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通过动力维持轨道高度

2019-04-20 14:07 来源:未知

问题:天宫一号已经退役,为什么不让它飞往太空深处,而是坠毁地球?

回答:

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据中国载人航天工程官方网站4月1日发布最新消息,2018年4月1日8时天宫一号运行在平均高度约167.6公里的轨道上,初步预计天宫一号将在北京时间2018年4月2日再入大气层,然后极速坠毁。

天宫一号是我国第一个目标飞行器,于2011年9月29日发射升空,先后与神舟飞船进行6次交会对接,在全面完成任务后于2016年3月16日起正式终止数据服务,进入轨道衰减期。

我们知道,不论卫星还是其他,当发射升空后达到第一宇宙速度即可围绕地球飞行,几乎不需要动力。但实际上,在离地球200到400公里的太空仅是空气稀薄,并非完全真空,天宫一号长时间飞行会受到微阻力,高度缓慢下降,所以就需要偶尔点火发动机,通过动力维持轨道高度。

天宫一号约八吨重,是我国第一个验证飞行器,验证相关技术,为天宫二号做准备,它不具备在轨加注燃料的功能,当初发生升空时携带的燃料也是有限的,所以当燃料耗尽后就再无能力维持轨道高度,更没有动力推向外太空。当天宫一号的轨道下降到200公里后,大气开始浓密,阻力大增,这时的天宫一号会断崖式下降,极速坠毁。

回答:

天宫一号是我国2011年9月29日发射升空的第一个目标飞行器(实验性空间站),标志着我国载人航天迎来第二阶段的最大进展“突破航天员出舱活动技术,空间飞行器的交会对接技术”。自2011年11月9号开始,天宫一号先后与神舟八号、神舟九号和神舟十号成功进行了交会对接,验证了我国载人航天的一系列关键技术。天宫一号原定仅两年的寿命,但是一直超期服役到2016年3月底才宣布中断数据链接,可以说是一次非常成功的宇航任务了。

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那么退役后的天宫一号为什么要坠落回地球,而不是飞往太空深处呢?我们知道,任何航天飞行器都遵循万有引力定律,当达到第一宇宙速度后,无需再施加动力也会继续围绕地球旋转而不用担心它会掉下来。但是这仅仅是理想情况,实际中地球周围被大气层包围,虽然大多数卫星运行的轨道空气都很稀薄,但是仍然会有空气分子与卫星碰撞,导致卫星缓慢减速,所以大多数的卫星都会携带燃料,当速度降低到不足以维持轨道的情况下就会打开发动机加速,从而回到原来的轨道。

像天宫一号还有国际空间站这类载人飞行器,轨道一般都在200-300km,属于近地轨道,越靠近地球空气密度越大,所受到的减速效应也越大,所以载人飞行器要消耗大量的燃料来维持高度。天宫一号超期服役这么久,携带的燃料都消耗的差不多了,所以现在只能慢慢下降高度,高度越低阻力越大,最终只有坠落回地球一条途径。同理,没有燃料了也就不可能推高轨道飞向深空了(像天宫这种重达十几吨的大家伙要想飞向高空可不容易,要想到达36000km的同步轨道,需要像胖5这样的大家伙才能把它送上去,发射天宫上天的长二捆可没这么大本事,凭借自身携带的燃料能维持高度就不错了)。

回答:

天宫一号是一个目标飞行器,它最主要的任务是为中国载人航天的神舟飞船,提供空间交会对接的目标。

我们知道,杨利伟在2003年实现了飞天的目标,他是2003年10月15日9时在发射的,但10月16日6时23分返回地球,在太空中的时间还不到24小时。如果要实现更长时间在太空中的居留,就必须建设一个更庞大的太空设施,提供基本的生命保障,人才能在太空里面生存,这就是空间站。

但建设空间站不是一次就可以建成的,需要用火箭分好多次把各个舱段送入太空,然后在太空中完成组装。就像搭积木一样那一段一段地组装起来,要把每次任务送入太空的舱段组装成一个航天器,就需要突破航天器之间的交会对接技术,交会就是两个航天器在太空中完成轨道重合,相互靠近。对接就是把它们用机械结构组装在一起,形成一个整体。

