03.01 天宮一號已經退役,為什麼不讓它飛往太空深處,而是墜毀地球?

草原野狼123



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。


震長


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


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。


物原愛牛毛1


天宮一號是目標飛行器,什麼是目標飛行器呢,顧名思義,就是它有著明確的目標,生來就是為了試驗交會對接任務,掌握生產製造、數據測量、交會對接軌道控制等重要關鍵性技術,為以後建造空間站積累技術經驗。

而如今,天宮一號已經圓滿的完成了它的任務,所以,墜毀地球是最完美的選擇。

飛向太空深處,那需要得是深空探測器,而深空探測器在最初的設計上就不同於近地軌道航天器,深空探測器攜帶燃料多,儘可能的減輕其它自重,只帶有科學儀器,而且,還需藉助於星體的引力彈弓效應為航天器加速,使之衝向太陽系外圍,當初的旅行者一號就是經由兩次星體引力加速,才達到了能夠飛出太陽系的速度。

所以,深空探測器與近地軌道航天器,無論是在最初的設計上,還是發射時間、發射窗口的選擇,還是之後運轉軌道的選擇都是不同的。另外,天宮一號根本沒有足夠的燃料來讓它有足夠的速度衝出地球。

為什麼航天器在飛行時那麼的麻煩?

還不是為了節省燃料嗎?關鍵的原因還是推力不足,如果推力足夠大,就像科幻電影中那樣,當然就可以省去這麼多麻煩的細節,直接確定終點站,然後用肉眼導航即可。


科學船塢


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




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


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


其實答案問題中已經說了,天宮一號已經退役,既然退役了為何有要讓他飛往太空深處呢?直接讓它自生自滅豈不更好?

可能有人會說讓天宮一號飛往太空深處或許能代表人類傳遞人類文明,類似美國發射的旅行者飛船。

這種想法太美好了,但不太現實,因為不管任何人類飛行器,它的目標和任務一開始就被設計好了,不可能發射到太空再對它升級!

參照宇宙第二宇宙速度和第三宇宙速度,如果天宮一號想飛出地球和太陽系,必須達到第二個第三宇宙速度,如此這樣就需要額外的動力讓其加速,在環地軌道讓天宮一號加速難度可想而知,理論上可行,實際操作難度太大!

而基本上所有的人類發射的繞地飛行器在服役結束時都會“自生自滅”,雖然飛行器在外太空幾乎不受任何阻力,但在自然條件下速度也會越來越慢,最後速度不足以環繞地球運行,墜毀到地球上,一般都是到大海里的比較多!


宇宙探索


答:當初的設計初衷沒有讓它飛往太空。也就是沒有探索太空的任務,為何要資金。


天宮過一號是中國第一個目標飛行器,2011年9月29日發射升空到2016年3月16日完成使命。任務完成後的航天器不再有多餘能量,讓它進行變軌,飛往更遠的太空,這樣也沒有意義。由於天空一號所處位置,雖然大氣非常稀薄但是,如果沒有能量的供應,它的速度會逐漸降低,根據萬有引力它的軌道離地球會越來越近,最終於2018年受控墜落。

而即將要飛出太陽系的旅行者一號,設計初衷就沒有要收回它,它承載著人類的信息飛向更遠的地方直到永遠,因為不需要能量,只慣性的保持現有速度就可以。但是天宮一號就不可以了,也根本無能量讓它變軌,飛出外太空也沒有意義,乾脆任其速度衰減迴歸地球。



科學黑洞


既然天宮一號軌道高度位於大氣層的熱層,那麼在飛行過程中就會收到大氣阻力,因此就需要通過額外的能力,補充調節軌道,不然就會由於速度下降,被地球引力吸引下墜,但是航天器攜帶的燃料,根本不可能推進天宮一號,擺脫地球引力,飛向外太空。所以,在天宮一號完成使命後,受控墜向指定海域。


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