Aeolus的辅助再入，一个成功的实验，以减少空间碎片

2023年7月28日，由空中客车公司建造、欧洲航天局(ESA)运营的气象卫星Aeolus在重新进入地球大气层时燃烧殆尽，与地球告别。Aeolus因其在全球范围内对风况的开创性监测而闻名，在过去的五年里，它帮助气候学家改进了天气预报和气候模型，它也将作为空中客车公司发起的第一颗辅助卫星重返大气层而载入史册。

这个想法于2021年在空中客车公司负责Aeolus运营的团队中开始形成。定义和实施以前从未尝试过的再入程序是一项挑战，也是欧空局接受并实施的一项挑战。

一个具有挑战性的安全重返需要创新

为了实现从无控制再入到辅助再入的转变，空客团队必须考虑与卫星设计和任务相关的多种限制。

几年来，机构间空间碎片协调委员会(IADC)一直建议设计航天器，使其尽可能可销毁*，以尽量减少可能对地面造成损害的剩余碎片数量。“由于设计是在现行法规生效之前决定的，因此不可能将剩余碎片的数量和大小降到最低，因为这些碎片可能会对地面造成损害，因为航天器已经在轨道上了，”空中客车公司空间碎片联络人弗莱姆·帕约特解释说。

定义一个备选轨迹

“风神号”是在本世纪初开发的，它的再入计划风险很低，但仍然不受控制，它会在几个月内自然地落回地球。然而，由于没有可能将卫星引导到选定的区域，它可能会降落在任何地方。

最初的策略评估了执行Aeolus控制再入的可能性，以限制地面上的碎片足迹。不幸的是，推进器无法产生足够的力量来瞄准南太平洋无人区(SPOUA)的再入，这是联合国指定的脱离轨道的空间系统溅落。

“我们必须想出一个替代方案，”Payot说。“我们需要确定一种介于受控和非受控再入之间的策略，最大限度地利用卫星能力。Aeolus的极地轨道提供了瞄准一些陆地面积小、居民很少的地面轨道的可能性。特别是选择了大西洋的一条走廊，以保证安全进入大气层”。

Aeolus再入信息图的关键阶段-©ESA

基本工程技能

为了有效地管理Aeolus返回地球，空客英国和图卢兹团队使用了特定的工程技术。帕约特解释说:“我们的飞行动力学专家计算了航天器在低空和高密度大气中的轨道轨迹。”“最重要的是，我们必须确保卫星仍然能够在非常低的高度(150公里)飞行，同时控制所有作用在它身上的力。”

在控制卫星高度和轨道的情况下，大气模型是估算阻力及其对Aeolus轨迹影响的关键。帕约特说:“我们根据卫星的自然漂移做出了轨道预测，我们也必须把太阳考虑在内。”太阳活动对地球上层大气有巨大的影响。事实上，阻力随着太阳活动的增加而增加，这影响了高度和再入日期。

“提前做好重返大气层的准备是至关重要的，”Payot总结道。“我们不可能在6个月内实施这项尖端战略;花了近两年的时间来准备这些生命周期结束的操作。定义一个新的目标进入区域并在其原始飞行域之外操作卫星是一项巨大的挑战，需要大量的准备和预期。”

减少空间碎片作为目标

根据欧空局的《空间环境报告》，到2023年，将有超过3万个可追踪物体(bbb10厘米)位于海拔不到2000公里的近地轨道(LEO)。限制太空碎片污染的一种方法是将航天器从其轨道上移除。

Aeolus的成功重返大气层不仅是空客工程师的聪明才智和知识的体现;它还强调了创新的重要性，以找到减少空间碎片的解决办法。空中客车公司于2023年6月通过《零碎片宪章》重申了与欧空局的承诺，这是朝着在空间碎片减缓和修复方面实现全球领导地位迈出的又一步。

*“消亡设计”方法提出的设计方案可改善航天器在重返大气层时的解体和烧蚀(例如改变航天器的材料或形状)。