来源:中国科技网
2026-11-09 10:11


科技日报记者 张佳欣
一台在太空中工作了近22年的望远镜,最终没能等来成功的救援。
美国国家航空航天局(NASA)近日确认,“尼尔·格雷尔斯·斯威夫特天文台”(以下简称“雨燕”)已于美国东部时间11月4日7时39分(北京时间4日20时39分),在印度尼西亚北苏门答腊地区上空再入地球大气层。此前,美国一家商业航天企业曾试图利用机器人航天器为其抬升轨道,但因救援器自身出现故障,任务最终失败。
这台服役近22年的太空望远镜为何会坠落?它的残骸可能落向何处?又会带来哪些影响?随着越来越多卫星进入近地轨道,人类又该如何让它们安全退役?针对这些问题,科技日报记者专访了国际航天专家雨广。
“老将”超期服役终谢幕
“雨燕”于2004年11月20日发射升空,主要用于探测宇宙中的伽马射线暴。其最初主要科学任务期为两年,预计轨道寿命为7年,但实际运行了近22年。
雨广在接受采访时表示,“雨燕”的坠落与其早期设计和轨道环境变化有关。
“‘雨燕’发射时,空间碎片问题还不像今天这样突出,卫星设计首先考虑是否能完成预定任务。推进系统会占用重量和内部空间,挤占科学仪器等有效载荷资源。对于一颗设计寿命只有两三年的卫星来说,如果原定轨道能够满足任务需求,安装推进系统并非必要选择。”雨广说。没有推进系统,也意味着“雨燕”无法自主抬升轨道。由于近地轨道仍存在稀薄大气,航天器会持续受到阻力,轨道高度逐渐下降。
近年来增强的太阳活动又加快了这一过程。雨广介绍,太阳活动剧烈时,高层大气受热膨胀,使同一轨道高度的大气密度增大,航天器受到的阻力随之增加。
NASA表示,10月20日,“雨燕”的轨道高度已下降至约275公里,无法再稳定维持科学观测所需的姿态,任务团队随后结束了其运行。
实际上,NASA曾试图通过商业救援延长“雨燕”的寿命。2025年9月,NASA向美国Katalyst Space公司授予约3000万美元合同,计划利用名为“LINK”的机器人航天器抓住“雨燕”,将其推升至更高轨道。
但这项任务并不容易。雨广介绍,正常的航天器交会对接,需要相应的测量设备和对接接口,而“雨燕”当初并未为在轨维修作专门设计,救援器需要解决接近、姿态控制和抓持等问题。
更棘手的是,救援器自身出现了故障。Katalyst Space公布的任务复盘显示,LINK于今年7月3日发射后,因电源系统故障,三只反作用飞轮中的两只无法使用,导致姿态控制异常。由于不得不更多依靠推进器维持姿态,LINK的推进剂消耗加快,剩余燃料最终不足以安全完成抓取和抬轨任务。尽管LINK一度接近至距离“雨燕”约12至15公里处,但始终未能实施抓取。
残骸落点难以确定
“雨燕”重约1.45吨,再入速度约为音速的22倍。根据美国太空军的跟踪数据,“雨燕”于11月4日在印度尼西亚北苏门答腊地区上空再入大气层,位置约为北纬3.4度、东经98.6度。
NASA预计,大部分结构会在穿越大气层时烧毁,但部分耐高温部件仍可能存留。此前,美国太空军估算,此次再入造成地面人员伤害的风险约为1/2100。
雨广认为,失控航天器落入人口密集区的概率总体较低。地球表面约七成是海洋,陆地上也有大量无人居住区域。因此,残骸击中人员的风险极低。
此前,美国太空网曾指出,潜在落区范围涉及非洲、南亚、东南亚,以及拉丁美洲等地区。
雨广认为,航天器的轨道倾角决定了它能够经过的大致纬度范围。“现在很难提前准确预测失控航天器最终落到什么地方,主要原因是高层大气密度变化很大。”雨广说,“随着再入时间临近,轨道数据不断更新,预测结果才会逐渐准确。”
对于不具备主动离轨能力的航天器,人们无法像实施受控再入那样,通过推进系统调整轨迹,将其引向预定海域。截至NASA公布再入消息时,具体有多少部件穿过大气层、最终落在何处,仍没有明确结论。
卫星安全退役需提前谋划
在雨广看来,“雨燕”是20多年前设计的老旧航天器,其遭遇的困境并不完全代表当前卫星的设计水平。真正需要关注的是,近年来进入轨道的卫星数量快速增长,尤其是大规模低轨卫星星座的部署。
卫星星座能够提供通信、导航和遥感等服务,但大量卫星集中运行,也让有限的轨道资源承受更大压力。卫星退役后如果不能及时离开拥挤轨道,可能成为其他航天器的碰撞目标;一旦发生碰撞,又会产生更多碎片。
“这就像小区里的垃圾,最后到底由谁来处理?这是一个公益事业,谁来付钱?”雨广说。卫星退役涉及成本分担和责任划分,不能只依靠企业自觉,还需要进一步完善国际规则和约束机制。
目前,卫星退役主要有几种方式。对于具备推进系统的卫星,可以在寿命结束前主动降低轨道,使其进入大气层烧毁;对于体积较大的航天器,还可以通过推进系统调整再入轨迹,实施受控再入,将残骸引导至相对安全的海域。
“受控再入的一个重要优势,就是能够主动调整航天器进入大气层的轨迹,让它以更陡的角度再入,从而更准确地控制最终落区。”雨广告诉记者。
此外,火箭末级和卫星在退役前还需要进行钝化处理,释放或处理残余推进剂和储存能源,降低在轨爆炸、解体的风险。主动离轨和受控再入则需要额外消耗推进剂或能源,可能增加任务成本。
在轨服务也为卫星延寿提供了另一种可能。NASA近期就哈勃太空望远镜的轨道提升、维修和延寿方案向商业企业征集建议。与“雨燕”不同,哈勃在设计时考虑了航天飞机维修需求,预留了相关接口,曾多次接受在轨维修和设备升级。
“雨燕”的经历说明,卫星能否安全退役,不能等到轨道高度下降、设备失效时才开始考虑。将离轨能力、维修接口和寿命末期处置方案纳入卫星设计,并建立相应的责任与成本分担机制,才能让航天器安全进入太空、可靠运行,并在完成任务后有序离开。
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