天舟四号已脱离中国空间站,将再入大气层销毁,为何不返回地球

已完成既定任务的天舟四号货运飞船,顺利撤离空间站组合体,转入独立飞行阶段,后续将择机受控再入大气层烧蚀销毁,很多人会觉得可惜,为什么不受控返回地球呢?

航天器受控离轨后有两种方式回到地球,一种是载人飞船,有回收着陆系统,保证航天员平安回家;再一种是按照国际惯例,让完成使命或寿命末期的在轨航天器再入大气层进行销毁,而货运飞船就属于第二种。

天舟货运飞船结构

中国空间技术研究院从 201 1 年开始着手进行货运飞船的立项论证工作,确立了货物舱/推进舱两舱构型总体技术方案 ,2012 年 货运飞船正式立项 命名为“ 天舟” 明确了天舟货运飞船需要具备的物资上行运输、废弃物资下行、支持组合 体姿轨控、空间应用和技术试验支持四大任务功 能。

和神州飞船三舱构型不同,神舟飞船由轨道舱、返回船、推进舱3个舱和1个附加段或对接口组成,这样的目的是为了更多地运送物资,要知道空间站在太空中,物资是有限的、时刻要消耗的。所以,物资要用完的时候,就要靠火箭运送新的物资到达。按照计划,我们天宫空间站中会固定生活3名航天员,3人一批,每批航天员生活半年,也就是6个月。而除了生活物资之外,天舟有时候还需要运送仪器设备资料等上天。所以天舟设计之初,目的就是装的越多越好。这也就说明了天舟货运飞船在一开始就不具备回收着陆的可能性。

因此,采用了两舱构型的天舟货运飞船,采用基于模块化的型谱方案形成了全密封货运飞船、半密封半开放 货运飞船和全开放货运飞船 3 种型谱,总长10.6米,最大直径3.35米,最大起飞重量13.5吨,。在轨寿命不小于1年,供电能力不小于2700瓦。

可满足空间站现阶段不同货物种类运输需求,在这个设计思路下,天舟货运飞船能以最小的结构重量达到最大的装货能力,物资上行能力达6.9吨,货重0.51,货运载荷比高达48%,居世界第一,是世界上运载能力最大的货运飞船之一,要超过俄罗斯的进步号货运飞船以及美国的货运飞船,美俄现在的货运飞船最多就能搭载3吨的货物。

天舟需要处理垃圾

而另外一个不受控返回地球的原因,天舟货运飞船离开空间站的时候,要装载空间站积累的废物,天舟货运飞船,没有做研究的能力,它就像是太空中的小舟,所以是不能和空间站搭在一块儿的,占空间,功能也不达标。天舟四号完成目标后,就带着航天员在空间站产生的垃圾,回到大气层,在大气层像陨石一样烧毁(变成气体,很环保安全)。像流星一样,一闪即逝。

之所以会烧毁,是因为飞船落地的速度非常快。这涉及到一些物理知识。就像子弹在高速下会发热一样,飞船从太空回到地球的过程中,最大的速度可以达到7.9千米/秒(音速才340米/秒)。超高的速度,会让飞船在进入地球的大气层后,产生上千度的温度。天舟货运飞船正是在这么高的速度下,烧毁的。烧没了,也就减少地面指挥中心处理垃圾的步骤。

简单理解来说,天舟四号的任务就是送货和处理垃圾,在穿越大气层时需要有防烧蚀结构,还要加固这个货运飞船防止它在大气层中解体需要额外的质量,因此在目前的货运飞船上增加回收体系显然有些得不偿失,因此在传统的飞船结构上根本不会考虑回收。事实上,受控再入大气层,残骸落到指定地点也是需要技术含量的。

未来天舟也需要具备返回地球的能力

目前,全球仅有龙飞船载货版具备货物返回和重复使用能力,当然,这是因为龙飞船载货版和载人版一体化设计的原因,天 舟货运飞船目前尚不具备货物返回和重复使用能力,我国空间站工程进入长期运营和空间应用阶段后 ,高效低成本货物补给要求将愈发强烈,同时在轨生产的需要送回地面的高价值空间货物量会迅速增加 ,毕竟,天舟货运飞船的造价就要3.8个亿,如果可以持续重复利用,那当然性价比就会非常高,可以说,天舟货运飞船发展货物返回和重复使用能力是未来必然趋势。

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