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假如在空间站上,使劲向地球扔出一把螺丝刀,能否成功击中地球?

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这个问题非常有趣,因为这是一个真实的问题,不仅宇航员“扔”过“螺丝刀”,还扔过空间站废弃的大电池,最后它们都将坠落于地球,只是不同的扔法掉落地球的轨道不一样而已。


空间站的轨道是一条什么样的轨道?

空间站所在的是近地轨道,不过无论是近地轨道还是中地球轨道,又或者高轨、静止轨道或者同步轨道等,它们都有一个相同点,也就是在当前轨道上绕行速度产生的“离心力”与当前位置地球对其的引力是相等的。


各位都知道第一宇宙速度为7.9千米/秒,这个算法其实挺简单,就是在距离地心6370千米的位置(地表),当以7.9千米/秒的速度运行时,其圆周速度产生的“离心力”等于地球引力。但各位也会发现,这里只是地表,空气阻力太大,因此必须要将它送往更高的高度。


而太空的标准就是在“卡门线”以上,这个高度为100千米,但各位一定发现了没有任何航天器在这个高度“飞行”,因为这里的稀薄大气分子阻力仍然很大,因此一般的“近地轨道”至少也得在250千米以上,而且这么低高度的轨道仅仅只有地磁调查或者侦察卫星使用,并且这些卫星还装载了大量燃料以维持轨道,因为空气分子仍然不少。


一般的空间站轨道高度在400千米左右,比如国际空间站和我国的天宫空间站轨道高度都差不大,轨道形状大致呈圆形,不过国际空间站每年仍然得数吨燃料维持高度,因为大气分子的阻力仍然会让国际空间站高度每年有所降低,隔三差五就要启动发动机喷一下,然后抬升轨道高度,要不然不出数年空间站就要掉回地球了。

国际空间站轨道高度调整


空间站内丢出一把螺丝刀,它到底会以什么路径回到地球?

可以肯定的是从空间站丢出一把螺丝刀,大概率会返回地球,因为空间站轨道高度大气分子还比较密集,阻力比较大,因此轨道衰减还是比较快的,但从不同方向丢出时候轨迹是不一样的。

假如要让其最快速度返回地球,那么应该朝哪个方向丢出?

总共有四个位置可选,朝飞行方向(向前),背着飞行方向(向后),朝地球方向(向下),背着地球方向(向上),押宝了,各位看看能押对不?

首先来看看向前,空间站的轨道速度大约为有7660米/秒,向前丢出的螺丝刀,假设其为10米/秒,那么其速度将为7670米/秒,将会获得更大的“离心力”,那么它将达到更高的轨道以维持平衡,不过已经不再是圆形轨道,而是会变成当前轨道近地点,还有一个加速后的远地点,简单的说,就是轨道抬升了。


向后方丢,就是减速,那么同理就是降低轨道,变成当前轨道为远地点,还有一个减速后的近地点轨道。

向下丢,合力仍然朝着倾斜轨道,那么会变成一个与当前轨道交叉,比向后丢近地点略高的的轨道,向上丢刚好相反,比向前丢远地点略低的轨道。

三者相比,向后丢最快落地,向下丢和向上丢应该差不多,向前丢轨道维持最久,不知道各位猜对了没有,所以要是希望它早点落点,那么向后丢,如果希望它慢点落地,那么向前丢,如果向前丢出的速度达到4千米/秒左右,那么它将脱离地球轨道,因为7.6千米+4千米=11.6千米/秒,大于地球逃逸速度11.2千米/秒,所以它将离开地球不再回来。

延伸阅读:美国人在空间站丢过的垃圾?

2021年3月11日,际空间站抛弃了一块重达2.9吨的电池,预计这块太空垃圾将于2~4年内重返大气层,这块2.9吨的电池,其动能高达86104532200焦耳,相当于20.6吨的TNT当量,是不是十分惊人?


不过国际空间站也已经不是第一次丢垃圾了,2017年2月份,美国宇航员就从国际空间站上丢了一批重达1.5吨的垃圾,这被称为史上最严重的丢垃圾行为。


除了这些NASA允许的丢垃圾行为外,宇航员在太空行走时还丢失过各种工具,而轨道上除了这些不小心丢弃的垃圾以外还有大量的报废卫星以及三级火箭,还有它们相撞后产生的更多垃圾,据俄罗斯卫星通信社1月8日报道,据俄罗斯专家统计,地球轨道上总共有1.7亿个1厘米一下的空间碎片绕着地球公转。


2009年2月10日上午11时55分,美国铱星33与俄罗斯已报废的宇宙-2251卫星在西伯利亚上空发生相撞。


2021年3月18日,中国云海一号02星被一块太空垃圾击中太阳能电池后失控,所幸中国技术人员功力了得,经过大半年的修复现在据说已经恢复正常。


由于高速绕地运转,即使是一厘米的太空垃圾,也比一颗子弹直接命中的后果要严重得多,所以在太空丢垃圾可是一个后果极其严重的行为。

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