近日，天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船完成使命后受控再入大氣層，飛船大部分器件被燒毀，少量殘骸落入南太平洋預(yù)定海域，從而宣告了天舟三號(hào)任務(wù)的圓滿結(jié)束。那么，目前運(yùn)行在太空的航天器退役后都有哪些處理方式呢？
再入“火葬”好處多
天舟三號(hào)飛船順利再入大氣層燒毀，屬于航天器退役處理最常見的方式。近地軌道上的各種航天器，無(wú)論是通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星還是載人飛船、貨運(yùn)飛船和空間站，到壽退役后一般都選擇再入大氣層焚毀的“火葬”方式。
再入火葬指的是航天器壽命結(jié)束時(shí)，被動(dòng)或主動(dòng)變軌降低軌道高度，再入大氣層。由于近地軌道上航天器的飛行速度很快，再入大氣層時(shí)和大氣劇烈摩擦，高溫高壓會(huì)摧毀再入的航天器，因此，大部分零部件都會(huì)在大氣層內(nèi)徹底燒毀干凈。
對(duì)于大多數(shù)航天器來(lái)說(shuō)，只有極少數(shù)耐高溫的設(shè)備能落到地球上，所以，再入火葬方式是一勞永逸地解決了航天器的退役處理問(wèn)題。
如果航天器體積重量太大，仍可能會(huì)留下不少?zèng)]有完全燒干凈的殘骸，這些高速落到地球的“天外來(lái)客”，對(duì)人們來(lái)說(shuō)完全是飛來(lái)橫禍。好在航天器無(wú)控再入的落點(diǎn)是隨機(jī)的，而地球表面大多數(shù)區(qū)域仍是地廣人稀，迄今還沒有出現(xiàn)過(guò)航天器再入殘骸造成人員死傷的事情發(fā)生。
為降低航天器再入火葬后剩余殘骸的威脅，航天器最好是主動(dòng)受控再入落到無(wú)人區(qū)，而地球上恰好有一塊不僅地廣人稀而且連海上和空中航線都稀少的區(qū)域，它就是廣闊的南太平洋海域。
南太平洋海域中央有一個(gè)被稱為尼莫點(diǎn)的位置，它距離最近的大陸都有2600多公里，可想而知尼莫點(diǎn)周圍空曠海域的遼闊。受控再入的航天器比如我國(guó)的天舟系列貨運(yùn)飛船，一般都主動(dòng)選擇在杳無(wú)人煙的南太平洋海域上空進(jìn)行火葬。
2001年，俄羅斯的和平號(hào)空間站也是在南太平洋海域上空再入燒毀，龐大的國(guó)際空間站未來(lái)也打算在這片海域進(jìn)行火葬，最大限度降低對(duì)人類的威脅和傷害。
衛(wèi)星“天葬”軌道高
再入火葬處理得比較干凈，但航天器退役并非只有這種處理方式，對(duì)于中高軌道衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，由于推進(jìn)系統(tǒng)性能的局限性，不可能在壽命結(jié)束時(shí)再入大氣層，它們通常是進(jìn)行“天葬”。
天葬最典型的例子就是地球同步軌道衛(wèi)星。1997年，國(guó)際空間碎片協(xié)調(diào)委員會(huì)制定一項(xiàng)規(guī)章，為更好地處理地球同步軌道衛(wèi)星，要求各國(guó)在衛(wèi)星壽終正寢前，將其提升軌道進(jìn)入同步軌道上空300公里處的墳?zāi)管壍馈?/p>
衛(wèi)星天葬可以騰出寶貴的同步軌道位置，避免死亡衛(wèi)星和正常衛(wèi)星發(fā)生軌道碰撞，或死亡衛(wèi)星爆炸碎片帶來(lái)的撞擊，從而保證地球同步軌道衛(wèi)星的正常工作。
眾所周知，近地軌道上受到高層大氣阻力的影響，航天器軌道高度會(huì)慢慢降低，這也是天舟飛船選擇再入燒毀的根本原因。相反，在高軌道上的情況又有所不同，同步軌道以及更高的墳?zāi)管壍郎?，大氣阻力的影響很小，而地球非球面以及太?yáng)、月亮的三體引力攝動(dòng)成為主流，引力攝動(dòng)帶來(lái)軌道高度的周期性變化，對(duì)偏心率小于0.003的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，軌道高度上下偏移一般不超過(guò)35公里。
