1974年2月8日，最后一批宇航员在离开太空实验室前几天，提升了空间站的高度，期望它能在轨道上保持更久，直到未来的航天飞机再次访问。然而，意外的太阳活动导致地球大气层膨胀，增加了飞行器的阻力，使其轨道衰减速度超出预期。1978年，控制人员重新启动了空间站并调整其姿态，以减少大气阻力，尽可能延长其在轨道上的时间。与此同时，航天飞机的开发延误使得在重新进入地球大气层之前无法再次访问天空实验室。1979年7月11日，太空实验室重返地球，碎片落在印度洋和澳大利亚上空。从太空实验室的轨道脱离经验为国际空间站的最终脱轨提供了重要信息。
左图:天空实验室在最后一批宇航员离开时的样子。中:航天飞机提出的太空实验室助推任务示意图。右图:由美国宇航局休斯顿约翰逊航天中心的一位漫画家绘制的更具想象力的太空实验室再推进图。
1974年2月8日，天空实验室4号的宇航员离开空间站时，空间站的轨道为269英里乘283英里。宇航员离开后一天，美国宇航局约翰逊航天中心的操作员进行了最后的系统检查，将太空实验室定位在重力梯度状态——即较重的一面朝向地球——排出大气并关闭电源。根据对即将到来的太阳活动周期的预测，科学家们估计空间站将在轨道上停留到1983年3月。然而，太阳活动周期加剧，导致大气扰动，使“天空实验室”脱离重力梯度姿态，增加了阻力。到1977年，修正后的估计显示太空实验室最早将在1979年中期再入大气层。尽管航天飞机尚未飞行，但美国宇航局在早期任务中为宇航员设计了一个计划，计划将一个火箭级附加到天空实验室，以将其送入更高的存储轨道，或以受控方式将其脱轨，进入太平洋。“天空实验室”重达16.9万磅，是当时重返大气层最重的航天器，工程师们相信其部分部件能够在进入大气层后幸存。确保残骸远离人口稠密地区仍然是当务之急。
左图:天空实验室从发射到重返大气层的高度图。右图:天空实验室重新启动和跟踪时使用的五个地面站的示意图。
为了确保太空实验室在空中停留足够长的时间，以便航天飞机任务能够到达它，美国宇航局需要重新启动它。由于太空实验室本身没有再增压的能力，其衰变速度只能通过改变姿态来稍微控制。1978年3月至6月间，利用5个地面站提供的有限通信，一小队控制人员有条不紊地重新启动了经过四年多被动期的天空实验室。值得注意的是，空间站的系统，包括至关重要的电池，都完好无损。当控制人员在1978年6月11日完全重新启动天空实验室时，其高度已降至250英里。为了延长其寿命，美国宇航局决定让空间站保持激活状态，以控制其姿态。操作员命令Skylab进入一个末端速度矢量(EOVV)最小阻力姿态，前端指向飞行方向。直到1979年1月25日，太空实验室一直保持着EOVV的姿态，工程师们估计这将空间站的轨道寿命延长了3.5个月。到1978年底，随着航天飞机计划的变化，拯救太空实验室似乎不再可行。在1978年12月19日的新闻发布会上，美国国家航空航天局负责太空运输系统的副局长约翰·f·亚德利宣布取消航天飞机的再增压任务，并结束控制太空实验室姿态的努力。亚德利强调，Skylab不受控制的再入导致碎片击中人口稠密地区的可能性很低，他引用了发射Skylab的土星5号火箭第二级耗尽的例子。这个空的阶段体积更大，但重量比“天空实验室”轻8.3万磅。1975年1月11日，它失去控制重新进入大气层，在直布罗陀以西约1000英里处坠入大西洋，没有造成任何伤害。
左图:天空实验室在速度矢量最小阻力姿态上的插图。中:“天空实验室正在坠落”的卡通。右图:太空实验室最终轨道的地面轨迹以及在印度洋和澳大利亚的碎片足迹。
1979年1月25日，控制员操纵天空实验室从EOVV转向太阳惯性姿态，这是它在运行寿命期间保持的方向，以确保其太阳能电池阵列始终指向太阳，保持空间站电池充电。研究表明，当天空实验室下降到161英里以下时，空气动力扭矩将使其难以保持太阳惯性姿态。6月20日，天空实验室在163英里的高空飞行时，控制人员命令它进入高阻力扭矩平衡姿态(TEA)。这使控制人员能够选择最佳轨道来执行最后的再入，一个主要飞越水域的轨道，以尽量减少对人员和财产的潜在危害。7月11日的轨道34981符合这些标准。在这个轨道上，“天空实验室”飞越北美后，向东南飞越大西洋，绕过非洲南端，然后向东北飞越印度洋，最后飞越下一个主要大陆，主要是人口稀少的澳大利亚地区。在计划重返大气层的那一天，控制人员命令“天空实验室”在93英里(约合93公里)的高度缓慢翻滚，以便更好地瞄准非洲南端以东的进入点，导致它在印度洋上空解体。在这一点之后，地面不再控制车站。由于碎片的足迹可能长达3500英里，一些碎片仍有可能落在澳大利亚。
