天宫一号“撞”地球

前不久，天宫一号完成了它的使命，光荣退役。2018年4月2日8时15分左右，天宫一号目标飞行器再入大气层，再入落区位于南太平洋中部区域，绝大部分器件在再入大气层过程中烧蚀销毁。这是近十年来落入地球大气层的最大物体，因此引起了世界各地的广泛关注。

作为中国首个目标飞行器和空间实验室，天宫一号主要肩负四项任务：与神舟系列飞船完成空间交会对接飞行试验；保障航天员在轨短期驻留期间的生活和工作；进行一系列空间实验；初步建立短期载人、长期无人独立可靠运行的空间实验平台，为建造空间站积累经验。

天宫一号可是飞行器中的“英雄”，它本来的设计寿命为两年，但却服役了近五年。一起来回顾天宫一号的精彩时刻吧。

2011年9月29日21时16分03秒，天宫一号在酒泉卫星发射中心发射升空，飞行器全长10.4m，最大直径3.35m，由实验舱和资源舱构成 。

2011年11月3日，天宫一号与神舟八号飞船成功对接，中国由此成为世界上第三个自主掌握空间交会对接技术的国家。

2012年6月18日，天宫一号与神舟九号飞船成功实现自动交会对接，中国3位航天员首次进入在轨飞行器。

2013年6月13日，天宫一号与神舟十号飞船顺利完成了自动交会对接，并合体飞行13天。在这期间，3名宇航员在天宫一号中进行了科学实验等活动。

2013年6月26日，飞行了15天的神舟十号飞船返回地球，天宫一号也圆满完成了任务。

完成了4项既定任务之后，天宫一号转入拓展任务飞行阶段继续工作：开展航天技术试验、对地遥感应用和空间环境探测； 验证低轨长寿命载人航天器设计、制造、管理、控制等相关技术；获取大量有价值的数据信息和应用成果，为空间站的建设、运营和载人航天成果的应用推广积累重要经验。

要知道，在太空环境下，受真空、辐射等环境因素影响，维持飞行器的寿命是个难题。而即便超额完成任务，天宫一号的状态也一直很好，所有设备都正常。

2016年3月16日，超期服役两年半的天宫一号（已在轨工作1630天）正式终止了数据服务。自停止使用以来，天宫一号空间站的高度一直在缓速下降，最终脱离轨道在大气层中烧毁。

很多人注意到一个颇有意思的问题：天宫一号的再入点与全球航天机构之前的预测都相去甚远，它似乎和科学家们开了个大玩笑。为什么预测精确的坠落时间和地点那么困难？

牛顿定律告诉我们，卫星是以圆形或椭圆形轨道围绕地球运行的。但在较低的轨道高度上（1000km以下），情况要复杂得多。这是因为在这个高度，飞船或卫星会受到极稀薄的大气的阻滞作用。这种作用会降低飞船运行速度，从而使其轨道高度进一步下降。

像空间站这样的大型航天器自由再入大气层时，落点预测是一个世界难题。它在这个过程中会受到很多因素的影响，包括大气密度、磁场强度、太阳黑子活动、风向、航天器形状和进入时的角度等。例如大气层密度在不同的高度是不断变化的，而且有时候变化非常大。此外，航天器在坠落过程中的姿态是头向前还是尾向前、太阳电池翼是否展开等，随机性比较大，对航天器落点的影响也很大。

对天宫一号再入大气层范围的预测失误其实只是科学家再次被这道难题“绊倒”。1979年7月11日，美国空间站“天空实验室”坠地时，原来预计坠至非洲，实际却落到澳大利亚。2012年1月15日俄罗斯“火卫-土壤”探测器坠落前，俄罗斯和美国曾先后预报它将坠入印度洋和大西洋，但最后它却掉到太平洋智利海岸附近。

