“哈勃”太空望遠鏡正向地面降落 或迎來生命終點

宇航員在最後一次維修任務中拍攝的“哈勃”太空望遠鏡

鳳凰科技訊 據《福布斯》雜誌北京時間10月25日報導,從1990年至今,“哈勃”太空望遠鏡一直在不斷重新定義我們對宇宙的認識。但是,“哈勃”望遠鏡卻陷入了麻煩,目前它正朝向地球降落,而美國宇航局也沒有提出任何計劃去阻止其軌道衰減過程。

“哈勃”太空望遠鏡距離地面大概有數百公里遠,每97分鐘環繞地球執行一週。美宇航局對“哈勃”望遠鏡進行了多次維修工作,調校光學裝置,提升相機效果,更換磨損零件,以及推升至更高的軌道,這其中就包括2009年實施的最後一次維修。

但隨著太空梭的退役,“哈勃”太空望遠鏡正走向不可避免的生命終結,即便精密制導感測器未失靈,反作用輪仍保持正常執行,通訊裝置也沒有出現故障,但這臺曾改變了世界的太空望遠鏡也擺脫不了自己的宿命。

一旦航天器重新進入地球大氣層,幾乎不可避免會分解成許多碎片

“哈勃”太空望遠鏡目前正在距地面353英里(約合568公里)的軌道上執行。我們通常定義地球大氣層和外太空之間的邊界是大約60英里(約合100公里),但事實上這種情況遠比預想的複雜。大氣層永遠沒有真正的邊界,隨著高度不斷升高,受地球引力束縛的原子和分子延伸至1萬公里的高度,大氣層也在不斷擴散。在1萬公里以上的太空區域,地球大氣層和太陽風是無法區分開的,它們都是由稀薄的熱原子和電離微粒構成的。

地球大氣層分層結構,低地軌道的一切物體都感受到某種程度的大氣阻力

地球大氣層的絕大多數質量都處於最低層,對流層包含75%的地球大氣層,同溫層包含20%,中間層差不多包含剩餘5%。超出了這一範圍,大氣阻力顯著下降,長期軌道就有了存在的可能。從太空的角度看,最低的三層中僅有一層是可見的,而低地軌道的大多數衛星都在這一層的上方。在這些高度下,常見的大氣分子(如氧分子)可能穿行1千米或更遠的距離,然後與其它分子發生碰撞。

平流層(橙色)、對流層(白色)和中間層(藍色)聚集了地球大氣層中的絕大多數分子

然而,“哈勃”太空望遠鏡比氧分子體積大得多,移動速度也快得多,大概為每秒5英里(約合8公里),會連續不斷地與這些高空氣體分子發生碰撞,而每次碰撞都對其執行速度帶來極其微弱的影響,在一小時、一天,甚至一個月內,這種變化可能並不明顯。但隨著日積月累,這種影響會產生較大的變化。高度和速度的喪失意味著,“哈勃”太空望遠鏡將開始與地球越來越近。

這種情況太糟糕了,因為我們不僅從“哈勃”太空望遠鏡身上學習到了科學知識,而且在人類歷史上具有獨一無二的的重要貢獻。隨著“哈勃”太空望遠鏡向低緯度下降,它與氣體分子的碰撞次數會更頻繁,導致其加速下降。此外,這是不均勻影響,由於“哈勃”太空望遠鏡在每97分鐘環繞地球一週的時間裡,一半時間處於陽光照射下,一半時間處於黑暗狀態,導致高度不對稱的“哈勃”望遠鏡開始翻滾。未受控制的大氣層再入過程會產生大量巨大的碎片,墜落在地球幾乎任何角落。像“哈勃”太空望遠鏡主鏡這樣沉重且堅硬的部件,一旦墜落地面,將會帶來嚴重的破壞。

