在2024年1月17日,天舟七号货运飞船成功发射升空,将大量物资送上了中国空间站,从发射升空至今,天舟七号货运飞船已经在轨飞行超过9个月时间,创造了我国空间站货运飞行任务最长间隔纪录。
在2024年11月10日,天舟七号货运飞船已经从中国空间站组合体撤离,转入独立飞行的状态。随着天舟七号货运飞船的撤离,天舟八号货运飞船的发射可以说是进入了倒计时阶段。
按照计划,天舟七号货运飞船还会环绕地球飞行一段时间,随后择机受控再入大气层,然后在大气层中剧烈燃烧起来,绝大部分零部件都会在大气层中燃烧殆尽,只有少量残骸会落入南太平洋预定安全海域。
看到我们的货运飞船即将再入大气层烧毁,这是一次性的飞船,而美国的“龙”货运飞船却能够像载人飞船那样安全着陆,还能重复使用,可能有一些网友觉得我们技不如人。
如果仅仅从飞船是否能够回收的角度来看的话,美国的“龙”货运飞船确实是要比我们好一些。但是实际上,在很多方面我们都更胜一筹的,例如我们的天舟货运飞船是目前世界上运载能力最强的货运飞船。
天舟货运飞船有多强?
对于空间站来说,载人飞船、货运飞船同样重要,载人飞船主要负责将航天员送上空间站以及将航天员从空间站接回来,而货运飞船泽恩主要负责给空间站运输各种物资、科学载荷以及推进剂。可以说,如果没有货运飞船的话,空间站就不可能飞行几年、十几年甚至更长时间。
因为在近地轨道飞行时,空间站、飞船等航天器依旧会面临空气阻力,毕竟近地轨道并不是绝对的真空,依旧存在稀薄的空气。在空气阻力的作用下,空间站、飞船的飞行速度会逐渐下降,随着它们的飞行速度下降,飞行高度也会下降,遇到的空气阻力也会越来越大,这又会加快它们下降的速度,最终会坠落大气层烧毁。
以国际空间站为例,国际空间站的体积比较大,意味着“迎风面”相当大,受到的空气阻力是不能忽视的,在正常情况下,国际空间站每天下降幅度达到100米左右。
所以为了避免空间站、飞船过早坠落大气层烧毁,每隔一段时间,空间站就需要启动发动机来加速、提升轨道。同样的,我们的天宫空间站也没法避免这一个问题,我们的物资是通过天舟货运飞船进行补给的。
天舟货运飞船的长度达到10.6米,在太阳能帆板全部展开之后,整艘飞船的宽度可以达到14.9米。天舟货运飞船总重量达到13.5吨,之前的天舟货运飞船载货可以达到6.9吨。
从天舟六号货运飞船开始,新一批次的天舟货运飞船进行了大幅度的升级,载货量从6.9吨提高到了7.4吨,有效的装载容积从18.1立方米提升到22.5立方米,是目前世界上现役运货能力最强的货运飞船。
包括天舟五号货运飞船之前的几艘货运飞船运载能力其实就已经是世界上最强的货运飞船了,每年只需发射2艘天舟货运飞船就能给中国空间站提供支持,而进行升级后,现在货运飞船的发射频率从每年2艘调整为每2年3艘。这大大降低了空间站运营成本。
相比之下,美国、俄罗斯的货运飞船运载能力就小很多了。例如俄罗斯的进步号货运飞船总重量大约为7吨,有效载荷只有2.3吨左右而已,只有我们最新一批次天舟货运飞船的三分之一,每年需要发射6艘进步号货运飞船进行补给。
而美国的“龙”货运飞船的情况其实也差不多,也只有3吨左右的运载能力。在11月5日,美国发射了一艘“龙”货运飞船,将大约2.7吨物资送上国际空间站。
从运载能力这些参数来看,不管是俄罗斯的进步号货运飞船,还是美国的“龙”货运飞船,都比不上我们的天舟货运飞船,它们的运载能力连天舟货运飞船一半都不到。在这些方面,我们是领先他们的。
货运飞船能够回收当然也有好处,因为我们有时候需要从空间站把一些科学载荷或者其他的物资运回地球,如果用载人飞船返回舱运送的话,就会导致返回舱内比较拥挤,载人飞船返回舱内部空间不大,也没法装很多物品下行。而货运飞船能够回收的话,就能够带回很多物资。
不过,为了让货运飞船能够安全着陆,就要解决耐高温的问题。因为飞船重返地球的过程中会经受超过1000℃高温的灼烧,美国“龙”货运飞船为了闯过这么高的温度,就不得不使用大量的重量来安装耐高温材料。
例如需要给飞船安装耐高温的外壳、安装烧蚀材料、隔热材料,还要安装降落伞等。这就会导致货运飞船的运载能力大幅度下降。可以说,美国“龙”货运飞船相当于牺牲了载重能力来获得重复使用能力的。
为何要受控再入大气层
估计很多网友不理解,为什么我们要控制货运飞船再入大气层烧毁,而不是让它继续留在外太空飞行呢?原因其实很简单。
在外太空,各种航天器都需要有一个属于它的飞行轨道,自从人类进入航天时代以后,我们已经发射了成千上万的航天器到太空,有一些航天器已经失去了作用,早就已经坠落大气层烧毁了,有一些航天器则由于轨道高度太高或者其他的原因,现在即使已经报废了但是依旧在外太空飘荡。这些随处飘荡的报废卫星、探测器、火箭残骸就成为了太空垃圾。
对于其他的航天器来说,这些太空垃圾其实是潜在的威胁。因为各种航天器的飞行速度本身就很快,如果和这些太空垃圾发生碰撞可能就会将航天器摧毁,这又会产生大量太空垃圾。而我们目前又没办法去清理外太空中已经存在的太空垃圾,所以只能减少产生太空垃圾了。
现在的卫星、飞船、探测器或者其他的航天器在设计的时候就考虑到了这些问题,所以不会让它们报废后继续留在外太空,而是在完成任务后,留点推进剂,然后控制它们降低飞行速度、飞行高度,在合适的时间、合适的位置再入大气层。
由于它们再入大气层时速度相当快,而它们又没有经过特殊的处理,没法承受超过1000℃高温的灼烧。所以再入大气层的过程中,它们就会直接在大气层中燃烧殆尽化为灰烬了,只有少量耐高温的材料才会没法完全燃烧殆尽,不过一般也是掉入大海的,大家不需要担心。
虽然天舟货运飞船没法回收,但是我们也在研制可以重复使用的货运飞船。在神舟十九号载人飞行任务新闻发布会上,我们公布了低成本货运航天器的情况,其中包括昊龙货运航天飞机方案、轻舟货运飞船方案,到时候我们也会有可以重复使用的货运飞船。
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