科普|高层大气对航天器轨道高度的影响

地球周围存在的大气层，一直延伸到两、三千公里的高度上。假如把海平面上的空气密度作为1，那么在240公里的高空，大气密度为一千万分之一；到了1600公里的高空也有一千万亿分之一。神舟号飞船所在的三、四百公里的高度上，仍然存在极其稀薄的大气，科学上被称为高层大气。即使是这样稀薄的大气，同样会对飞行中的航天器产生阻力作用，其阻力与航天器的运动方向相反，会使航天器动能减少，飞行高度下降，发生轨道衰变。随着轨道高度不断降低，航天器最终会坠入大气层被烧毁，没有烧尽的碎片会坠落地面，有可能对人类的生命财产造成安全威胁。就神舟号飞船来说，在正常的空间环境条件下，一般每天轨道要降低100米左右。为了维持正常的飞行轨道，必须2个月左右时间对其进行一次轨道调整，使它回到正常运行的轨道上去。所以神舟号飞船在设计时，就要根据飞船完成航天任务的时间来确定它的飞行寿命，参考空间环境学家对飞船轨道空间的大气阻尼预报，确定飞船需要携带多少燃料，以便在空间飞行期间进行轨道调整，抵消轨道的衰变。

航天器轨道衰减示意图

在飞船运行期间，空间环境学家还要密切注视神舟号飞船轨道空间的环境变化，给出对神舟号飞船的影响作用和轨道变化规律。为此，大部分神舟号飞船上都安装了相关的高层大气探测设备，用以验证科学家的认知和积累资料，以保证能够预测到高层大气对飞船的阻力影响，向飞船提出轨道调整建议。可是要真正做到精确的轨道预报，特别是低轨道航天器，仍然是一个难题。因为高层大气的密度、温度受太阳活动和地磁活动等因素的影响而变化，若干综合因素需要经验积累和大量科学探测去认知。这和人们熟悉的地面天气预报一样，高层大气预报的准确程度标志着这个研究领域的科学水平。

来源：中国载人航天企鹅号

审稿：小火箭 邢强博士

责编：钟狼将

美国航天飞机从发射到进入轨道的全过程