如果我們任由這種狀況發展下去,地球產生的拖曳力將逐漸增大,最終使“哈勃”太陽望遠鏡成為大氣層中的一個火球,分解成無數的碎片,最終變成一種“不受控制的大氣層再入”(uncontrolled entry)。“哈勃”太空望遠鏡體積太大,很難徹底燃燒殆盡,而熾熱的碎片會墜落於地球的任何地方。

未受控制的大氣層再入過程會產生大量碎片並墜落在地球任何角落

在之前的維修任務中,“哈勃”太空望遠鏡的軌道被“推升”至較高位置,目的就是為了延長運營時間。然而,由於缺乏像太空梭這樣可重複使用的航天器提供維修,這種維修任務變得不可行。

除非我們研製出新型技術,投入巨資進行必要的訓練,以實施“拯救生命”的任務,否則“哈勃”太空望遠鏡作為人類最偉大光學觀測臺的使命將會在某個時候走向終點。一項無人駕駛任務可能被髮射到太空,由機器人對“哈勃”太空望遠鏡大氣層再入過程進行改動,這樣,一些倖存的零部件會墜入大海,但此舉只會縮短它的使用壽命。

在休斯頓中性浮力實驗室,四名宇航員對“哈勃”望遠鏡進行水下模擬維修

如果我們保持現狀,那麼預計“哈勃”太空望遠鏡的零部件會持續使用幾十年時間,但它的執行軌道不會一成不變。美國宇航員邁克爾·馬西米諾(Michael Massimino)曾在2009年參加了最後一次維修“哈勃”太空望遠鏡的任務,他說:“哈勃望遠鏡的執行軌道將逐漸衰減,雖然目前狀況良好,但是隨著它的軌道距離地球越來越近,這臺望遠鏡終將迎來遊戲結束的時刻。”

因此,在最後一次維修任務中,宇航員在“哈勃”太空望遠鏡上安裝了一個對接裝置,即軟捕捉和會合系統(Soft Capture and Rendezvous System)。有了這一裝置,火箭只要能與“哈勃”適當對接,就可以將這臺太空望遠鏡安全送返地面。

宇航員將軟捕捉和會合系統安裝到“哈勃”太空望遠鏡上

但是,時間是開發這項技術的關鍵,它既可以拯救“哈勃”太空望遠鏡,延長其使用壽命,或許可以使它安全脫離軌道。如果“哈勃”太空望遠鏡繼續沿著當前軌道執行,很可能會碰撞在地球表面,最早於本世紀30年代中期以不可控的方式墜落地面,或許僅會堅持十幾年的時間,這主要取決於不可預知因素的多少。

美宇航局太空發射系統(Space Launch System)是唯一可以維修或推升“哈勃”太空望遠鏡軌道的儀器,但這種系統的首次飛行已經晚於預訂時間。如果這種狀況持續下去,除了改變“哈勃”太空望遠鏡的軌道,我們別無選擇。

除非美宇航局決定投入資源,再次維修和推升“哈勃”望遠鏡軌道,否則改變其執行軌道將是阻止一場潛在災難的唯一方式

事實上,“哈勃”比歷史上任何天文觀測臺都更大程度地改變了我們對宇宙的觀點。雖然其它一些陸基和空基觀測臺都已建造完成,並在許多方面超越了“哈勃”望遠鏡,但是對於某種型別的太空觀測而言,它仍是人類有史以來創造最好的太空觀測裝置。

然而,從執行軌道的性質上講,“哈勃”太空望遠鏡的使用壽命是有限的,如果我們什麼也不做,那麼它將以一種可怕的、具有潛在危險性的方式徹底告別歷史舞臺。如何延長它的壽命是一個長期專案,需要從現在就開始規劃。“哈勃”太空望遠鏡正朝著地球的方向下落,如果我們不盡快採取相應措施,一切努力恐怕都為時已晚。(編譯/清辰)

新鮮有料的產業新聞、深入淺出的企業市場分析,輕鬆有趣的科技人物吐槽。

鳳凰科技(ID: ifeng_tech),讓科技更性感。

“哈勃”太空望遠鏡正向地面降落 或迎來生命終點原文請看這裡