太空中的人造卫星坠落下来的几率有多大?

发布网友发布时间：2023-07-31 21:08

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热心网友时间：2023-07-31 23:42

最近，好莱坞动作电影《极限特工3》正在热映，影片讲述了全球卫星网络被幕后黑手控制，扬言要定时让每颗卫星坠落到地球，以达到其犯罪目的。为此，美国*请回了身怀绝技的桑德·凯奇，由他带领一组特工小队夺回控制设备“潘多拉盒子”的故事。不过，看过电影的观众可能会有疑问，人造地球卫星真的能那么容易就被控制吗？太空中的卫星坠落并砸中人的几率究竟有多大呢？

图片来源电影《极限特工3》

首先，我们来看看人造地球卫星是如何开展工作的？

当完成一系列测试准备工作后，运载火箭将人造地球卫星从地球表面发射进入太空，火箭完成空间运输使命后与卫星分离。卫星入轨点的轨道速度就叫“入轨速度”，入轨点的位置确定后，入轨速度的大小和方向就决定了卫星的轨道形状。卫星轨道是卫星绕地球运行的轨道，它呈一条封闭的曲线，这条封闭曲线形成的平面叫卫星的轨道平面，轨道平面总是通过地心的。卫星的轨道虽然不外乎圆形和椭圆形两种，但方向和形态却是千差万别，究竟采用哪种形状的轨道，则是由卫星的功能和用途决定的。

卫星在天上的飞行状态是由卫星的地面测量控制系统来管理的，卫星的地面测量和控制是一个非常重要、精细和复杂的工作。

卫星的地面测控系统由测控中心和分布在各地的测控台、站（测量船和飞机）进行，在卫星与火箭分离的一刹那，测控中心要根据各台站实时测得的遥测数据，解算出卫星的空间位置、速度和姿态参数，判断卫星是否入轨。入轨后，测控中心要立即算出其初始轨道根数，并根据各测控台站发来的遥测数据，判断卫星上各种仪器工作是否正常，以便采取对策，这些工作必须在几分钟内完成。

卫星进入第二圈飞行时，负责跟踪的测控台站要立即捕获目标并进行精确测量。测控中心利用这些数据，计算出精确的轨道根数。

图片来源网络

卫星在整个工作过程中，测控中心和各测控台站还有许多繁重的工作要做。其一是不断地对其速度姿态参数进行跟踪测量，不断地精化其轨道根数；其二是对星上仪器的工作状态进行测量、分析和处理；其三是接收卫星发回的科学探测数据；其四是由于受大气阻力、地球形状和日月等天体的影响，卫星轨道会发生摄动而逐渐偏离设计的轨道，因此要不断地对卫星实施轨道修正和管理。

对于返回式卫星，在返回的前一圈，测控中心必须计算出市一圈是否符合返回条件。如果符合，还必须精确地计算出落地的时间及落点的经纬度。这些计算难度很大，精度要求很高，因为失之毫厘，将差之千里。返回决定做出后，测控中心应立即做出返回控制方案，包括向卫星发送各种控制指令的时间、条件等等。卫星进入返回圈后，测控中心命令有关测控台站发送调整姿态、反推火箭点火、抛掉仪器舱等一系列遥控指令。在返回的过程中，各测控台站仍需对其进行跟踪测量，并将数据送至测控中心。

人造卫星拥有庞大、精密的控制系统

由此可见，为使卫星在太空中正常地工作，必须有一个庞大的地面测控系统夜以继日地紧张工作。卫星测控中心是这个系统的核心。计算大厅是测控中心的主要建筑之一，那里聚集着众多大型计算机。除了看得见的硬件外，还有许多看不见的软件——对卫星进行管理的软件系统，包括管理软件、信息收发软件、数据处理软件、轨道计算软件、遥测遥控程序和模拟软件等。这些硬件和软件，既有计算功能，又有控制功能，它们是测控系统的“大脑”。

测控中心还有它的“神经网络”，即通信系统，它通过大量的载波电路、专向无线电线路、各向都开通的高速率数据传输设备，把火箭发射场、回收场以及各测控台站等四面八方联系起来。

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卫星坠落、砸中人的几率有多大？

世界各国迄今累计发*超过数千颗卫星。一颗卫星如果在“寿终正寝”后仍沿轨道飞行，就存在和新卫星相撞的危险，属于太空垃圾。因此，国际条约规定，轨道高度在2000千米以下的卫星须在结束使命25年内落地销毁。卫星结束使命前会收到让其降低高度的命令，最终坠向地球，当然，因故障失控而只好等着自然坠落的卫星也不在少数。

从上世纪70年代到80年代起，每年约有200枚火箭和卫星坠落，最近每年也有50枚左右。其中大部分在大气层燃为灰烬，每年只有数枚卫星的零部件落到地面。

一般来说，卫星零部件残骸砸中人的概率是数千分之一，砸中某个特定人员的概率是几十万亿分之一，远远低于在交通事故的概率。卫星有一项标准，即在坠向地球时砸中地面人员的概率要降至万分之一以下。

图片来源电影《极限特工3》

目前我们是如何控制卫星坠地威胁的？

卫星一边绕地飞行，一边在稀薄边缘大气层摩擦作用下逐步降低轨道高度。当卫星在扎进高度130千米附近的高密度大气层后，由于空气阻力增加，高度骤降，就会在摩擦作用下开始自燃。由于大气的状态受太阳活动等因素影响瞬息万变，因此很难预测卫星的高度何时开始骤降。如果是通信中断且失控的卫星，还存在难以掌握正确高度的问题。

目前有5种可行的控制卫星坠地威胁的方法：

1.把退役卫星转移至不妨碍其他航天器运行的轨道。

2.将退役卫星引导坠入指定海域。

3.体积较小的卫星可以任其自由坠落，在大气层中完全烧毁。

4.当卫星坠至距地球很近的太空轨道时，用反卫星武器将其炸成碎片。这种方法通常只对涉密卫星使用，因为如果实施得不好，卫星碎片向上飞，产生更多的太空垃圾。

5.使用航天飞机等大型载人航天器捕捉退役航天器，带回地面，但由于美国航天飞机退役，目前这种方法已经无法实施。

编辑：鲁凡英

（专家：钱航，中国科学院国家空间科学中心博士，现中国运载火箭技术研究院总体设计部型号设计师，科普中国微平台原创首发）