天宮一號再入大氣層在即 精確測軌如何實現？

　　3月30日，中國載人航天工程官方網站發布公告顯示，天宮一號目標飛行器平均高度已下降至189.5公里的軌道上，近地點高度約181.8公里、遠地點高度約197.2公里、傾角約42.68度。《中國科學報》記者查實，2017年3月13日起該網站每周發布天宮一號飛行狀態數據，到今年3月14日開始每天發布。

　　根據軌道預報，天宮一號將于北京時間4月1日前后一天，即3月31日至4月2日期間再入大氣層。這些數據的獲得，離不開激光測軌技術的支持。

　　復雜因素影響軌道計算

　　軌道計算，是獲得天體運動軌道的方法之一。理論上，在最簡單的模型中，只需已知天體的速度和質量，利用開普勒第二定律和萬有引力定律便可獲得天體運動軌道。

　　軌道計算應用的歷史可以追溯到17世紀，最經典的例子是海王星的發現。1846年，一名法國天文學家在對天王星運行的實際觀測中發現了偏差。經過計算，他發現了天王星后面的一顆新行星的運動軌道、質量和當時的位置。這顆新行星便是海王星。而通過運動軌道計算，科學家將能夠推算某一時間點天體的準確位置。中國航天科技集團航天設計師、中國科學院國家空間科學中心博士錢航告訴《中國科學報》記者，考慮大氣層的摩擦阻力，對衛星軌道的計算及位置預測更加復雜。

　　“天宮一號在軌道衰減中，距離地面越近，大氣層越稠密，航天器受到的摩擦阻力越大。”錢航表示，“理論上對天宮一號運動軌道的預測必須考慮它的質量、大氣層摩擦阻力以及其面積和質量的比值等參數。”

　　激光測距：監控新利器

　　當理論預測無法準確獲知航天器運動軌跡時，要想準確控制航天器，就必須進行嚴密的跟蹤和精確定位。

　　中國科學院國家天文臺長春人造衛星觀測站(以下簡稱“長春人衛站”)站長劉承志向《中國科學報》記者介紹，衛星激光測距是通過測量激光信號從地面站到空間目標的往返時間，獲得空間目標距離信息的技術，精度遠高于光電觀測和雷達技術，但受天氣影響大。

　　天宮一號上的角反射器為激光測距提供了良好的實驗平臺。2016年3月，天宮一號所處軌道高度約400公里，長春人衛站從那時起積極開展了對天宮一號的跟蹤與監測，共獲得100余圈的高精度激光測距資料，為其精密定軌發揮重要作用。

　　目前，長春人衛站激光測距技術已進入國際先進行列。據《科學通報》于2017年第24期發表論文《天宮一號飛行器失效后激光測距實驗分析》，2016年3至5月期間，長春人衛站聯合上海天文臺佘山觀測站、紫金山天文臺等對天宮一號進行的激光測距實驗顯示，精度可以達10 厘米。并且，基于激光測距的軌道預報誤差小于100米。

　　劉承志介紹，長春人衛站天宮一號激光測距的最新數據于今年3月8日獲得。“但最近幾天由于長春天氣不好，軌道低且白天經過測站，沒有得到數據。”他說。

　　科學研究碩果累累

　　2011年9月天宮一號成功發射，設計壽命兩年，實際在軌四年半，超期服役并開展多項拓展技術試驗。

　　天宮一號在在軌運行1630天里，開展多項拓展技術試驗及科學研究，為空間站建設運營和載人航天成果應用推廣積累了重要經驗。

　　錢航介紹，天宮一號完成了神舟八號、九號、十號三次交會對接任務，突破了很多關鍵技術，包括組合體控制技術以及在軌飛行生命保障技術等。六名航天員參與的多項航天醫學實驗任務也在天宮一號中展開。

　　據中國載人航天官方網站報道，天宮一號還完成了地球環境監測及空間環境探測、復合膠體晶體生長實驗等任務。時任空間站工程空間應用系統副總設計師的張善從在接受媒體采訪時曾介紹，利用天宮一號裝載的高光譜成像儀獲得的數據，我國首次對甘肅、新疆、內蒙和青海地區進行礦產填圖和油氣探測，首次利用數據進行海水污染探測。“復合膠體晶體實驗則通過天地的比對實驗，為未來空間材料、地面新材料的制備奠定了良好的基礎。”張善從說。

　　我國首次太空授課在天宮一號上進行，錢航作為此次太空授課中央電視臺直播嘉賓，為女航天員王亞平在太空中的課程做了地面對比實驗。錢航表示：“許多科研人員都對天宮一號有著很深的感情。再過一天左右，天宮一號將再入大氣層燒毀，它為中國載人航天發展做出的重大貢獻將永載史冊。”