太陽(yáng)光的輻射壓力也會(huì)帶來(lái)擾動(dòng)，但這和衛(wèi)星的反射系數(shù)、反射面積和質(zhì)量等特征相關(guān)。綜合地球非球面、三體和太陽(yáng)光壓的影響，300公里的高度差也足夠保證數(shù)百年或在更長(zhǎng)的時(shí)間里，退役后進(jìn)入墳?zāi)管壍赖乃劳鲂l(wèi)星，不會(huì)干擾到同步軌道衛(wèi)星的正常工作和機(jī)動(dòng)。
總之，衛(wèi)星天葬實(shí)際上就是將其送入軌道高度更高的墳?zāi)管壍?，相?dāng)于地面上把垃圾集中掩埋，只不過(guò)在太空掩埋的高度更高。
雖然天葬并不是徹底解決退役航天器的最佳方式，但中短期內(nèi)不會(huì)對(duì)正常工作的衛(wèi)星造成干擾，畢竟這個(gè)太空墳場(chǎng)的高度足夠高。
清理利用正實(shí)現(xiàn)
無(wú)論是地球近地軌道受控再入燒毀的火葬，還是高軌道以同步靜止軌道為主的升軌天葬，都是近幾十年才有的方法，而自1957年人類進(jìn)入太空以來(lái)，地球軌道上早已密布各種類型的廢棄航天器和軌道碎片。
分布在低軌道上的部分廢棄航天器在大氣阻力下幾十或上百年后仍然有再入燒毀的希望，但高軌道的廢棄航天器和碎片根本沒有消失的可能，而且現(xiàn)役航天器還可能因?yàn)楣收贤艘?，無(wú)法主動(dòng)調(diào)整軌道。所以，太空垃圾的主動(dòng)清除技術(shù)就在這種形勢(shì)下提上日程，為航天器的退役處理開辟了一條新路。
目前，世界主要航天大國(guó)都在積極研究太空垃圾和軌道碎片的主動(dòng)清除技術(shù)，歐盟在“清理空間項(xiàng)目”下正在積極推動(dòng)開發(fā)和測(cè)試主動(dòng)清理軌道碎片的技術(shù)。
2018年，歐空局發(fā)射的RemoveDEBRIS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于測(cè)試漁網(wǎng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、魚叉和拖帆等4種清潔空間的技術(shù)，前三項(xiàng)試驗(yàn)都獲得了成功。
日本也在積極嘗試清理軌道碎片，包括HTV-6貨運(yùn)飛船嘗試的金屬繩索吸附和減速試驗(yàn)，以及商業(yè)公司Astroscale成功進(jìn)行的ELSA-d模擬捕獲試驗(yàn)。如今，Astroscale公司還拿到英國(guó)航天局的合同，計(jì)劃2025年從近地軌道上移除一顆退役衛(wèi)星。
美國(guó)也提出了多種清理軌道碎片在內(nèi)的廢棄航天器的構(gòu)想，美國(guó)太空軍已經(jīng)投資主動(dòng)清除軌道碎片的技術(shù)，不過(guò)尚未進(jìn)行具體空間試驗(yàn)。
退役航天器當(dāng)垃圾處理清除，是解決問(wèn)題的一個(gè)思路，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局還提出另一個(gè)想法，那就是將退役航天器再利用起來(lái)變廢為寶。
美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局的鳳凰計(jì)劃旨在研究利用已經(jīng)退役的航天器，將它們身上仍能工作的部件再利用起來(lái)，組成新的航天器。鳳凰計(jì)劃典型的概念是再利用靜止軌道通信衛(wèi)星的大型天線，這種循環(huán)利用的概念相當(dāng)于捐贈(zèng)遺體，也算是獨(dú)特的航天器退役處理方式了。
來(lái)源：中國(guó)航天報(bào)、科普中國(guó)
責(zé)編：靳凡
編審：符亞麗
終審：周建軍