左图:天空实验室进入西澳大利亚的路径，显示了从空间站回收碎片的地点。中右:位于西澳大利亚州埃斯佩兰斯的博物馆展示了来自太空实验室的一个氧气罐和一个钛气罐。
左图:太空实验室重返大气层时，NASA约翰逊航天中心任务控制中心的操作人员。右图:管理人员和飞行控制员监控天空实验室的再入。
百慕大空间站的跟踪显示，太空实验室的大型太阳能电池阵列仍然连接在车间上。南大西洋阿森松岛的控制人员与天空实验室取得了联系，当时天空实验室在头顶飞行了66英里，它的大型太阳能电池阵列开始与车间分离。天空实验室最终在10英里的高空解体，撞击足迹比预期的更向东移动。天空实验室的碎片落在西澳大利亚产生了音爆，内陆少数几个城镇的居民都能听到。实际记录的碎片足迹长达2450英里。埃斯佩兰斯的一个博物馆收藏着一些被发现的残骸。太空实验室飞行主管查尔斯·s·哈兰在活动结束后的新闻发布会上说，“惊喜结束了。没有更多的悬念。太空实验室在地球上。”
左图:最后一批离开的船员拍摄的礼炮7号宇宙号(Salyut - 7-Kosmos 1686)。中:礼炮7号宇宙号1686复合体的再入轨道。右图:在阿根廷发现的礼炮7号碎片。
1991年2月7日，Salyut - 7- kosmos 1686复合体在阿根廷上空进行了一次不受控制的再入。该综合体的重量为88,491磅，约为太空实验室的一半。尽管控制人员在礼炮7号重返大气层前两年多就失去了与礼炮7号的联系，但之前所有的礼炮站都在控制下重返太平洋。1986年6月，机组人员最后一次占领了礼炮7号宇宙号1686综合大楼。1986年8月，Kosmos 1686太空舱的发动机将该综合体的轨道提高了84英里，达到295英里，预计将于1994年重返大气层。与天空实验室一样，控制人员也考虑过在礼炮7号计划取消之前，由“暴风雪”号航天飞机回收礼炮7号的可能性。与礼炮7号的最后一次通信发生在1989年12月。和太空实验室一样，在20世纪80年代末，太阳活动比预期的要高，加速了它的下降。该站最初进入重力梯度姿态，较重的宇宙1686面对地球，但在1991年1月该站遇到更稠密的大气时，这种姿态显著下降。虽然据说无法控制，但显然在2月5日，地面团队命令它进入正面对抗的姿态，以减少阻力，并直接进入一个飞越人口较少地区的轨道。燃料耗尽不允许完成机动和大气阻力扭转飞行器远离这个姿态。虽然礼炮7号原计划在南太平洋上空再入大气层，但它偏离了目标，在阿根廷上空坠落，并回收了一些碎片。
左图:1998年的和平号。中:2001年3月在斐济拍摄的和平号重返大气层的照片。右图:2001年3月和平号的再入轨道。
从早先大型空间站重返大气层的经验中吸取的教训使控制人员设计了一个三阶段程序，以便在2001年3月以受控的方式使和平号空间站脱离轨道，进入太平洋。在第一阶段，控制人员允许轨道阻力将285,940磅重的空间站降至140英里的平均高度，这是当时重返大气层最重的物体。在3月23日的第二阶段，对接的进步M1-5发射了两次引擎，将和平号的轨道降低到103乘137英里。两个轨道运行后，“进步”号启动发动机22分钟，将和平号带出轨道。它在南太平洋上空再入大气层时燃烧，斐济纳迪的观察员们看着它的最后时刻。
国际空间站，轨道上最大的宇宙飞船。
2024年6月26日，预计国际空间站最终将被控制处置，美国宇航局选择了SpaceX公司来开发和交付美国脱轨飞行器。目前预计在2030年，该航天器将在其使用寿命结束后安全脱离空间站。空间站是迄今为止轨道上最大的航天器，重达90多万磅，是迄今为止最重的航天器。过去的经验可以提供有用的教训。
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希望本篇文章《太空实验室再度穿越地球大气层》能对你有所帮助！
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