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还有重要任务未完成!天舟三号与空间站分离:为问天实验舱让路

据中国载人航天工程办公室消息,天舟三号货运飞船完成全部既定任务,已于7月17日10:59 与空间站分离,目前处于独立飞行模式。

等下周问天实验舱发射与空间站完成对接后,地面将控制天舟3号再入大气层,天舟三号货运飞船于2021年9月20日发射入轨,为空间站送去约6吨补给物资。

为何要那么久才离轨:因为它有件很重要的工作未完成

估计很多朋友都觉得这次天舟三号为何要那么久才重返大气层,上次天舟二号完成任务后是在2022年3月27日15時59分撤离空间站的,分离后还执行了一次2小时快速对接的演练(没有正式对接),于3月31日再入大气层,即使加上演练也只有4天不到的时间。

而这次天舟三号的时间似乎有点久了,从“文昌航天发射场周围10km禁止飞行”的公告来看,问天实验舱的发射时间指向是7月24日14:12-14:29,显然从7月17到24日至少还有一周!

而且据载人航天办公室宣布的离轨时间,还得问天实验舱完成对接后,并且时间还不固定,尽管问天实验舱也将采用快速对接方式,因为对接后还有太阳能电池展开等多项任务,因此天舟三号离轨至少也得8~10天后了!

为何那么久?原来是去当摄影师了

其实有朋友已经真相了!天舟三号还有一个非常重要的任务,观察问天实验舱整个对接过程,这将为以后的梦天实验舱对接提供参考,也将为后续的额外舱段提供技术资料,这个工作那是相当重要。

出处:空间栈与空间站

因为在天宫空间站上目前并没有一个第三者观察的角度,本来还可以用“自拍杆”机械臂,但对于问天舱的对接可能会使用机械臂,当然也可能用自身动力直接对接,为节省燃料与机械臂的使用考虑,目前最有可能的是使用机械臂直接对接,那么连“自拍杆”都没有了。

因此一个第三者上帝视角来观察整个对接将会非常重要。而另一个原因则是对接后的整个天宫空间站姿态,天宫空间站正向T字形迈进,这次的标准照将是天宫建设史上的一个里程碑,敬请期待,只需十天后就能出来了!

天舟三号要如何离轨?为什么不能像神舟飞船那样返回地球?

2021年9月18日发表在《中国科学技术科学》上的一篇论文,标题为:“空间站长期运行的在轨事件和运输访问的综合规划”中披露了载人飞船和货运飞船的价格,其中:

神舟载人飞船单艘成本8.5亿人民币,约合:1.264亿美元;
天舟飞船货运单艘成本3.5亿人民币,约合:5204万美元;

估计很多朋友都会倒吸一口凉气,原来载人航天真的是烧钱!尽管这还比国际上同类航天器便宜不少,但也太贵了,那么问题来了,神舟飞船返回了地面,天舟货运飞船也能返回地面吗?

首先给出答案,不能!就目前而言即使神舟飞船返回地面也不再投入使用,简单地说就是一次性的,神舟飞船之所以返回,那是因为要带航天员回家,要不然直接丢在轨道上了(可控离轨),目前也在发展可重复使用的航天器,比如我国新一代载人飞船。

而货运飞船则没有返回要求,所以就当前的设计连返回抗烧蚀设计都没有,因此它无法抵抗重返大气层时的高温,会在返回地球的过程中烧毁,仅有部分可能会坠落地面!但货运飞船也不便宜,因此也在考虑设计二次使用的问题,也许未来某一天会出现可以重复使用的货运飞船甚至空天飞机也不是没有可能的。

天舟三号:脱离前还得干活

其实在货运飞船减速离轨前还有一个常规动作,也就是将目前天宫空间站的轨道做一次调整,可能是调相,也可能是抬升轨道,因为货运飞船也有自己的发动机,也存放了不少燃料,如果不利用的话也将随着飞船坠入大气层白白浪费!

比如像国际空间站上俄罗斯的进步号货运飞船或者载人飞船返回地球时,都会用多余的燃料再抬升一下国际空间站的轨道,然后再脱离空间站返回地球或者再入大气层烧毁,相信我们也不会例外。

天舟三号:它带回了啥?

天舟三号都要坠毁了,它还能带回啥?其实各位不要理解错了,天舟三号货运飞船在天宫空空间站上就是超大号的垃圾桶,它未来的命运就是在大气层中烧毁,因此天宫中不需要的垃圾都可以丢在里面!

比如天舟四号送上轨道的大量物资的各种包装,还有航天员们每天饮食的食物包装和残渣,当然还有航天员们产生的个人卫生垃圾以及粪便,对于尿液来说,空间站内有一套完整的回收机构,但固形物粪便却无法处理,只能随着天舟三号让它们烧毁在大气层中。

要是哪位地球人有幸在南太平洋看到天宫重返大气层燃烧的的火焰,说不定这是有一坨粪便在大气层中燃烧的样子,听上去是不是很是恶心?不管你信不信,这是真的!

减速离轨:它将坠向哪里?

天舟三号的结构组成是货运飞船舱段与推进舱段已经电子设备舱,当然也有自己的太阳能电池,基本上它就是一艘完整的飞船,只是没有生命维持系统,不过货舱基本也有加压段,可以运输需要加压的货物,从理论上看,要是货运飞船的加压段里跑进去一只老鼠,估计它应该是可以活着到空间站的,不过装载如此仔细,连只蟑螂都混不进去,各位就别多想了。

天舟三号是装载了燃料和控制系统的,因此它可以可控坠落,比如天宫空间站的轨道倾角是42°左右,在这各差不多的南北纬度内都有可能是坠落地点,尽管掉落人口密集区的概率极低,而且大部分都是海洋,但仍然会避免出现这样的情况,因此基本上坠落点会定于南太平洋的尼莫点。

位于南太平洋中央48°52.6′S123°23.6′W之处的海面上,这里可能是全世界“最荒凉”的海域,因为最近的陆地也在2688千米外,而且这里也非航道,路经此处的除了偶尔经过的科考船或者渔船,绝大部分时候这里只有海水。

坠落此处无疑是最安全的!因此可控坠落就是让天舟四号的轨迹末端指向此处,由于这里范围极其广阔,因此对于中国航天人来说,那是十拿九稳的事情。

天舟三号会经历一个减速,然后轨道衰减,直到在100千米高度左右进入大气层,此后它会找高超音速激波的压缩加热下达到极高的温度,完全能没有抗烧蚀设计的结构会在这个高温中融化、蒸发,在天空中留下一道光芒,绝大部分的结构都消散在了大气层中,可能有少部分会坠落海面。

延伸阅读:“环保”离轨,我国还有更好的手段

2022年6月17日,天仪研究院官方微博发布了一条简短消息称“仪某星圆满完成离轨试验,再入大气层,从400km降至200km以下完全离轨耗时仅33天。

这就是各位可能都没听说过的离轨帆,简单地说就是卫星在近地轨道上寿命结束后打开离轨帆,“阻力”增加导致轨道快速衰减,本来要数年才能重返大气层,用离轨帆将缩短的一个月甚至更短。

这个原理是近地轨道上的稀薄大气分子,因为在近地轨道上仍然有大量的空气分子,它们仍然会阻碍航天器的高速运行,因此国际空间站和天宫空间站才需要时不时的抬升下轨道,就是为了对抗“空气阻力”,但为了更快的离轨,空气阻力就成了关键因素,因为离轨帆不需要动力,非常“环保”且低成本,因此这个技术成熟后近地轨道上未来将会空旷一些,至少不会在目前的基础上再增加报废的航天器。(完)

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