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人造卫星-科普:人造卫星能飞多久?(舌桥不下)

导读:2020年08月10日上午9点,好多谜友向小编反应,对于“科普:人造卫星能飞多久?”还存在好多的误解,那么今天未解之谜网就为大家详细介绍一些关于科普:人造卫星能飞多久?的相关信息。希望小编的努力能为谜友认识世界有所帮助。

科普:人造卫星能飞多久?

刚刚给大家科普完地球的天然卫星——月亮的相关知识,我们接着给大家科普一下人造卫星。我们来看看人造卫星是不是一直飞下去,其寿命又是多久等等。人造卫星在轨寿命顾名思义,卫星在轨寿命是指卫星在轨道上存留的时间,是从卫星进入轨道到陨落为止的时间间隔。卫星在轨寿命的影响因素有很多,最主要的因素就是地球大气的阻碍作用,卫星与大气之间的摩擦使卫星动能逐渐损失,导致轨道不断衰减进而陨落。此外,卫星面质比、运行姿态、空间环境等因素也会对卫星在轨寿命产生影响。

  地球大气对卫星在轨寿命的影响

  我们知道,地球周围是厚厚的大气层,它从地球表面往外延伸至约1000km的高度,像襁褓一样给了地球上的生命婴儿般的保护。

  它是地球的保温层,使地表温度维持在相对稳定的状态;它吸收了大部分紫外线辐射,因此地球上的生命免于灭绝的危险;外太空不时有陨石坠向地球,也正是因为有大气层的保护才得以化解了大部分的灾难。

  但是,大气层的作用并非尽如人意。对于陨石而言,大气层产生的摩擦阻力可以使其迅速坠毁,但对于人造地球卫星而言,这个阻力却是卫星在轨寿命的隐形杀手。

▲图1 美国亚利桑那州的巴林杰陨石坑,直径约1200m,宽约170m,形成于约5万年前▲图1 美国亚利桑那州的巴林杰陨石坑,直径约1200m,宽约170m,形成于约5万年前

▲图2 卫星在大气阻力的作用下,轨道高度像下降的螺旋线一样逐渐衰减▲图2 卫星在大气阻力的作用下,轨道高度像下降的螺旋线一样逐渐衰减

  卫星的运行高度范围比较广,按照1960年第53届巴塞罗那国际航空联合大会的规定,地球表面100km以上的空间为航天空间,卫星可在该高度以上飞行,但是卫星运行高度往往都高于100km,比如我们常见的近地卫星,其轨道高度一般在400km左右。

  为什么卫星运行高度不能太低呢?主要是考虑到大气密度的因素。大气层90%的质量集中在30km以下,在30km以上,大气密度随着高度的增加急剧下降,在100km高度上,大气密度约为海平面的一百万分之一,在120km高度上约为几千万分之一,在200km高度上约为五亿分之一,可见,随着高度的增加,大气密度呈指数式衰减。卫星运行高度越低,大气密度就越稠密,卫星在轨寿命也就越短。

  轨道高度最低的卫星莫过于侦查卫星,它们有的甚至能达到120km左右的高度,但这些带着特殊任务的卫星其寿命往往都很短,它们要么很快陨落,要么就携带大量燃料进行一次次的变轨制动,维持在轨状态。比如1959年2月美国发射的人类历史上第一颗侦查卫星“发现者1号”,其近地点高度约114km,在轨寿命仅有3天。

▲图3 大气密度分布曲线▲图3 大气密度分布曲线

  空间环境扰动对卫星在轨寿命的影响

  空间环境扰动可以引起大气密度的剧烈变化,在各种航天活动中,我们常常采用大气模型来描述空间环境扰动对大气密度的影响。这些大气模型往往包含两个最重要的输入参数,一是F10.7指数,用来描述太阳辐射的影响,二是Ap指数,用来描述地磁场的影响。

  F10.7主要描述太阳极紫外辐射的大小。高层大气吸收太阳极紫外辐射,吸收能量的20%~30%用来加热高层大气,因此当F10.7升高时,大气温度升高,大气密度增加;Ap指数主要描述地磁场的变化。当地磁平静时,太阳风携带的能量仅为太阳极紫外辐射的十分之一,但在地磁暴时,太阳风带来的能量是极紫外辐射能量的十倍或者更多,此时受高纬焦耳加热和高能粒子沉降等的影响,大气密度会在短时间内快速上升,卫星受到的大气阻力也会突然增加,从而加快卫星轨道的衰减。

  比如,美国“哥伦比亚”号航天飞机在1981年4月12日飞行时,遇到一次剧烈的空间环境扰动事件,陡增的大气密度导致该航天飞机下降到较低轨道的时间比预期快了60%。

以上就是未解之谜网小编根据谜友存在的误解在2020-08-10 17:36:43的第一时间为您介绍“科普:人造卫星能飞多久?”全部相关内容,希望对您有所帮助。

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