天宮一號再入大氣層在即 精確測軌如何實現(xiàn)？

3月30日，中國載人航天工程官方網(wǎng)站發(fā)布公告顯示，天宮一號目標飛行器平均高度已下降至189．5公里的軌道上，近地點高度約181．8公里、遠地點高度約197．2公里、傾角約42．68度?！吨袊茖W報》記者查實，2017年3月13日起該網(wǎng)站每周發(fā)布天宮一號飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，到今年3月14日開始每天發(fā)布。

根據(jù)軌道預報，天宮一號將于北京時間4月1日前后一天，即3月31日至4月2日期間再入大氣層。這些數(shù)據(jù)的獲得，離不開激光測軌技術的支持。

復雜因素影響軌道計算

軌道計算，是獲得天體運動軌道的方法之一。理論上，在最簡單的模型中，只需已知天體的速度和質(zhì)量，利用開普勒第二定律和萬有引力定律便可獲得天體運動軌道。

軌道計算應用的歷史可以追溯到17世紀，最經(jīng)典的例子是海王星的發(fā)現(xiàn)。1846年，一名法國天文學家在對天王星運行的實際觀測中發(fā)現(xiàn)了偏差。經(jīng)過計算，他發(fā)現(xiàn)了天王星后面的一顆新行星的運動軌道、質(zhì)量和當時的位置。這顆新行星便是海王星。而通過運動軌道計算，科學家將能夠推算某一時間點天體的準確位置。中國航天科技集團航天設計師、中國科學院國家空間科學中心博士錢航告訴《中國科學報》記者，考慮大氣層的摩擦阻力，對衛(wèi)星軌道的計算及位置預測更加復雜。

“天宮一號在軌道衰減中，距離地面越近，大氣層越稠密，航天器受到的摩擦阻力越大?！卞X航表示，“理論上對天宮一號運動軌道的預測必須考慮它的質(zhì)量、大氣層摩擦阻力以及其面積和質(zhì)量的比值等參數(shù)?！?/p>

激光測距：監(jiān)控新利器

當理論預測無法準確獲知航天器運動軌跡時，要想準確控制航天器，就必須進行嚴密的跟蹤和精確定位。

中國科學院國家天文臺長春人造衛(wèi)星觀測站（以下簡稱“長春人衛(wèi)站”）站長劉承志向《中國科學報》記者介紹，衛(wèi)星激光測距是通過測量激光信號從地面站到空間目標的往返時間，獲得空間目標距離信息的技術，精度遠高于光電觀測和雷達技術，但受天氣影響大。

天宮一號上的角反射器為激光測距提供了良好的實驗平臺。2016年3月，天宮一號所處軌道高度約400公里，長春人衛(wèi)站從那時起積極開展了對天宮一號的跟蹤與監(jiān)測，共獲得100余圈的高精度激光測距資料，為其精密定軌發(fā)揮重要作用。

目前，長春人衛(wèi)站激光測距技術已進入國際先進行列。據(jù)《科學通報》于2017年第24期發(fā)表論文《天宮一號飛行器失效后激光測距實驗分析》，2016年3至5月期間，長春人衛(wèi)站聯(lián)合上海天文臺佘山觀測站、紫金山天文臺等對天宮一號進行的激光測距實驗顯示，精度可以達10 厘米。并且，基于激光測距的軌道預報誤差小于100米。

劉承志介紹，長春人衛(wèi)站天宮一號激光測距的最新數(shù)據(jù)于今年3月8日獲得?！暗罱鼛滋煊捎陂L春天氣不好，軌道低且白天經(jīng)過測站，沒有得到數(shù)據(jù)?！彼f。

科學研究碩果累累

2011年9月天宮一號成功發(fā)射，設計壽命兩年，實際在軌四年半，超期服役并開展多項拓展技術試驗。

天宮一號在在軌運行1630天里，開展多項拓展技術試驗及科學研究，為空間站建設運營和載人航天成果應用推廣積累了重要經(jīng)驗。

錢航介紹，天宮一號完成了神舟八號、九號、十號三次交會對接任務，突破了很多關鍵技術，包括組合體控制技術以及在軌飛行生命保障技術等。六名航天員參與的多項航天醫(yī)學實驗任務也在天宮一號中展開。

據(jù)中國載人航天官方網(wǎng)站報道，天宮一號還完成了地球環(huán)境監(jiān)測及空間環(huán)境探測、復合膠體晶體生長實驗等任務。時任空間站工程空間應用系統(tǒng)副總設計師的張善從在接受媒體采訪時曾介紹，利用天宮一號裝載的高光譜成像儀獲得的數(shù)據(jù)，我國首次對甘肅、新疆、內(nèi)蒙和青海地區(qū)進行礦產(chǎn)填圖和油氣探測，首次利用數(shù)據(jù)進行海水污染探測?！皬秃夏z體晶體實驗則通過天地的比對實驗，為未來空間材料、地面新材料的制備奠定了良好的基礎?！睆埳茝恼f。

我國首次太空授課在天宮一號上進行，錢航作為此次太空授課中央電視臺直播嘉賓，為女航天員王亞平在太空中的課程做了地面對比實驗。錢航表示：“許多科研人員都對天宮一號有著很深的感情。再過一天左右，天宮一號將再入大氣層燒毀，它為中國載人航天發(fā)展做出的重大貢獻將永載史冊?！?/p>