天宮一號已經退役,爲什麼不讓它飛往太空深處,而是墜毀地球?

草原野狼123


那就要問題主了,為什麼要讓天宮一號飛往太空深處呢?這麼做有什麼意義呢?

天宮一號的設計初衷並不是什麼深空探測器,要讓它飛往太空深處是不可能的,而且這麼做也沒有意義。於2011年發射的天宮一號是我國建造自己的長久性空間站的第一步,它的主要目標是實現飛船與空間站的交會對接任務。在2011年,無人飛船神舟八號與天宮一號成功實現了多方向的對接任務。載人飛船神舟九號在第二年與天宮一號成功實現對接,三名宇航員首次進入這個空間站中。到了2013年,載人飛船神舟十號再一次成功與天宮一號對接,又有三名宇航員進入這個空間站中。天宮一號是一個簡單的空間實驗室,宇航員在其中可以進行一些太空實驗。在發射後的兩年裡,這個空間站已經圓滿地完成了預定任務。

天宮一號距離地球表面大約300多公里,雖然我們把那裡稱作太空,但那裡其實還是地球大氣層的範圍,因為地球大氣的厚度可達1000公里。由於稀薄大氣的存在,天宮一號在軌運行時就會受到阻力作用,如果它想要維持在軌道上,需要定期給它提供動力。

隨著燃料的耗盡,天宮一號沒有動力來維持在原先的軌道上,所以它的軌道將會越來越低,越來越靠近地球。隨著天宮一號逐漸接近地球,大氣越來越厚,它受到的阻力也越來越大,所以它會加速落向地球。最終,在今年的4月2日,這個空間站墜入地球大氣層,落到了被稱作航天器墳場的區域——位於南太平洋的一片海域。


火星一號


原因很簡單,因為它根本飛不去太空深處,別說它在超期服役期間功能失效,根本無法啟動發動機。即使它功能沒失效,也有剩餘燃料,也根本去不了太空深處。大家不要認為航天器在太空飛行很自由,可以隨便到別的軌道或乾脆飛出地球、飛出太陽系。航天器在太空飛行各有各的軌道,都嚴格遵循著萬有引力定律,這和我們在地面不能一跳就能上天一個道理。大多航天器的初始軌道和工作軌道在發射前都已確定,然後根據航天器的軌道、質量和任務的不同來選擇不同的運載火箭。當然航天器自身也攜帶有限的燃料,主要為軌道衰減時抬高軌道以及隨時調整航天器姿態時提供動力,攜帶燃料的多少直接決定了航天器的壽命。拿天宮一號來說,重8.6噸,軌道高度373公里,到今天為止,我國只有長征二號F系列、長征三號乙、長征七號、長征五號這幾款運載火箭能夠運送天宮一號,而當時只有長二F和長三乙兩種,但長三乙主要用於地球同步軌道(36000公里的高軌)的發射。


所以我們國家最終選擇了可靠性達0.98的長征二號FT1,這款火箭的原始型也用於發射神舟載人飛船,安全性可見一斑。它的近地運力稍大於8.6噸,也就是說它只能把天宮一號送到近地軌道,沒有能力也沒必要把天宮一號直接送到高軌或掙脫地球引力、使天宮一號速度直接達到第二宇宙速度(11.2公里/秒),那只有長七和長五才有這個能力,但任務不需要到高軌。當然也可以用天宮一號自身帶的燃料抬高軌道,但前提是首先保證任務完成,即在軌驗證交會對接技術和保障建立短期有人照料、長期無人獨立可靠運行的空間實驗平臺的任務。你總不能一發射上去什麼也不幹,直接消耗自身全部燃料提高速度飛向太空深處,問題是即使如此這點燃料也不足以使天宮一號達到克服地球引力的11.2公里/秒,只有大於這個速度才能奔向太空深處,否則你哪兒也去不了,近地軌道近地軌道,就是離地球很近,受地球引力影響很大,8.6噸的物體從7.9公里/秒的第一宇宙速度達到11.2公里/秒需要大量的燃料。更何況在天宮一號壽命末期更沒有這個能力,另一方面又不能繼續待在原軌道,因為這也需要軌道維持,所以說天宮一號只能墜落,而不能飛向太空深處。

月球探測器“嫦娥二號”之所以能夠在任務完成後,飛往太空深處,是因為月球引力低,嫦娥二號遠離地球,只受月球引力,只需很少燃料就可脫離月球引力飛向太空深處。


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據中國載人航天工程官方網站4月1日發佈最新消息,2018年4月1日8時天宮一號運行在平均高度約167.6公里的軌道上,初步預計天宮一號將在北京時間2018年4月2日再入大氣層,然後極速墜毀。

