[科普中國]-使命終結(jié) 航天器都去了哪？

Where have all the flowers gone?

Long time passing.

Where have all the flowers gone?

Long time ago.

（大意：時光漫漫流逝，所有的花都去了哪？）

——美國民謠《 Where have all the flowers gone》

2019年7月19日，在軌工作近3年的天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室功成身退，在科技人員的控制下，離開正常工作軌道，回到地球母親的懷抱。在一千多天的工作中，她接待了來訪的神舟十一號飛船，在一個月的時間里為宇航員們提供了一個安全、舒適的太空之家。她與天舟一號成功進(jìn)行了自動對接與推進(jìn)劑補(bǔ)加試驗(yàn)，為今后中國空間站的建設(shè)和貨運(yùn)飛船的使用驗(yàn)證了關(guān)鍵技術(shù)。在她的“懷抱”中，來自地面的種子在太空中生長發(fā)芽，大量空間試驗(yàn)順利進(jìn)行，給科研人員提供了豐富的數(shù)據(jù)資料。

在大氣層中滑出絢爛的煙火后，天宮二號最終將安眠在南太平洋的海底。在那里，陪伴她的是一百多艘曾經(jīng)翱翔過太空的航天器。

放任不管，天宮二號會成為“高空拋物”嗎？

天宮二號高度約為370公里的近圓軌道屬于低地球軌道（LEO）范疇。在這里工作的航天器，仍然能夠受到高層稀薄大氣的阻力作用。對于LEO軌道上重量、體積比較小的人造衛(wèi)星來說，如果工作壽命到達(dá)后放任不管，雖然會成為太空垃圾，對未來的航天飛行制造一定麻煩，但它們終究會在大氣阻力的作用下自然墜落，并在大氣中燃燒殆盡，不會對地面的人員設(shè)施產(chǎn)生“高空拋物”式的威脅。

然而，對于載人飛船、空間實(shí)驗(yàn)室甚至是空間站這種大型航天器來說，與大氣層的相互作用雖然會讓她們支離破碎，但產(chǎn)生的大塊碎片仍然具有較大的安全隱患。為了將可能的危險降到最低，各國的航天機(jī)構(gòu)都選中了位于南太平洋的一塊區(qū)域，作為近地軌道運(yùn)行的大型航天器的歸宿之地。

（“航天器墳場”位置示意圖 。來源：scienceabc.com）

當(dāng)一艘船沉入海底

這片區(qū)域位于新西蘭以東，是世界上距離大陸和人口稠密地區(qū)非常遙遠(yuǎn)的一個區(qū)域。不可到達(dá)的海洋極點(diǎn)——尼莫點(diǎn)，就位于這個區(qū)域附近。這個點(diǎn)是海洋上與大陸距離最遠(yuǎn)的一個點(diǎn)。這里不但已經(jīng)遠(yuǎn)離了人口稠密的地區(qū)，連飛機(jī)和輪船都很少經(jīng)過。因此，從天而降的航天器在此砸到小朋友或花花草草的風(fēng)險最小，這些勞苦功高的航天器們可以在此安然投入地球母親的懷抱。在壽命即將結(jié)束時，技術(shù)人員會利用航天器自身的動力主動離開原軌道，進(jìn)入一條落點(diǎn)位于這個區(qū)域的再入彈道中。

據(jù)不完全統(tǒng)計，有一百多艘航天器在這個被稱為**“航天器墳場”**的區(qū)域中長眠。在她們之中，數(shù)量最大的是蘇聯(lián)/俄羅斯為空間站提供補(bǔ)給的“進(jìn)步”號飛船。這些飛船自上世紀(jì)七十年代，就開始服務(wù)蘇聯(lián)的“禮炮”系列空間站。直到現(xiàn)在，她們?nèi)匀皇钦谶\(yùn)行的國際空間站的“快遞小哥”之一。除了“進(jìn)步”號外，近年來新研制的歐空局ATV飛船、日本HTV飛船，在完成上行運(yùn)輸任務(wù)后，也會攜帶者空間站拋棄的廢物墜落于此。

（NASA出動飛機(jī)，對2008年9月29日墜落航天器墳場的ATV飛船進(jìn)行了觀測。圖中是正在大氣層中燃燒的ATV飛船及散落的殘骸。來源：NASA）

