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不能返回降落吗?天舟二号坠入南太平洋:为何要控制坠入尼莫点?

2022-04-02  |  星辰大海路上的种花家 原创 收藏(0)  | 

中国载人航天官方公众号于3月31日发布报道,天舟二号货运飞船已于北京时间3月31日18时40分受控再入大气层。飞船绝大部分器件被烧蚀销毁,少量残骸落入南太平洋预定安全海域。

天舟二号:货运飞船的新高度

天舟二号飞船的发射一波三折,第一次准备在2021年5月19日火箭燃料加注后的20日凌晨1时许发射,结果因为技术原因推迟,再次定于21日发射,但也因故推迟,最后终于在2021年5月29日20时55分,长征七号遥三运载火箭在文昌航天发射场点火升空,搭载天舟二号货运飞船飞向天宫空间站。

5月30日5时01分与天和核心舱完成首次自主快速交会对接,也就是说发射后不到10小时候就直接与天宫直接对接,这是天和号核心舱的首次对接任务,自主快速对接,省时省事。为空间站送去了航天员生活物资、舱外航天服及空间站平台设备、应用载荷和推进剂等。

之后一直到3月27日分离前,总共与天宫空间站进行了3次快速对接演练,并且在2022年3月27日与空间站分离后还进行了一次快速对接演练(仅进位,未对接)。

天舟二号货运飞船

天舟二号是我国的第二艘货运飞船,采用的是两舱型结构,前端是货物舱,后端是推进舱,以下是它的基本参数:

总长10.6米;

最大直径3.35米;

最大起飞重量13.5吨,物资上行能力达6.9吨,载货比0.51;

在轨寿命不小于1年;

供电能力不小于2700瓦;

另外天舟二号飞船还具备全相位自主交会对接能力,并且可以完成多次推进剂在轨补加,在中国航天科技集团的官网上贴出的资料,还有如下这些优势:载货比超过50%,全球领先;在轨时间可达10个月以上,比国际空间站常规的半年要高;自主快速交会对接,智能省时等等。

天舟二号:为何要控制坠入南太平洋?

2022年3月27日15时59分,天舟二号货运飞船撤离空间站核心舱组合体,2022年3月31日18时40分,天舟二号货运飞船受控再入大气层。飞船绝大部分器件被烧蚀销毁,少量残骸落入南太平洋预定安全海域。

南太平洋也被成为是航天器的坟场,大部分受控坠落的航天器最终的归宿,为什么要选择在这里坠毁,这有两个原因:

1、空间站的轨道倾角为41.58°,会经过南北纬41.58°以内的所有区域,这些区域基本包括了地球上人口最密集的城市以及工业区,尽管飞船坠落到市区或者工业区的可能性极低,但只要存在可能性就应该尽量排除,因为天舟二号货运飞船的结构比较大,会有残骸落向地面。

而在天舟二号脱离空间站时仍然具有少量燃料,可以控制飞船减速,姿态调控等,因为只是控制其准确坠毁,其轨道可以是弹道模式,无需考虑过载等问题,因此这比载人飞船返回地球控制要简单多了。

2、南太平洋拥有地球上最宽阔的“无人区”,其“中心”是一个被称为“尼莫点”的位置,距离任何一片大陆都超过2600千米以上,简单的说只要概略“瞄准”下,就能让其坠落于尼莫点,当然这里撞到人的概率几乎就是零,就算有船舶经过也会提前收到警告信息。

因此尼莫点也就成了全球航天器的坟场,只要是受控坠落的,尼莫点是最佳选择,当然所谓的航天器坠落的尼莫点其实是泛指,大致坠落南太平洋就会被称为坠落尼莫点,毕竟本来就是奔着它去的,失准了也不能怪我啊,没伤着人就行。

天舟二号:为何不能返回在降落

这艘陪伴了天宫空间站将近十个月的货运飞船坠入大气层被彻底烧毁,大家都觉得非常可惜,同样都是飞船,载人飞船能返回,货运飞船为什么就不能返回呢?

载人飞船和货运飞船到底有什么区别?

货运飞船和载人飞船在结构分段上是一样的,都是飞船+动力舱段结构,货运飞船装的是货物,载人飞船装的是人,而后方的动力舱段则是变轨与对接时使用的,当然脱离轨道时候也要用。

货车也能坐人,只是不符合安全要求,但应急下还是可以的!但货运飞船却不行,因为从地面飞向太重,飞船会经历超重到失重,从大气层到高真空,因此首先就有抗过载以及振动的座椅与抗荷服,还有卫生系统,而货运飞船只有加压货舱,其他都不具备,因此坐货运飞船去空间站,估计都坚持不了半小时就得挂了。

另一个关键则是载人飞船因为要返回地面,它需要安全穿越大气层,因此在飞船表面会有抗烧蚀结构,我国和俄罗斯用的飞船结构是钟形,而NASA用的则是圆锥形,SpaceX的龙飞船则介于两者之间。

SpaceX的龙飞船

左侧为阿波罗飞船,右侧为猎户座飞船

尽管这些形状不同,但它们都有一个共同的特征,在大气层中这是一个自稳定结构,也就是说在重心符合要求的条件下,这个结构在大气层中是会大底朝前的,飞船的底部有防热大底,可以在高超音速气流中燃烧、蒸发带走大量的热,但保证飞船内部温度在人体适应的温度范围。

当然还有一个最关键的指数是其下降轨道的曲线,载人飞船需要保持在1.5°~1.7°左右,这个角度飞船重要,小了脱离着陆点很远,如果大了过载可能导致宇航员昏迷,甚至速度过大防热大底无法承受,飞船在黑障阶段烧毁。

而货运飞船则没有那么多保护,首先根本就没有所谓的大气层内自稳定设计,也么有防热大底,它就一个圆柱体,考虑最大载货量,用完后也载入返回,而是直接在大气层中烧毁,当然最关键的问题是,与其投入抗住载入返回的防热设计,不如再造一艘货运飞船。

当然到也许在未来航天技术更成熟后会如此考虑,比如SpaceX就已经开始使用回收的载人飞船再次使用,但他们仍然没有考虑货运飞船回收再使用,因为如果让其安全并且低成本的穿过大气层真是一个绕不开的难题。


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