交会对接技术是建设空间站的一个关键阶段。天宫一号就承担了提供交会对接目标的目标飞行器功能。先后有三艘神舟飞船与天宫一号进行交会对接错。

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图:天宫一号没有多余燃料飞往深空

突破了交会对接技术之后,下一步是建设一个小型的居住设施,提供人在太空的短期居留,这个基础设施就是天宫二号空间实验室,空间更宽敞,生命保障物资更丰富,允许在太空中生活更长的时间。

再下一步是建设一个更长久的太空居住设施——空间站。我们国家将在2022年左右,建成空间站。

天宫一号的现在的使命完成,而且已经超期服役。所以它的最终归宿只能是进入大气层坠毁,而不可能飞往太空深处。因为如果要飞往深空的话,就需要让它点火燃烧,产生推力,提供一个加速度,让它的轨道不再绕地球转,而是脱离地球的引力,才能飞往深空。但是,深空探测器需要进行专门设计,需要携带更多的燃料。但燃料多了之后,就会减少搭载货物重量,影响我们完成空间交会对接的主任务的实现。

所以,天宫一号目标飞行器返回地球是它必然的归宿,不可能飞到深空,因为它本来就不是深空探测器,设计的时候就不是。

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图:嫦娥一号,为了飞往月球,探测器的结构、功能都与天宫一号非常不同

回答:

天宫一号是我国首个目标飞行器和空间实验室,它于2011年发射,目前已退役。

想让退役飞行器发挥余热的愿望是好的,但也得考虑现实。

现实是飞行器不是光在天上飞就好了,还得起作用。

飞机在天上飞,它的作用是把人员和货物从一个地方快速运到另一个地方;通讯卫星在天上飞,它的作用是接收信息并传递到目的地。既然有目的地就不能乱飞,好比快递小哥要是把张三的午饭送到了李四家,那是要被投诉的。

要想不乱飞就得有动力,动力来自燃料。没有燃料的飞行器,有点像停在马路当中没油的汽车,也容易对别的飞行器造成威胁。

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一不小心出了“车祸”的卫星,图片来自ESA

这种情况下要是有人说:嘿,没燃料了为啥不让车开到更远的地方去?

即使是老司机恐怕也会无语吧,都没燃料了你还要怎么开啊?

地面上的车需要动力这事大家都知道,其实太空中飞行器也需要动力的,尤其是想让它远离地球飞向太空深处,不然地球引力不答应的。

要是没动力都能飞向宇宙深处,那也不用费事建火箭发射场了,大家去操场上随便跳一下,不就能上天了?

汽车动不了了得派拖车去,太空中飞行器就不需要这样了,因为它可以自己掉下来,也就是新闻里说的“坠落”。

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天宫一号的重量是八吨多,美国和前苏联从太空坠落的飞行器有一堆,很多都比天空一号的重量要大。图片来源ESA。

太空说起来其实并不空,也是有一些物质的,虽然很稀薄,但是因为飞行器的速度很快,所以稀薄的物质也能造成一定的阻力。

这有点像平时我们基本感受不到空气的存在,直接管人家叫“空”气,但是空气一旦有了很大的速度,也就是刮起大风来,有些体重轻的童鞋都要跑去抱电线杆子了。

越靠近地面,物质的密度越大,飞行器受到的阻碍也变强了,所以飞行器要想一直飞,就得在轨道下降时,用自带的动力升高轨道,不然就会越来越低,直到坠落回地面。

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天宫一号的轨道高度变化图,每条竖直虚线对应一次高度抬升。图片来自www.aerospace.org

这个坠落的的过程受很多因素的影响,所以什么时候会掉在哪里,不是那么容易确定的。

比方说,地球外面并没有一个玻璃罩子,所以地球大气是弥散到太空中的,这种弥散除了大气成分、地球引力的影响,还得看太阳的心情。

当太阳心情不太好时,比如发生太阳耀斑时,地球大气的外层会因为接收到来自耀斑辐射的能量而膨胀,近地轨道的飞行器会受到更大的阻碍。

有点像体育场跑道上突然淹了一尺深的水,运动员在里面跑,然后让你估计他跑步的速度,这是不是就挺复杂了。飞行器坠落的计算要更复杂,当然复杂归复杂,我们仍然可以计算。

目前按照中国载人航天工程办公室的预测,天宫一号将于北京时间2018年4月2日再入大气层。

感兴趣的朋友可以关注一下官网www.cmse.gov.cn的消息,或者去ESA、Aerospace、SATVIEW、SATFLARE等网站看看,有的做了动画表示天空一号的实时位置。

