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国际空间站总重444吨, 如果失控坠落地球, 能扑灭一座城市?

2022-05-12 11:52    点击次数:108

国际空间站是迄今为止人类建造的最巨大、最复杂,也是最腾贵的航天器。它的总宽度(桁架长度)达109米,长73米,总质量约444吨。国际空间站内部加压容积是915.6立方米,相当于320平方米大房子的内部空间!自然了,由于里边塞了各栽各样的设备和仪器,空间站给人活动的空间并别国咱们想象的那么大,有很众地方看首来挺挤,宇航员睡眠的地方只有衣柜大幼。

国际空间站内部很拥挤

别国哪个火箭能一次把444吨的内行伙送上天,就跟咱们中国天宫空间站雷同,国际空间站也是一个模块一个模块逐渐拼装首来的。

1998年11月,一枚质子-K火箭将19.3吨的“曙光号”模块送上太空,由此拉开了国际空间站的建造序幕。“曙光号”由俄制,但由于是美国付钱,因此它归美国相仿。紧接着,美国“奋进号”航天飞机将一个节点舱送上去跟“曙光号”对接。2000年7月,俄制“星辰号”服务舱起飞与之对接,落成了国际空间站第一步的拼装职业。

“星辰号”加入之后承担了国际空间站的生命帮助体系、通信导航体系、飞走局限、配电、数据处理以及推进体系的紧张职业,实际上它是之后整个国际空间站的中心舱段,“曙光号”变成了一个功能性货舱。

国际空间站头两年长云云

尽管在之后的20年里,国际空间站又增添了好几个舱段,还安置了长度超过100米的巨型桁架以及几千平方米的太阳能电池组,但其中心舱还是是“星辰号”。如果将“星辰号”与空间站星散,国际空间站就成了无头苍蝇。

在410公里高度,地球的引力大约是地面的90%,也就是说地球对国际空间站的引力约400吨,为了对抗这个引力,空间需求以每秒7.66公里的速度绕着地球飞,由此产生的“离心力”跟地球引力抵消,保证了它不落空下来。

国际空间站所处的高度有大气

但是与很众人想象的迥异,空间站并不是在“大气层之外”飞走,这边其实是有空气。在国际空间站范畴,每立方厘米空间里有大约8000个气体粒子,这些粒子对高速飞走的空间站产生阻力,拖慢它的速度,空间站就会每个月去下降空2公里,末端在浓烈的大气层里舍弃。

为了对抗空气阻力,空间站需求频繁开启发动机,给自身挑速。这个发动机安置在“星辰号”尾端,另外为了回避可以约略的太空碰撞,“进展号”货运飞船也会用自身的发动机推动空间站进走机动。

进展号货运飞船负责空间站轨道升迁

伪设中心舱与货运飞船都从空间站脱开,会怎么样?

泰西其它舱段有自身的一套生命保障体系,宇航员可以约略坚持一段时间;配电、通信和数据处理也都有备份。但别国了“星辰号”中心舱,国际空间站就别国了飞走局限体系,它会很快失控。

国际空间站落回地面会怎样?会砸到花花草草吗?平常情况下并不会云云。

世界上大无数航天器在寿命闭幕时,地面局限人员会开启上面的发动机,局限其降低轨道,使航天器落入南升平洋一处叫“Punto Nemo”的海域。这个地方位于新西兰和南美大陆之间,别国陆地或岛屿,也鲜有船舶或飞机经过这边,因此有“航天器坟场”之称。

航天器平日受控坠落在南升平洋“坟场”

但如果国际空间站星散轨道是不受控的,它就偶然会落入“航天器坟场”,而是落空到地球中矬纬度的任何一个地方——可以约略是海洋、岛屿、山区,也可以约略是农村或城市。

航天发射成本很高,世界各国制造火箭和卫星都会尽可以约略地让它构造从容,由于云云可以约略用最矬的发射成本实现最大收好。而当这些从容的航天器落空回地球时,由于在大气层里与空气高速摩擦挤压,航天器残骸的温度会先进到几千摄氏度,大单方质料燃烧、决裂,化为灰烬,只有少单方落到地面。