**沉寂于此的最大的航天器，是蘇聯(lián)/俄羅斯的“和平”號空間站。**2001年3月15日，這艘接待過俄美兩國航天器和世界各國宇航員的空間站受控離軌，再入大氣層?？傊剡_(dá)143噸的空間站在距離地面約95公里的地方開始解體，最終有六塊總重約20-25噸的殘骸墜入大海。

（天宮二號和天舟一號曾經(jīng)在天上比翼齊飛，最終也安眠在了一起。來源：中國載人航天）

當(dāng)天宮二號最終沉入海底時，應(yīng)該不會感到寂寞，因?yàn)樗睦吓笥选熘垡惶?，早已?jīng)在這等她。在陽光無法到達(dá)的海底，溫度雖有點(diǎn)低但卻相對恒定。這些在太空中極寒極熱和強(qiáng)輻射環(huán)境中漂泊已久的游子們，在這里也許能找到回家的感覺，好好的睡上一覺。

沖向土星，卡西尼號的生命絕唱

在太空中工作的航天器，仍需要燃料來驅(qū)動發(fā)動機(jī)，維持自身的軌道和姿態(tài)。而一旦燃料耗盡，航天器既無法控制自己往哪飛、又無法控制自己的科學(xué)儀器與天線朝向哪個方向，無法維系正常的工作。2017年，當(dāng)對土星及其衛(wèi)星實(shí)施探測的卡西尼號燃料即將耗盡之時，科學(xué)家和技術(shù)人員們決定利用最后的一點(diǎn)燃料，控制卡西尼號撞向土星。

（卡西尼號拍攝的土星衛(wèi)星瑞亞，圖中的背景為土星本體，黑線為從側(cè)面看去的土星環(huán)。來源：NASA/JPL）

在遠(yuǎn)離地球的深空之中，太空垃圾的問題還未出現(xiàn)，而卡西尼號之所以要用這種壯麗的方式結(jié)束，是為了保護(hù)土星的兩顆衛(wèi)星——泰坦、恩賽勒達(dá)斯。通過以往的探測與研究，科學(xué)家們認(rèn)為這兩顆衛(wèi)星與土星本身的環(huán)境非常不同，其上可能存在著適宜生物存在的環(huán)境。在無法控制軌道的情況下，卡西尼號有可能撞向這兩顆衛(wèi)星的表面。小小的卡西尼號當(dāng)然不可能擊毀巨大的天體，然而她身上有可能攜帶的地球微生物，卻會對尚未充分探測的這兩顆衛(wèi)星帶來潛在的污染風(fēng)險。雖然這個局面出現(xiàn)的可能性很小，但為了最大程度的避免無可挽回的后果出現(xiàn)，NASA還是決定以撞向土星的壯麗的方式，結(jié)束卡西尼號的工作。

即便在生命的最后時刻，卡西尼上的12臺科學(xué)儀器中有8臺仍在正常工作，為科學(xué)家們傳回她最后一段軌跡上關(guān)于土星大氣、磁場的寶貴數(shù)據(jù)，幫科學(xué)家們又看到了一片新的世界。2017年9月15日，協(xié)調(diào)世界時11時55分46秒，位于澳大利亞的深空天線收到了卡西尼號發(fā)來的最后的電波。

（藝術(shù)家想象中的卡西尼號的最后一刻。來源：Wikipedia）

火星沒有救援，埋在火星風(fēng)暴中的“機(jī)遇號”

而對于“機(jī)遇號"這樣的火星車來說，工作的結(jié)束似乎來得有點(diǎn)突然。這艘設(shè)計壽命僅為90火星天的火星車，在火星上足足工作了五千多個火星天。當(dāng)人們對她發(fā)回的壯美照片和科學(xué)數(shù)據(jù)已經(jīng)習(xí)以為常時，2018年6月的一場火星風(fēng)暴改變了機(jī)遇號的命運(yùn)。遮天蔽日的火星沙塵阻擋了陽光，使機(jī)遇號的太陽能電池板無法產(chǎn)生足夠的電能。即便風(fēng)暴結(jié)束，落在電池板上的灰塵也阻礙了正常的供電。科學(xué)家們本來寄希望于當(dāng)年11月至次年1月的和風(fēng)能夠吹走這些沙塵，但通過深空天線向機(jī)遇號發(fā)送的信息卻始終得不到回應(yīng)。今年2月12日，NASA結(jié)束了聯(lián)系機(jī)遇號的嘗試。在發(fā)動給機(jī)遇號的最后一道電波中，地面的控制人員為機(jī)遇號播放了一手名叫“未來再會”（I‘ll be seeing you）的歌曲。