在天宫一号重返大气层之前，各航天机构仍在不断修改可能的重返时间和地点。美国航天研究公司预测，天宫一号可能落在非洲附近，后又改为落入太平洋。该公司高级技术人员安德烈·亚伯拉罕承认，对预测的数据缺乏信心，因为航天器重返大气层的时间和地点取决于随时在变化的太阳黑子活动强度和航天器翻滚情况等。欧洲航天局则表示，高能粒子流将使高层大气密度增加，这也会引起天宫一号再入点的变化。

有人质疑，同样是再入大气层的航天器，为何洲际弹道导弹的轨迹预测就靠谱得多，以至于可以用反导系统精准拦截？实际上，洲际导弹通常有较大的再入角和弹道弯度以及规则的弹头形状。而天宫一号外形不规则，还会发生翻滚，并随着与空气不断摩擦，轨道飞行高度逐渐降低，这些靠现有的软件是很难精确模拟的，因此要想精确地预测天宫一号的坠落时间和地点非常困难。

既然墜落时间和地点难以精准预测，为什么天宫一号一定要落回地球？

自从苏联发射人类第一颗人造卫星斯普特尼克1号以来，世界各国执行了超过4000次发射任务，大部分废弃航天器并没有被回收，而是变成了太空垃圾。

太空飘浮着大约1.7亿件太空垃圾，其中仅2.2万件是可追踪到的。这些小到人造卫星碎片、漆片、粉尘，大到整艘飞船残骸的太空垃圾时刻都在威胁着价值7000亿美元的太空设备的安全。

为了减缓太空垃圾的增速，目前，部分运行在近地轨道的大型航天器退役后，国际通行的做法是让其受控坠落到南太平洋一处距离大陆最偏远的深海区——尼莫点，那里因为“埋葬”了诸多航天器而被称为“航天器坟场”。俄罗斯的和平号空间站、进步号系列飞船，美国的康普顿伽马射线望远镜等都坠落于此。

天宫一号当然不是人类历史上第一个坠落地球的大型航天器。事实上，根据美国宇航局的统计，在过去50多年中，平均每天都有一个有正式编号的航天器或其碎片坠落地球。当然，绝大部分组件都会被焚毁，而即便落到地面上，击中居民的概率也几乎为零，历史上从未发生过与此相关的严重伤亡事件。

历史上比较有名的失控坠落的航天器有哪些？

造成国际轰动较大的要数1978年苏联核动力卫星“宇宙954”的失控坠落事件。这是一颗核动力卫星，上面装有大量放射性物质，它在加拿大上空燃烧解体，破碎成数以百计的碎块，其中一些还相当大。核反应堆也立即解体，大量核燃料喷溅而出，污染了整颗卫星，扩散到大气中，并使所有卫星部件都沾染了强烈的放射性。

大量放射性物质和卫星碎片散落到加拿大西北地区阿尔伯塔省和萨斯喀彻温省的一片狭长区域内，污染带绵延近600km。万幸的是，这里主要是广袤的苔原和冰原，人迹罕至。

事故发生后，美国和加拿大联合实施了代号为“晨光行动”的大规模核污染清理行动。但即便如此，仍然只找到并清理了一小部分的污染物，要想完全清除这次事故产生的核污染短期内是根本做不到的。

仅仅过了一年，质量超过70t的美国“天空实验室”空间站发生故障，失控坠落，大量残骸撒落在澳大利亚西部荒原之中。受到前一年苏联“宇宙954”事件的影响，当时世界各大媒体都报道了这一事件。但由于“天空实验室”上没有核燃料，这次事件本身未造成太大的环境影响，但砸到了几栋小屋，并砸死了一头牛。事后，澳大利亚向美国要求赔偿时遭遇了拖延，直到30年后才由美国民间组织筹款支付。

礼炮七号是苏联时代的一座空间站，其质量接近20t，在1991年2月7日，这座空间站的命运同样以失控坠落告终，大量残骸坠落在南美洲阿根廷境内。