他仿佛是云层后面的一盏灯,它从南向东沿着地平线上方约9°的方向坠落,如果你能想象一列燃烧的火车一路向下奔驰然后很多火星四溅,这就是它的样子。”

澳大利亚当地专门建立了一个天空实验室碎片博物馆。


位于珀斯以东850公里的Noondoonia的一个畜牧站的管理员约翰·塞勒和他的妻子伊丽莎白一起目睹了天空实验室的最后时刻:“我正在观察它,看到它直接冲着我们飞来,这是一个令人难以置信的景象,数百个闪亮的“灯”落在农场周围,然后变成了制热的白色。并直奔我们而来,当他们开始落下时,这些碎片变成了暗红色。”

博物馆门口的雕塑。


农场上的马都受惊了,它们四处乱跑,狗在吠叫。“我们无法让他们安静下来。我们听到空气中的咆哮声,然后,当有更大的碎片经过我们头顶的时候,会发出可怕的音爆声,它持续了大约一分钟。在最后一块碎片飞出视线之后,整个房子震动了三次,那一定是最大的碎片坠落了。之后,有一股烧焦的味道,就像燃烧的泥土一样。”


据报道,这次重返大气层造成一头牛死亡,旧金山的检查官为在坠落后72小时内,第一个把太空实验室碎片交到他们办公室的人开出了1万美元的奖金。 17岁的斯坦桑顿正在西澳大利亚埃斯佩兰斯的家中的屋顶观看这一突如其来的场景。 “一串鲜艳的亮光,随后是巨大的音爆。”他的母亲听到有些东西撞到了后院的棚顶,于是他爬上去,在那里发现了一片咝咝冒烟的炽热的金属片。一天之内,他就去了旧金山,在那里领到了他的奖金。

返回的碎片。


美国国家宇航局正式修改其再入公告:“天空实验室在凌晨2时37分(澳大利亚东部时间)重返10公里高的大气层,再入点位于南纬31.8°,东经124.4°处,也就是巴拉多尼亚所属的纳拉伯平原小镇上空。”天空实验室燃烧的碎片沿飞行路线散布在64公里宽,3860公里长的区域。

返回的碎片。


时任美国总统吉米·卡特不得不向澳大利亚总理马尔科姆·弗雷泽致电道歉:“亲爱的马尔科姆,惊闻天空实验室的碎片可能落在澳大利亚。了解到贵国政府的初步评估显示没有造成伤害,我稍感欣慰。尽管如此,我已指示国务院立即与贵国政府保持联系,并向您提供任何可能需要的援助。”


弗雷泽客气了一下:“亲爱的吉米,非常感谢您的来信。看来我们都可以松一口气了。”随后便表现出对美国科技的跪舔之情:“虽然接收天空实验室是我们更乐于放弃的一份荣誉,但这仍然是一个美国伟大的科技成就的落幕,而过去几天的事件不应掩盖这一点。”最后,他以幽默的方式,表达了不排除要求赔偿的可能:“如果我们找到碎片,我会很乐意将它们换成额外的牛肉配额。”

这都是天空实验室坠落后留下的。



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