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图片来自中国载人航天工程办公室网站


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回答:

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天宫一号高10.4米、直径3.35米,重8.5吨,于2011年9月29日在酒泉卫星发射中心,由长征二号FT1火箭发射升空。天宫一号设计在轨寿命是两年。

天宫一号的主要任务是:1.作为交会对接的目标,与神舟八号配合完成空间交会对接飞行试验,保障航天员的生活和工作的顺利进行。2.开展空间环境和空间物理探测、空间科学实验、航天医学实验和空间站技术实验。3.初步建立短期载人、长期无人独立可靠运行的空间实验平台,为建造空间站积累经验。

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天宫一号经过超期服役,直到2016年3月16日,才正式结束使命。今年于北京时间4月2日上午8时15分,飞行器在进入大气层时大部分烧毁,其余碎片落在南太平洋中部。

之所以没有让天宫一号继续服役,或者飞向更远处的空间,主要原因是:

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1.天宫一号已经圆满完成任务并超期服役,其中的设备元器件容易出现故障,维护成本太高。

2.天宫一号携带的燃料不能继续保持轨道运行,更不要说飞离地球到外太空。

3.天宫一号的设计不适宜对外太空的探测和利用。

4.无论是从经济上,还是从太空安全上来说,让天宫一号坠落是最好的处理方式。

回答:

原因很简单,因为它根本飞不去太空深处,别说它在超期服役期间功能失效,根本无法启动发动机。即使它功能没失效,也有剩余燃料,也根本去不了太空深处。大家不要认为航天器在太空飞行很自由,可以随便到别的轨道或干脆飞出地球、飞出太阳系。航天器在太空飞行各有各的轨道,都严格遵循着万有引力定律,这和我们在地面不能一跳就能上天一个道理。大多航天器的初始轨道和工作轨道在发射前都已确定,然后根据航天器的轨道、质量和任务的不同来选择不同的运载火箭。当然航天器自身也携带有限的燃料,主要为轨道衰减时抬高轨道以及随时调整航天器姿态时提供动力,携带燃料的多少直接决定了航天器的寿命。拿天宫一号来说,重8.6吨,轨道高度373公里,到今天为止,我国只有长征二号F系列、长征三号乙、长征七号、长征五号这几款运载火箭能够运送天宫一号,而当时只有长二F和长三乙两种,但长三乙主要用于地球同步轨道(36000公里的高轨)的发射。
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所以我们国家最终选择了可靠性达0.98的长征二号FT1,这款火箭的原始型也用于发射神舟载人飞船,安全性可见一斑。它的近地运力稍大于8.6吨,也就是说它只能把天宫一号送到近地轨道,没有能力也没必要把天宫一号直接送到高轨或挣脱地球引力、使天宫一号速度直接达到第二宇宙速度(11.2公里/秒),那只有长七和长五才有这个能力,但任务不需要到高轨。当然也可以用天宫一号自身带的燃料抬高轨道,但前提是首先保证任务完成,即在轨验证交会对接技术和保障建立短期有人照料、长期无人独立可靠运行的空间实验平台的任务。你总不能一发射上去什么也不干,直接消耗自身全部燃料提高速度飞向太空深处,问题是即使如此这点燃料也不足以使天宫一号达到克服地球引力的11.2公里/秒,只有大于这个速度才能奔向太空深处,否则你哪儿也去不了,近地轨道近地轨道,就是离地球很近,受地球引力影响很大,8.6吨的物体从7.9公里/秒的第一宇宙速度达到11.2公里/秒需要大量的燃料。更何况在天宫一号寿命末期更没有这个能力,另一方面又不能继续待在原轨道,因为这也需要轨道维持,所以说天宫一号只能坠落,而不能飞向太空深处。

www.pj7777.com 13澳门新葡亰游戏,月球探测器“嫦娥二号”之所以能够在任务完成后,飞往太空深处,是因为月球引力低,嫦娥二号远离地球,只受月球引力,只需很少燃料就可脱离月球引力飞向太空深处。

回答:

谢谢邀请,天宫一号是我国发射的第一个目标飞行器,对于我国将来建设太空空间站具有重要的历史意义。天宫一号的运行轨道距离地面的高度大约为370千米,而包围我们地球的大气层厚度大约为1000千米以上,所以370千米的轨道高度,大概位于地球大气层的热层,这里经常发生极光和流星等天象。www.pj7777.com 14

澳门新葡亰平台,既然天宫一号轨道高度位于大气层的热层,那么在飞行过程中就会收到大气阻力,因此就需要通过额外的能力,补充调节轨道,不然就会由于速度下降,被地球引力吸引下坠,但是航天器携带的燃料,根本不可能推进天宫一号,摆脱地球引力,飞向外太空。所以,在天宫一号完成使命后,受控坠向指定海域。www.pj7777.com 15

回答:

那就要问题主了,为什么要让天宫一号飞往太空深处呢?这么做有什么意义呢?