天宮一號是我國第一個目標飛行器,於2011年9月29日發射升空,先後與神舟飛船進行6次交會對接,在全面完成任務後於2016年3月16日起正式終止數據服務,進入軌道衰減期。

我們知道,不論衛星還是其他,當發射升空後達到第一宇宙速度即可圍繞地球飛行,幾乎不需要動力。但實際上,在離地球200到400公里的太空僅是空氣稀薄,並非完全真空,天宮一號長時間飛行會受到微阻力,高度緩慢下降,所以就需要偶爾點火發動機,通過動力維持軌道高度。

天宮一號約八噸重,是我國第一個驗證飛行器,驗證相關技術,為天宮二號做準備,它不具備在軌加註燃料的功能,當初發生升空時攜帶的燃料也是有限的,所以當燃料耗盡後就再無能力維持軌道高度,更沒有動力推向外太空。當天宮一號的軌道下降到200公里後,大氣開始濃密,阻力大增,這時的天宮一號會斷崖式下降,極速墜毀。


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天宮一號是我國2011年9月29日發射升空的第一個目標飛行器(實驗性空間站),標誌著我國載人航天迎來第二階段的最大進展“突破航天員出艙活動技術,空間飛行器的交會對接技術”。自2011年11月9號開始,天宮一號先後與神舟八號、神舟九號和神舟十號成功進行了交會對接,驗證了我國載人航天的一系列關鍵技術。天宮一號原定僅兩年的壽命,但是一直超期服役到2016年3月底才宣佈中斷數據鏈接,可以說是一次非常成功的宇航任務了。

那麼退役後的天宮一號為什麼要墜落回地球,而不是飛往太空深處呢?我們知道,任何航天飛行器都遵循萬有引力定律,當達到第一宇宙速度後,無需再施加動力也會繼續圍繞地球旋轉而不用擔心它會掉下來。但是這僅僅是理想情況,實際中地球周圍被大氣層包圍,雖然大多數衛星運行的軌道空氣都很稀薄,但是仍然會有空氣分子與衛星碰撞,導致衛星緩慢減速,所以大多數的衛星都會攜帶燃料,當速度降低到不足以維持軌道的情況下就會打開發動機加速,從而回到原來的軌道。

像天宮一號還有國際空間站這類載人飛行器,軌道一般都在200-300km,屬於近地軌道,越靠近地球空氣密度越大,所受到的減速效應也越大,所以載人飛行器要消耗大量的燃料來維持高度。天宮一號超期服役這麼久,攜帶的燃料都消耗的差不多了,所以現在只能慢慢下降高度,高度越低阻力越大,最終只有墜落回地球一條途徑。同理,沒有燃料了也就不可能推高軌道飛向深空了(像天宮這種重達十幾噸的大傢伙要想飛向高空可不容易,要想到達36000km的同步軌道,需要像胖5這樣的大傢伙才能把它送上去,發射天宮上天的長二捆可沒這麼大本事,憑藉自身攜帶的燃料能維持高度就不錯了)。


默默的電影人生


看來要來複習一下高中物理了。

航天器在太空中運動主要受臨近天體萬有引力的影響,顯然影響人造地球衛星最大的天體是地球。高中物理教材上明確給出了幾個宇宙速度的值,第一宇宙速度是7.9km/s,達到這個速度以上可以繞地球旋轉(其實衛星的運行速度都低於這個速度,是因為這個速度是地表等效速度,到太空中一部分速度轉化為引力勢能了);第二宇宙速度是11.2km/s(同樣是地表等效速度),這個速度可以脫離地球引力束縛;第三宇宙速度是16.7km/s(地表等效),這個速度可以脫離太陽系。

然後我們再用動能定理(還是高中物理)算一算第一宇宙速度和第二宇宙速度差多少能量,沒錯,動能和速度平方成正比,差將近一倍。也就是說要讓同樣的航天器脫離地球軌道比把它發射到近地軌道要多消耗將近一倍的燃料。

我們再來分析一下發射天宮二號所需要的燃料有多少,這個資料百度百科可以查到。首先,發射航天器利用的是反衝原理,理論就是高中物理裡面的動量守恆定律。回到正題,發射天宮二號用的是長征2F火箭,起飛總質量480噸,最大載荷8.8噸。剩下那些不能入軌的東西基本都是燃料,你可以想象一下發射一個近地軌道航天器所消耗的燃料是多麼巨大了!況且,長征2f火箭差不多是我國研製長征五號之前最強運力的火箭了!你再看看天宮二號質量,剛好也是8.8噸。因此發射天宮二號到近地軌道已經是長征2f的極限了,它哪來那麼大的本事將天宮二號送到地球軌道之外?

