中国卫星落后美国多少年

西瓜种类2022-07-07  22

谢谢你的邀请。我来给你讲讲这个问题。首先明确一点,不是所有的卫星都会落到地球上。一般只有近地点在2000公里以下的卫星才有坠落的可能。

复杂公式推导

我们知道,地球轨道上的所有卫星都会受到各种干扰的影响,这些干扰会改变它们的轨道。近地点高度在2000公里以下的近地轨道卫星主要受大气阻力影响。这种力倾向于非常缓慢地绕卫星轨道运行,并降低轨道的高度。在200公里以下,因为大气阻力的增加,轨道的“衰变”速度变得非常快。当卫星下降到180公里时,它只剩下几个小时,然后变成一个火球落到地球上。在再入过程中,卫星与大气层摩擦产生的温度足以蒸发大部分卫星,但如果极大,或者偶然,卫星的组件可能会到达地面。

低轨道卫星的轨道衰减率是沿轨道每一点的大气密度以及卫星有效截面积A、质量M和阻力系数Cd的函数。在很多情况下,后三个参数不能独立确定,而是用弹道系数B = Cd A/m来代替,其单位为平方米每千克。

一个物体的平均m/A约为100kg/m2,大多数物体位于50-200kg/m2之间。所以弹道系数计算公式中的A/m值基本在0.005-0.02之间,平均值为0.01m2/kg。

空气体密度沿着轨迹变化,它是纬度和经度、一天中的时间、一年中的时间和季节的函数。但是在空之间的一个固定点,如果把短期的波动变化平滑掉,这个密度可以用空之间的两个环境参数来表示。它们是10厘米波长太阳辐射通量(F10)和地磁指数Ap。只要海拔超过120km,这两个变量的任何增加都会导致大气密度的相应增加。

在很长的时间跨度内,地磁指数Ap的平均值很小,这对卫星的轨道寿命预测没有意义。只有当时间跨度为一两天,轨道高度低于400公里时,高地磁活动才会导致卫星阻力显著增加。

下图显示了波长约为10厘米的太阳辐射通量(F10)的典型变化。它与太阳黑子活动的11年周期有着密切的联系。然而,在单个11年周期中,周期性强度以大约27天的短周期变化。

说了这么多,只是想告诉大家空之间预测环境的不确定性和大气密度变化的不确定性,使得我们无法准确确定卫星何时再入大气层。即使是目前世界上最复杂的建模程序也只有不到10%的预测精度。这意味着卫星再入大气层的前一天,坠落时间不确定2小时。在此期间,卫星随时可能坠落。

粗略的指南

当然,如果不需要确切的坠落时间,我们还是可以估算出人造物体停留在Tai 空的时间。下表提供了不同高度圆形或近圆形轨道上物体寿命的粗略指南。

卫星高度寿命

一天200公里

一个月300公里

一年400公里

10年500公里

100年700公里

九百公里,一千年

下图提供了各种条件下空之间物体轨道寿命的更详细估计。

非常低的圆形轨道

下图给出了一个非常粗略的卫星寿命指南。卫星有效质量与横截面的比值为100kg/m2,处于300km以下的圆轨道。考虑两种太阳活动不变的情况,一种代表太阳辐射的最小值,一种代表太阳辐射的最大值。另外,假设地磁场是平静的,可以忽略不计。

对于m/A变量,图形是线性的。例如,图中显示,在太阳通量最小(F10 = 70)的情况下,初始轨道260km的寿命为20天。如果飞船的m/A值为200kg/m2,飞船的寿命为40天;而如果m/A=50kg/m2,寿命会缩短到10天。请注意,最大太阳通量条件的图表有些误导,因为如此高的辐射值通常只能持续几天。

低圆形轨道

下图显示了3个太阳辐射通量值(高/中/低)和3个m/A值(50/100/200 kg/m2)的轨道寿命。可以看出,m/A值越小,曲线越陡。

以知名的国际空站为例。它处于近圆轨道,近地点408公里,远地点410公里。我们以400公里为初值,可以看到,如果不不断开发动机维持轨道高度,大约一年后会落到地球。

以上是稀星对这个问题的回答。注意,这是卫星的自然坠落时间,不是使用寿命。许多卫星在使用寿命结束后仍将在轨道上运行很长时间。

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