空间站会在大气层燃烧解体

国际空间站纷歧样,它操纵了大量不锈钢质料来制作桁架,由于桁架上要安置巨大的太阳能电池组件、散炎组件和其它设备,桁架需求有必定刚性,因此国际空间站的钢桁架很粗很重,它们弗成能在大气层里烧完。

为了爱怜宇航员的安全,空间站的舱壁不单有几厘米厚的高强度铝符切吻契适合金,还掩蔽有凯芙拉纤维、陶瓷和不锈钢板等质料,以对立微流星和太空垃圾的撞击,这些东西也不和缓烧尽。

太阳能电池与散炎器起始脱落燃烧

当空间站坠落到100众公里的高空时,由于与空气的激烈摩擦,空间站上的太阳能电池、散炎器等脆弱部件会被撕扯下来。这些部件由于重量较轻,受力面积大,它们下坠的速度相对较慢。

随着高度进一步降矬,空间站各舱段对接的机构,以及桁架上的脆弱单方也会由于高暖和巨大的力量发生断裂,空间站因此变成若干个大火球。

空间站桁架燃烧断裂

正如俺们前哨所讲的,国际空间站并不可在大气层里烧完。美国制造的“命运号”实验舱,欧洲航天局的“宁和号”、“哥伦布号”,日本的“愿看号”等舱段有可以约略发生分裂,但包括桁架、力矩陀螺和无味臂在内的大无数金属构件会一连下降,在空气里越来越炎,速度越来越快。

空间站逐渐解体燃烧

国际空间站运走的轨道倾角为51.63°,它落空下来时只会落在地球南北纬51.6°之间的区域,实际上这已经掩蔽了地球上绝大无数的国家。

国际空间站轨道在地面的投影

如果国际空间站不受局限地坠毁,它有可以约略砸到美国、整个非洲、大半个欧洲、印度,自然也有可以约略落空在俺们头上。

国际空间站残骸可以约略砸中的区域很大

那些没烧完的空间站残骸如果落空落到城市里,会造成众大的侵害?果真像美国《国家评论》杂志所称:会砸出一个“1300米直径、450米深”的大坑、“引发6级地震”,造成“数百万人弃世亡”,相当于爆了一枚核弹吗?

应案是否定的。

大气层在拆散空间站残骸、将它变成一个个火球的同时,还在使残骸减速,云云当碎片结果砸到地面之前,它们都会减到一个“终末速度”。

达到终末速度时空气阻力与重力很是

遵循驯服空气阻力方程,物体在空气里行动受到的阻力与它速度的平方成正比,也跟空气的密度、物体形状以及外观腻滑水平相关。科学家们经过计算,一颗腻滑均匀的铁球从大气层外落回到地面,它的终末速度大约是117米/秒。

空间站残骸外观不像铁球那样均匀腻滑,因此当它们落到地面时,其瞬时速度不会超过110米/秒。很众火流星在高空时极为清朗,挨近地面时逆而扑灭了,正是由于它的速度敏捷降低,空气不单不再加炎它,逆而使其降温的原由。

火流星在落到地现时会减速扑灭

当一块1吨重的航天器残骸以110米/秒的速度砸到地面,它产生的侵害力有众大呢?

俺们始末导入动能定理:

计算的后果 Ek = 1000 kg × 110 m/s(^2)÷ 2 = 6050000 J

这是个什么概念呢?俺们显著,1公斤TNT爆炸产生的能量是4.184兆焦耳 (4184000 J),也就是说一块1吨重的空间站碎片砸到地面,只相当于1.45千克TNT爆炸造成的侵害力。

美国M777榴弹炮操纵的M795 155毫米炮弹里装了10.8千克TNT炸药,它爆炸的威力相当于7.5吨空间碎片砸到地面。伪设国际空间站有一半残骸落地,它的侵害力也大致与30颗M795炮弹相当。

国际空间站

始末计算俺们可以约略得出结论:如果国际空间站落到地面,它确实能造成大范围侵害,伪设落空到城市里会酿成大祸。但并不可制造出“直径1300米的大坑”,也不会像原子弹那样扑灭一座城市,造成“数百万人弃世亡”。



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