(機(jī)遇號在火星上留下的車轍。來源：NASA/JPL)

**除了卡西尼號和機(jī)遇號以外，去往月球、火星或太陽系其他地方的深空探測器，在燃料或供電中斷之后，或永遠(yuǎn)的飄在原來的軌道上，或撞擊到某一個臨近天體上，或就地停留在她們結(jié)束工作的地方。**當(dāng)她們從地球上啟程時，科學(xué)家們寄希望于她們能夠走入一片新的領(lǐng)域，為我們認(rèn)識太空和行星帶來前所未有的發(fā)現(xiàn)。而她們也大都沒有辜負(fù)大家的希望，在超期服役并耗盡自己最后一點(diǎn)力氣后，停在了路的盡頭。

坎坷之路，終抵群星

在上世紀(jì)70年代，美國相繼發(fā)射了先驅(qū)者10號、先驅(qū)者11號、旅行者1號、旅行者2號四艘探測器。這四艘飛船在完成各自對于太陽系外行星的探索任務(wù)之后，都繼續(xù)飛向了更遙遠(yuǎn)的地方。除了傳回科學(xué)數(shù)據(jù)外，這四艘探測器還有一項(xiàng)共同的終身任務(wù)：向地外文明傳遞來自地球的訊息。

首先，要告訴外星人地球位于何方。在茫茫宇宙中，標(biāo)出自己的位置并不是一件輕而易舉的事情，“銀河系中太陽系的第三顆大行星”這種描述可能并不能給他們明確的信息。銀河系、太陽系這些我們以地球?yàn)閰⒖级x的概念，另一個文明并不知曉。為此，科研人員特地選擇了14顆脈沖星作為宇宙中照亮前往地球之路的“燈塔”，標(biāo)示在兩艘先驅(qū)者飛船所攜帶的鋁合金板上。這些脈沖星的輻射頻率都是獨(dú)特的。如果捕獲探測器的文明與我們具備同樣的科技水平，他們就能從已經(jīng)觀測到的脈沖星中數(shù)據(jù)中確定這些脈沖星到底是哪幾顆，進(jìn)而根據(jù)我們所給出的距離圖示，確定太陽系的位置。鋁合金板底部的示意圖進(jìn)一步說明了這艘飛船來自于太陽附近的第三顆行星，也就是我們的地球。

（先驅(qū)者號上攜帶的鋁合金板 來源：NASA）

而要讓外星人讀懂這些信息，科學(xué)家們選擇了宇宙間的通用語言——物理與數(shù)學(xué)。他們以氫這種宇宙中最廣泛存在物質(zhì)的物理特性圖像標(biāo)示單位時間，又以二進(jìn)制這種最容易理解的數(shù)學(xué)表達(dá)標(biāo)示脈沖星的周期相對于單位時間的倍數(shù)。如果外星人與我們的科技水平相當(dāng)，他們應(yīng)該很容易理解這些語言。而在旅行者1號和2號的金唱盤表面，不但用類似方式標(biāo)出了地球的位置，還給出了讀取唱盤的方式，使外星人能夠讀取出金唱盤里描述地球生活的圖像、聲音，不同語言對外星人的問候，以及一對戀人相愛時的腦電信號。

（旅行者號攜帶的金唱盤外觀 來源：NASA）

在太陽光暗弱的外太陽系飛行，依靠太陽能電池板供電顯然不是一個好主意。這四艘遠(yuǎn)行的探測器上，電能的來源都是從同位素衰變過程中提取能量的RTG電池。然而，隨著時間的推移，RTG中的同位素燃料將逐漸消耗，電池能夠提供的供電功率也會越來越低。1995年和2005年，先驅(qū)者11號和10號先后因供電不足而終止與地球的通信，而旅行者1號和2號在穿過日球?qū)禹敽螅烙嬕矊⒃?020年左右耗盡電能，與地球中斷聯(lián)系。

但是，她們的任務(wù)不會就此終結(jié)，而是會一直向著繁星飛去。宇宙中發(fā)生的變化動輒以萬年為單位計量，這幾艘探測器到達(dá)最近接其他恒星的位置時，時間早已經(jīng)過去了數(shù)萬甚至數(shù)十萬年。那些人類對于其他文明善意和友誼的信息，賦予了她們在星辰間永恒的生命。

也許，她們都去了同一個地方

無論航天器實(shí)體的歸宿如何，也許她們都去了同一個地方，就是我們的心里。