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天宫一号重返地球 如何实现精确测轨


  来源: 中国科学报 时间:2018-04-02 编辑:甘立人
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3月30日,中国载人航天工程官方网站发布公告显示,天宫一号目标飞行器平均高度已下降至189.5公里的轨道上,近地点高度约181.8公里、远地点高度约197.2公里、倾角约42.68度。《中国科学报》记者查实,2017年3月13日起该网站每周发布天宫一号飞行状态数据,到今年3月14日开始每天发布。

根据轨道预报,天宫一号于北京时间4月1日前后一天,即3月31日至4月2日期间再入大气层。这些数据的获得,离不开激光测轨技术的支持。


复杂因素影响轨道计算

轨道计算,是获得天体运动轨道的方法之一。理论上,在最简单的模型中,只需已知天体的速度和质量,利用开普勒第二定律和万有引力定律便可获得天体运动轨道。

轨道计算应用的历史可以追溯到17世纪,最经典的例子是海王星的发现。1846年,一名法国天文学家在对天王星运行的实际观测中发现了偏差。经过计算,他发现了天王星后面的一颗新行星的运动轨道、质量和当时的位置。这颗新行星便是海王星。而通过运动轨道计算,科学家能够推算某一时间点天体的准确位置。中国航天科技集团航天设计师、中科院国家空间科学中心博士钱航告诉《中国科学报》记者,考虑大气层的摩擦阻力,对卫星轨道的计算及位置预测更加复杂。

“天宫一号在轨道衰减中,距离地面越近,大气层越稠密,航天器受到的摩擦阻力越大。”钱航表示,“理论上对天宫一号运动轨道的预测必须考虑它的质量、大气层摩擦阻力及其面积和质量的比值等参数。”

激光测距:监控新利器

当理论预测无法准确获知航天器运动轨迹时,要想准确控制航天器,就必须进行严密跟踪和精确定位。

中科院国家天文台长春人造卫星观测站(以下简称“长春人卫站”)站长刘承志向《中国科学报》记者介绍,卫星激光测距是通过测量激光信号从地面站到空间目标的往返时间,获得空间目标距离信息的技术,精度远高于光电观测和雷达技术,但受天气影响大。

天宫一号上的角反射器为激光测距提供了良好的实验平台。2016年3月,天宫一号所处轨道高度约400公里,长春人卫站从那时起积极开展了对天宫一号的跟踪与监测,共获得100余圈的高精度激光测距资料,为其精密定轨发挥重要作用。

目前,长春人卫站激光测距技术已进入国际先进行列。据《科学通报》2017年第24期发表的论文《天宫一号飞行器失效后激光测距实验分析》,2016年3月至5月期间,长春人卫站联合上海天文台佘山观测站、紫金山天文台等对天宫一号进行的激光测距实验显示,精度可达10厘米。并且,基于激光测距的轨道预报误差小于100米。

刘承志介绍,长春人卫站天宫一号激光测距的最新数据于今年3月8日获得。“但最近几天由于长春天气不好,轨道低且白天经过观测站,没有得到数据。”他说。

钱航表示:“许多科研人员都对天宫一号有着很深的感情。再过一天左右,天宫一号将再入大气层烧毁,它为中国载人航天发展作出的重大贡献将永载史册。”

关键词:天宫一号 激光测轨 载人航天    浏览量:2744

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