如果我给你8亿美元,让你想办法摧毁国际空间站,你会怎么做?你用导弹打下来了吗?马斯克刚刚接手了这份工作,拿到了NASA8.43亿美元的预算,为国际空间站做了一些“后事”。
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但这一销毁过程与大家想像的不同,SpaceX准备在2030年发射一艘非常特殊的飞船,以使这8亿美元值得花费。
为了执行一项任务,它安装了46台发动机,使国际空间站成为人类历史上最大的“太空烟花”。
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2030年国际空间站“末日大片”烟花秀,整个过程分为三个步骤,提前剧透:
步骤一,在国际空间站安装脱轨发动机,使国际空间站与当前轨道分离。SpaceX的强化版龙飞船,作为脱轨发动机使用。
国际空间站累计建设成本超过1500亿美元,每年仅维持轨道高度的燃料成本就达到2.1亿美元,是人类历史上最昂贵的太空项目。自1998年发射第一个机舱以来,国际空间站已经在太空运行了26年。
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(国际空间站建设历程,动图)
截至今年7月,已有281人进入国际空间站,包括波音飞船的两名宇航员。我不知道他们是否能安全地回到地球。
空间站花了这么多钱,为什么要销毁?不能回收或再利用吗?
国际空间站退役有两个原因。一方面是技术原因,很多设备都在慢慢老化;另一方面,由于政治原因,美国和俄罗斯的太空开始分道扬镳。事实上,国际空间站上有很多新的东西。例如,俄罗斯的“科学号”服务舱只在2021年发射了几年。可惜直接销毁,但是太空不容易回收。
回收或二次使用是不可行的。之前考虑过轨道拆解,或者推到几千公里外的更高轨道上,但是成本太高,可能会产生更多的空间垃圾。向私人航天企业出售是不可行的,因为国际空间站属于很多国家,很难出售。
现在国际空间站在椭圆形轨道上,最低平均高度为370公里,最高平均速度为460公里,平均速度为28000公里。51.6度。
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(红是中国空间站轨道的倾角,蓝是国际空间站轨道的倾角)
之所以选择这条轨道,是因为它是俄罗斯从北纬46度拜科努尔发射场发射的最低倾角,飞船可以直接到达,火箭残骸不会落在中国。
如果国际空间站的轨道倾角较小,俄罗斯发射火箭的轨道必须通过中国上空,火箭的残骸将落入中国。考虑到俄罗斯未来可能会发射新的空间站,并使用这个轨道,国际空间站必须腾出位置,永远不要把它变成太空垃圾。
步骤二,脱轨发动机点火,使国际空间站降至330公里高。
这时,最后一批宇航员撤离,然后国际空间站继续降低高度,直到坠入大气层。听起来很简单,但是有一个麻烦,那就是国际空间站太脆弱了。总共有20多个舱段结构,像积木一样放在一起。点火变轨时,推力不宜过大。如果你不小心,你可能会分崩离析。
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国际空间站一旦解体,就会产生数百个空间碎片,这是灾难性的后果。这就是为什么国际空间站不能直接用导弹打掉,会造成无数的太空碎片,对宇航员构成很大的威胁。
因此,这种脱轨发动机必须精心设计。它不仅要有足够的推力,还要推动总重量达到420吨的国际空间站。推力必须准确可控,不能过于暴力,以免散架。
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最近马斯克发布的设计方案是在货运龙飞船的基础上放大改进的。首先,飞船放大了,长度翻了一倍,容纳的燃料翻了六倍,达到了近16吨,电池容量翻了四倍,增加了两块太阳能电池板。
其次,有46个“天龙”(Draco)发动机,单个推力为400N,约40公斤,其中16个用于控制姿势;剩下的30个用于减速,降低轨道。
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(一圈小发动机)
这样可以通过控制发动机点火量来准确控制总推力,保证国际空间站在减速时不会解体。从脱轨发动机点火到最后坠毁,整个过程将持续12到18个月,可以说是非常谨慎,慢工细作。
步骤三,是坠入大气层。
若一切顺利,不出岔子,国际空间站将落入南太平洋上空,落在长度2000公里、宽度100公里的狭窄范围内。
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(距离最近的岛屿有2000多公里的南太平洋尼莫点,几乎没有人类活动)
这是地球上最不受欢迎的地方。不仅几乎没有岛屿和居民,而且飞机和船只的航线也没有经过这里,这样就可以避免坠落时的附带伤害。
但前提是,没有出岔子,但这一点对于美国航天局来说,已经越来越不能保证了。
当美国第一个空间站“天空实验室”于1979年销毁时,它没有坠入南太平洋,而是坠入澳大利亚帕斯地区。由于澳大利亚人口稀少,没有人被击中。
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(美国第一代空间站,天空实验室)
澳大利亚政府曾向美国提出抗议,要求美国赔偿损失。但直到30年后,美国的一个民间组织真的很抱歉,自信地筹集了一点钱。白宫官员到目前为止还没有关心这件事。
2020年,国际空间站报废了一个重达2.9吨的电池,NASA选择直接丢弃这个电池,让它自生自灭,自己慢慢坠入大气。
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(废弃的电池被扔进太空,托盘是日本制造的)
结果,今年3月8日,电池刚刚坠入美国。虽然电池在大气层摩擦燃烧后只剩下几百公斤的残骸,但其中一个碎片击中了佛罗里达州的一栋房子,穿过了两层楼。房主的儿子当时在房间里,差点被打死。
当时,这件事在美国进行了热搜。许多美国人质疑NASA的做法是不负责任的。后来,NASA发表声明说他们正在调查,但到目前为止还没有结果。
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国际空间站的重量为420吨。虽然坠入大气层的摩擦最多可以产生3000度的高温,但预计至少会残留几十吨碎片,最大的会像汽车一样大。如果坠落的地方控制不好,后果可能会严重得多。
现在波音航天已经不起作用了,所有的压力都给了马斯克。这8.43亿美元只是设计和建造脱轨飞船的成本,发射和对接的成本还得额外计算。
此外,NASA还在合同中保留了一只手。考虑到未来的不确定性,NASA虽然计划在2030年销毁国际空间站,但其使用寿命可能会延长到2030年代中期。因此,NASA要求SpaceX的脱轨飞船在建造后能够在地面上“引而不发”,并保存五年。
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反正目前俄罗斯说2028年退出国际空间站,然后NASA可以折腾。其实这是一个“不负责任的声明”。如果国际空间站在销毁过程中出了问题,与俄罗斯无关。
这个人类历史上最昂贵的“太空烟花秀”,还有许多变数,让我们拭目以待。
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