說了這麼多,分析這個問題所需要的知識全部來自於高中物理,和一點百度百科的資料。你看,這看似無比高大上的航天理論其實基本原理你在高中時就全部懂了,只要多思考,懂得融會貫通,很多看似複雜的問題都能很簡單直白地呈現在你眼前。最後,來一張火箭發射的靚照與大家欣賞。



逆水行舟70956


天宮一號是一個目標飛行器,它最主要的任務是為中國載人航天的神舟飛船,提供空間交會對接的目標。

我們知道,楊利偉在2003年實現了飛天的目標,他是2003年10月15日9時在發射的,但10月16日6時23分返回地球,在太空中的時間還不到24小時。如果要實現更長時間在太空中的居留,就必須建設一個更龐大的太空設施,提供基本的生命保障,人才能在太空裡面生存,這就是空間站。

但建設空間站不是一次就可以建成的,需要用火箭分好多次把各個艙段送入太空,然後在太空中完成組裝。就像搭積木一樣那一段一段地組裝起來,要把每次任務送入太空的艙段組裝成一個航天器,就需要突破航天器之間的交會對接技術,交會就是兩個航天器在太空中完成軌道重合,相互靠近。對接就是把它們用機械結構組裝在一起,形成一個整體。

交會對接技術是建設空間站的一個關鍵階段。天宮一號就承擔了提供交會對接目標的目標飛行器功能。先後有三艘神舟飛船與天宮一號進行交會對接錯。

圖:天宮一號沒有多餘燃料飛往深空

突破了交會對接技術之後,下一步是建設一個小型的居住設施,提供人在太空的短期居留,這個基礎設施就是天宮二號空間實驗室,空間更寬敞,生命保障物資更豐富,允許在太空中生活更長的時間。

再下一步是建設一個更長久的太空居住設施——空間站。我們國家將在2022年左右,建成空間站。

天宮一號的現在的使命完成,而且已經超期服役。所以它的最終歸宿只能是進入大氣層墜毀,而不可能飛往太空深處。因為如果要飛往深空的話,就需要讓它點火燃燒,產生推力,提供一個加速度,讓它的軌道不再繞地球轉,而是脫離地球的引力,才能飛往深空。但是,深空探測器需要進行專門設計,需要攜帶更多的燃料。但燃料多了之後,就會減少搭載貨物重量,影響我們完成空間交會對接的主任務的實現。

所以,天宮一號目標飛行器返回地球是它必然的歸宿,不可能飛到深空,因為它本來就不是深空探測器,設計的時候就不是。

圖:嫦娥一號,為了飛往月球,探測器的結構、功能都與天宮一號非常不同


火星叔叔鄭永春


因為地球引力的原因,地球軌道上的飛行器必須以第一宇宙速度又稱環繞地球飛行,才能保證自身不被地球引力拉扯回地球。

很多衛星如東方紅,它發射上太空初始速度雖未達可以逃離地球的第二宇宙速度,但高於基本的第一宇宙,再加上本身質量較小,太空又沒有阻力。可以通過慣性保持環繞地球的第一宇宙速度不被重新墜入地球。

但天宮一號不行,它本身是體積較大,質量大,離地球近,初始剛剛達到第一宇宙速度。在太空中如果沒有加速度的助推。它會無可奈何被地球引拉扯減速,最後完全停止飛行墜入地球。

為了防止天宮一號墜落反向將它推向深空。這是一個好辦法,但你要滿足以下條件,足夠強勁的大馬力發動機和燃料可推動以噸來計的太空站進入第二宇宙速度,又或者你有非常多的燃料。

但你有足夠多的燃料,幹嘛不讓天宮繼續在原來的位置上待著?所以把天宮一號推入深空變成一顆旅行探測器聽起來主意不錯。但在經濟上太不合算,技術上也有挑戰性


快樂的牛虻2




天宮一號高10.4米、直徑3.35米,重8.5噸,於2011年9月29日在酒泉衛星發射中心,由長征二號FT1火箭發射升空。天宮一號設計在軌壽命是兩年。

天宮一號的主要任務是:1.作為交會對接的目標,與神舟八號配合完成空間交會對接飛行試驗,保障航天員的生活和工作的順利進行。2.開展空間環境和空間物理探測、空間科學實驗、航天醫學實驗和空間站技術實驗。3.初步建立短期載人、長期無人獨立可靠運行的空間實驗平臺,為建造空間站積累經驗。