天宫一号的设计初衷并不是什么深空探测器,要让它飞往太空深处是不可能的,而且这么做也没有意义。于2011年发射的天宫一号是我国建造自己的长久性空间站的第一步,它的主要目标是实现飞船与空间站的交会对接任务。在2011年,无人飞船神舟八号与天宫一号成功实现了多方向的对接任务。载人飞船神舟九号在第二年与天宫一号成功实现对接,三名宇航员首次进入这个空间站中。到了2013年,载人飞船神舟十号再一次成功与天宫一号对接,又有三名宇航员进入这个空间站中。天宫一号是一个简单的空间实验室,宇航员在其中可以进行一些太空实验。在发射后的两年里,这个空间站已经圆满地完成了预定任务。

天宫一号距离地球表面大约300多公里,虽然我们把那里称作太空,但那里其实还是地球大气层的范围,因为地球大气的厚度可达1000公里。由于稀薄大气的存在,天宫一号在轨运行时就会受到阻力作用,如果它想要维持在轨道上,需要定期给它提供动力。

随着燃料的耗尽,天宫一号没有动力来维持在原先的轨道上,所以它的轨道将会越来越低,越来越靠近地球。随着天宫一号逐渐接近地球,大气越来越厚,它受到的阻力也越来越大,所以它会加速落向地球。最终,在今年的4月2日,这个空间站坠入地球大气层,落到了被称作航天器坟场的区域——位于南太平洋的一片海域。

回答:

天宫一号是目标飞行器,什么是目标飞行器呢,顾名思义,就是它有着明确的目标,生来就是为了试验交会对接任务,掌握生产制造、数据测量、交会对接轨道控制等重要关键性技术,为以后建造空间站积累技术经验。

而如今,天宫一号已经圆满的完成了它的任务,所以,坠毁地球是最完美的选择。

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飞向太空深处,那需要得是深空探测器,而深空探测器在最初的设计上就不同于近地轨道航天器,深空探测器携带燃料多,尽可能的减轻其它自重,只带有科学仪器,而且,还需借助于星体的引力弹弓效应为航天器加速,使之冲向太阳系外围,当初的旅行者一号就是经由两次星体引力加速,才达到了能够飞出太阳系的速度。

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所以,深空探测器与近地轨道航天器,无论是在最初的设计上,还是发射时间、发射窗口的选择,还是之后运转轨道的选择都是不同的。另外,天宫一号根本没有足够的燃料来让它有足够的速度冲出地球。

为什么航天器在飞行时那么的麻烦?

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还不是为了节省燃料吗?关键的原因还是推力不足,如果推力足够大,就像科幻电影中那样,当然就可以省去这么多麻烦的细节,直接确定终点站,然后用肉眼导航即可。

回答:

其实答案问题中已经说了,天宫一号已经退役,既然退役了为何有要让他飞往太空深处呢?直接让它自生自灭岂不更好?

www.pj7777.com,可能有人会说让天宫一号飞往太空深处或许能代表人类传递人类文明,类似美国发射的旅行者飞船。

这种想法太美好了,但不太现实,因为不管任何人类飞行器,它的目标和任务一开始就被设计好了,不可能发射到太空再对它升级!

参照宇宙第二宇宙速度和第三宇宙速度,如果天宫一号想飞出地球和太阳系,必须达到第二个第三宇宙速度,如此这样就需要额外的动力让其加速,在环地轨道让天宫一号加速难度可想而知,理论上可行,实际操作难度太大!

而基本上所有的人类发射的绕地飞行器在服役结束时都会“自生自灭”,虽然飞行器在外太空几乎不受任何阻力,但在自然条件下速度也会越来越慢,最后速度不足以环绕地球运行,坠毁到地球上,一般都是到大海里的比较多!

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