绕地轨道飞行
绕地轨道飞行指航天器先进入绕地轨道,然后从绕地轨道进入环地空间站。其间,旅行者将有机会欣赏地球的壮阔图景,沉醉于奇异而浪漫的太空际遇。
进入绕地轨道的路径或许与“联盟号”飞船目前飞往国际空间站的轨迹相似。推动你进入轨道的加速阶段只持续大约8.5分钟。初始轨道距地球表面240千米,但目标空间站的运行轨道通常需要更高一些,因为地球大气层可能受热膨胀到240千米的高度,而大气层产生的空气阻力会使空间站失去能量,下降,在进入大气层后烧毁。如果不需要过于频繁地把空间站推进到原始高度,空间站的维护费用可以很低。国际空间站的轨道离地球表面400千米,这个高度属于近地轨道(从卡门线开始并向上延伸至距地面1 900千米)。
到达目标空间站的过程分两步。第一步是进入目标空间站轨道下方的初始轨道。之后,你乘坐的航天器将发射小型火箭,推动自身上升,继续远离地球。假设目标空间站与国际空间站大致处在同一高度——如果可能的话,那么在理想的情况下,这段额外的距离需要飞行5个小时。如果出现任何技术故障,比如你的初始轨道与计划略有出入或者设备需要维修,那么你可能需要2天时间才能到达目的地。
目标空间站的运行路径决定了你从轨道上能看到什么。在400千米的高度上,天体绕地球运行一周需要90分钟。因此,如果你在地球赤道正上方绕地球运动,那么每90分钟你就会回到原地一次。从赤道上空,你可以看到许多有趣的景象,但却无法看到南北两个半球的高纬度地区。例如,从赤道上方400千米高的轨道上看向地球,你看不到伦敦。
为了让你花的钱砸出最大的动静,你肯定希望能从太空饱览我们这颗神奇的星球。所以,你的目标空间站不会平行于赤道绕地运动,而是像国际空间站那样,与地球赤道形成50°的夹角(见图2.1)。这样,你最北可看到地球北纬50°(包括伦敦),最南可及南纬50°(包括澳大利亚墨尔本)。
我们飞往近地轨道相对容易,也能够实现相当快的绕地飞行速度。
此外,近地轨道的另一个好处是,你与地球磁场捕获的高能太阳风粒子的距离相对更安全。地球被磁场包围(想想你可能摆弄过的条形磁铁和马蹄形磁铁的吸力和斥力,还有你用来固定小纸条的冰箱贴),这个磁场可以捕获大量高能、高速的质子和电子。捕获发生的两个主要区域被称为范艾伦辐射带,以詹姆斯·范·艾伦[2]的名字命名。1958年,他给早期火箭[3]配备的盖革计数器最终探测到辐射带的存在(见图2.2)。
在范艾伦辐射带被捕获的粒子的运动速度是如此之快,以至于能够击穿太空服、防护装备以及航天器和卫星的外壳。因此,如果长时间在范艾伦辐射带内飞行,人体和设备会遭受极大破坏。内辐射带大致从距离地面965千米处开始向外延伸,但这条辐射带上有一个叫作南大西洋异常区(South Atlantic Anomaly)的区域,辐射带在这个区域下降到距地面约200[4]千米处(见图2.2)。国际空间站每天5次经过这个区域,在范艾伦辐射带停留最多23分钟。有宇航员报告说,经过这个区域时,由于高能粒子穿过了他们的眼睛和大脑,他们曾见过“流星”。
图片来源:弗里曼出版公司
结束空间站的各种旅游项目(可能包括一次太空行走)之后,你要么坐着太空舱或者使用降落伞回到地球(“联盟号”飞船采用了后一种着陆方式),要么让有翼航天器载着你像普通飞机那样降落。
绕地轨道飞行往返所需时间从一个星期到几个月不等。
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