天宮一號經過超期服役,直到2016年3月16日,才正式結束使命。今年於北京時間4月2日上午8時15分,飛行器在進入大氣層時大部分燒燬,其餘碎片落在南太平洋中部。

之所以沒有讓天宮一號繼續服役,或者飛向更遠處的空間,主要原因是:



1.天宮一號已經圓滿完成任務並超期服役,其中的設備元器件容易出現故障,維護成本太高。

2.天宮一號攜帶的燃料不能繼續保持軌道運行,更不要說飛離地球到外太空。

3.天宮一號的設計不適宜對外太空的探測和利用。

4.無論是從經濟上,還是從太空安全上來說,讓天宮一號墜落是最好的處理方式。


仰望星空


天宮一號是我國首個目標飛行器和空間實驗室,它於2011年發射,目前已退役。

想讓退役飛行器發揮餘熱的願望是好的,但也得考慮現實。

現實是飛行器不是光在天上飛就好了,還得起作用。

飛機在天上飛,它的作用是把人員和貨物從一個地方快速運到另一個地方;通訊衛星在天上飛,它的作用是接收信息並傳遞到目的地。既然有目的地就不能亂飛,好比快遞小哥要是把張三的午飯送到了李四家,那是要被投訴的。


要想不亂飛就得有動力,動力來自燃料。沒有燃料的飛行器,有點像停在馬路當中沒油的汽車,也容易對別的飛行器造成威脅。

一不小心出了“車禍”的衛星,圖片來自ESA


這種情況下要是有人說:嘿,沒燃料了為啥不讓車開到更遠的地方去?

即使是老司機恐怕也會無語吧,都沒燃料了你還要怎麼開啊?

地面上的車需要動力這事大家都知道,其實太空中飛行器也需要動力的,尤其是想讓它遠離地球飛向太空深處,不然地球引力不答應的。

要是沒動力都能飛向宇宙深處,那也不用費事建火箭發射場了,大家去操場上隨便跳一下,不就能上天了?

汽車動不了了得派拖車去,太空中飛行器就不需要這樣了,因為它可以自己掉下來,也就是新聞裡說的“墜落”。

天宮一號的重量是八噸多,美國和前蘇聯從太空墜落的飛行器有一堆,很多都比天空一號的重量要大。圖片來源ESA。


太空說起來其實並不空,也是有一些物質的,雖然很稀薄,但是因為飛行器的速度很快,所以稀薄的物質也能造成一定的阻力。

這有點像平時我們基本感受不到空氣的存在,直接管人家叫“空”氣,但是空氣一旦有了很大的速度,也就是颳起大風來,有些體重輕的童鞋都要跑去抱電線杆子了。

越靠近地面,物質的密度越大,飛行器受到的阻礙也變強了,所以飛行器要想一直飛,就得在軌道下降時,用自帶的動力升高軌道,不然就會越來越低,直到墜落回地面。

天宮一號的軌道高度變化圖,每條豎直虛線對應一次高度抬升。圖片來自www.aerospace.org


這個墜落的的過程受很多因素的影響,所以什麼時候會掉在哪裡,不是那麼容易確定的。

比方說,地球外面並沒有一個玻璃罩子,所以地球大氣是彌散到太空中的,這種彌散除了大氣成分、地球引力的影響,還得看太陽的心情。

當太陽心情不太好時,比如發生太陽耀斑時,地球大氣的外層會因為接收到來自耀斑輻射的能量而膨脹,近地軌道的飛行器會受到更大的阻礙。

有點像體育場跑道上突然淹了一尺深的水,運動員在裡面跑,然後讓你估計他跑步的速度,這是不是就挺複雜了。飛行器墜落的計算要更復雜,當然複雜歸複雜,我們仍然可以計算。


目前按照中國載人航天工程辦公室的預測,天宮一號將於北京時間2018年4月2日再入大氣層。

感興趣的朋友可以關注一下官網www.cmse.gov.cn的消息,或者去ESA、Aerospace、SATVIEW、SATFLARE等網站看看,有的做了動畫表示天空一號的實時位置。

圖片來自中國載人航天工程辦公室網站


如果您有感想,請留言多指教。


喬小海


反對退役,這是全國人民血汗錢支持的,跌落能對的起全國人民支持嗎?天宮一號要永久留太空,等待新接駁艙,有機械臂維修的衛星,等待有能源的接駁艙,等待有新的有離子電推與微波推進器的接駁艙,未來他會重生,更會擴張。


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