9月17日，天舟一号货运飞船经过5个月的轨道运行后基本完成了任务，按计划与天宫二号分离。整个分离过程是这样的，天舟一号分离后与天宫二号保持120米的距离，待地面控制中心确认之后，天舟一号开始在400公里的轨道上独立运行，并且进行最后阶段的空间试验。
天舟一号是一次性，没有重复使用功能
天舟一号的定位是货运飞船，在完成货运补给之后就没有继续使用的价值了，不像载人飞船那样可以返回地球后继续使用，由此可以看出天舟一号是一次性的，没有重复使用的功能。作为中国航天第一种货运飞船，天舟一号的起点是相当之高的，上行运载能力为6吨，低于欧洲的ATV自动运载飞船，后者的运载能力为7.5吨，最大起飞质量20吨。与日本宇宙航空研究开发机构的HTV货运飞船相比，天舟一号的运载能力与HTV相当，后者也为6吨，都超过了俄罗斯进步货运飞船不到3吨的上行运载能力。如果算载荷比，天舟一号超过了欧洲和日本的货运飞船。
图1.作为中国航天第一种货运飞船，天舟一号的起点是相当之高的，上行运载能力为6吨
许多人看到了货运飞船的上行能力，其实货运飞船还有下行运载能力，因为在返回地球过程中，货运飞船相当于一辆高级垃圾车，可以将空间站上的垃圾运走。日本HTV飞船和美国的龙式飞船有加压和非加压货仓两种，天舟一号为加压货仓，这就是说前者可运送非加压货物。龙式货运飞船还有一个特点，是唯一一种可返回、重复使用的货运飞船。通过横向的简单对比我们可以看出，天舟一号的性能已经与美欧的运货飞船齐平，超过了俄罗斯的货运飞船。在当今这个提倡可重复使用的年代，一次性的产品用完就丢到太平洋中，而龙式货运飞船可以再次使用，效费比更高一些。
图2.日本HTV飞船和美国的龙式飞船有加压和非加压货仓两种，天舟一号为加压货仓
天舟一号受控坠落，不用担心掉到头上！
天舟一号重返大气层之后会大部分部件会在大气层中烧毁，因为天舟一号本来就不是可返回的飞船，也就没有完备而复杂的隔热系统。返回大气层时摩擦产生高温足够烧毁货运飞船，但是仍然会有一些残片没有完全烧毁。于是国际上约定对失效航天器的处理方式：通过受控坠毁到南太平洋上，这里有一片非常大的深海无人区，也称为航天器的坟场，和平号空间站也就受控溅落于此。事实上航天器受控坠毁也不是一个新鲜的技能，就算没有失去控制，地球上也有70%的海洋，陆上也有无人区和沙漠，城市面积占地球表面1%就已经很不错了。当然也有发生过人造卫星坠毁到陆地上的，比如苏联在1977年发射的宇宙954卫星，还是一个核动力卫星，坠毁到加拿大，造成10万平方公里受到辐射污染。
图3.天鹅座”货运飞船返回地球烧毁
如果航天器不受控坠落，那么可以转移到同步轨道之上数百公里的坟墓轨道，一部分报废的卫星就丢到这个轨道，可以保证在相当长的未来不会落到地面上。天宫一号任务结束后也会受控坠落，南太平洋那片深海无人区是大部分受控坠毁航天器的归宿。所以掉到头上的概率是很低的，甚至可以媲美买中了彩票。
载人空间站项目已经开始加速推进
随着载人飞船、货运飞船系统成熟之后，中国建造空间站的步伐也开始加速。据载人航天工程办公室此前透露，中国将在2022年建成中国空间站，采用轨道舱对接的模式建造，包括一个核心舱、两个实验舱，总质量不低于60吨，可对接一艘载人飞船、一艘货运飞船，最大扩展质量可达到180吨的规模。组装后与俄罗斯的和平号空间站相当，后者也是由一个核心舱和两个量子舱构成，扩展4个舱，总质量超过120吨。国际空间站为桁架结构，与中俄的空间站完全不一样，总质量超过400吨，造价也超过1000亿美元。如果没有航天飞机，国际空间站也无法建成，毕竟大尺寸部件需要航天飞机的超大货仓和机械臂。不论是国际空间站还是和平号，都需要载人飞船和货运飞船支持，一个运人，一个运货，当天舟一号和神舟飞船出现后，中国的空间站就可指日可待了。
图4.与俄罗斯的和平号空间站相当，后者由一个核心舱和两个量子舱构成，扩展4个舱，总质量超过120du吨
未来货运飞船会如何发展？
货运飞船的特点就是不载人，只拉货，美国的龙式飞船提供了一个发展方向，我们知道美国是一个连国防工业都由私企垄断的国家，像洛马、波音、雷神这样的公司虽然承包了几乎所有的美军武器研发，但其本质上是个私企。因此这些公司当然是以挣钱为目的，赔钱的事基本不干，这就能理解为什么龙式运货飞船被设计成可重复使用。SpaceX从美国宇航局那边拿了十几亿美元的合同，合同总额就这么多，如果能控制成本，那么毛利就更多了。发展可重复使用的火箭、货运飞船，从技术上降低成本，这就是毛利增加的地方。当然，SpaceX要从十几亿美元的合同中挣钱，除了增加毛利外，还有提升纯利，因此像SpaceX这样的公司是不会去养闲人，最后的结局就是技术提升带动了整个行业的变革式发展，单次发射成本控制在3000万美元以下，原本要5000万美元，货运飞船回收后再次使用，还能垄断商业航天发射市场，越少的人挣越多的钱。
图5.美国的龙式飞船
【回顾】天舟一号是我国首个货运飞船，也是我国迄今体积和重量最大的航天器，起飞质量达13吨，一次可运送6吨以上货物至空间实验室或空间站。今年4月20日19时41分，天舟一号由长征七号火箭在我国文昌航天发射场发射升空。4月22日12时23分，天舟一号与在轨运行的天宫二号空间实验室顺利完成自动交会对接。入轨至今，天舟一号与天宫二号先后进行了自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接，3次推进剂在轨补加，以及空间应用和航天技术等领域的多项实(试)验。
按照预定计划，天舟一号与天宫二号组合体在轨飞行约2个月，天舟一号独立飞行约3个月。完成既定任务后，天舟一号会在今天受控离轨，陨落至太平洋预定安全海域。
文章由企鹅科学和科普中国联合推出
转载请注明来自“科普中国”
本文来自腾讯新闻客户端自媒体，不代表腾讯新闻的观点和立场
联系客服
