天舟七号再入大气层,3.5亿在空中烧毁,为何美国龙飞船能回收?

南柯归洵 2024-11-20 10:55:11

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【前言】

2024年11月17日,中国的天舟七号货运飞船完成了它最后的“使命”——受控再入大气层。

这个造价成本3.5亿元人民币的飞船,在高温中化为灰烬,少量残骸落入了南太平洋预定的安全海域。

然而美国SpaceX的“龙”飞船却能在任务完成后,通过精准的技术降落地球,被回收再利用。

为何中国的天舟系列选择一次性烧毁,而美国“龙”飞船却能做到重复使用?这是技术上的差距,还是战略上的不同考量?

天舟七号的使命与结局

天舟七号是中国自主研发的一款货运飞船,任务就是为中国空间站输送物资和补给推进剂。

然而当完成任务后,它并未选择像“龙”飞船那样安全着陆,而是进入大气层完成一次“壮丽的消失”。

2024年1月17日,天舟七号从中国文昌航天发射场升空,载着航天员的生活用品、实验设备以及空间站需要的推进剂。

经过严密的导航系统和自动对接技术,它成功与中国空间站完成交会对接。

任务期间,这艘飞船不仅完成了所有物资补给,还承担了对空间站轨道的调整任务,确保空间站能够在近地轨道上持续稳定运行。

在完成补给后,它被装满了空间站内的废弃物和垃圾,这些垃圾包括航天员的日常生活废物、试验废料以及不再使用的设备部件。

11月10日,天舟七号从空间站分离,进入独立飞行模式,接下来的几天里,天舟七号在地面控制的指挥下,逐步降低轨道高度,为最终的受控再入大气层做准备。

11月17日,这艘飞船在进入大气层的高温摩擦中剧烈燃烧,绝大部分器件化为灰烬,仅有少量残骸按照设计落入南太平洋的预定安全海域。

选择这样的方式结束天舟七号的生命,官方解释称是为了减少太空垃圾,随着人类航天活动的增加,地球轨道上堆积了越来越多的废弃卫星和航天器残骸。

这些“太空垃圾”如果不加以控制,将成为其他航天器的重大威胁,相比让天舟七号变成失控的轨道垃圾,受控再入大气层无疑是一种更安全、更经济的处理方式。

天舟七号的销毁不仅为新一批货运飞船腾出了对接口,还减少了潜在的太空安全隐患。

天舟七号的使命已然结束,接下来的天舟八号已经整装待发,而中国也在研发可重复使用的货运飞船。

与天舟七号的“壮丽消失”不同,美国SpaceX公司的“龙”飞船选择了一条截然不同的道路——重复使用。

“龙”飞船的回收再利用

“龙”飞船的研发始于美国对空间站货运的自主需求,在2011年之前,美国主要依赖俄罗斯的飞船为国际空间站提供物资补给。

随着两国关系的复杂化,美国开始扶持本土私营航天企业,鼓励其参与商业化运输。

正是在这一背景下,SpaceX凭借卓越的技术实力和创新能力,成功推出了“龙”飞船。

2012年,“龙”飞船首次飞行并与国际空间站成功对接,成为全球首个由私营企业运营并完成空间站补给任务的飞船。

此后SpaceX不断优化飞船设计,推出了更加先进的载人版和货运版。

如今这艘飞船不仅能安全地将物资送至轨道,还能通过降落伞和气垫安全返回地球,完成多次循环使用。

为了实现安全返回,“龙”飞船使用了耐高温材料,此外其降落系统也采用了降落伞与气垫结合的方式,确保飞船在海面或陆地上的平稳着陆。

为了安装降落设备和保护结构,“龙”飞船牺牲了一部分载重量,与天舟飞船7.4吨的有效载货量相比,“龙”飞船的货运能力仅为3.3吨,且这一数字还需要扣除航天员和返回设备的重量。

“龙”飞船的最大特色在于其商业化背景,作为一家私营企业,SpaceX的每项决策都需要考虑经济效益。

通过重复使用设计,“龙”飞船显著降低了发射成本,相比一次性使用的飞船,SpaceX每次任务后的维护与检修费用远低于重新制造一艘飞船的成本。

天舟飞船优先考虑运载能力与成本控制,以满足大批量、低频次的物资运输需求。

而“龙”飞船则以回收利用为目标,在载货量上有所牺牲,却能满足高价值、低重量货物的运输需求。

美国更倾向于在商业化航天中寻求突破,将研发成本分摊到市场服务中。

中国则秉持“量入为出”的原则,选择以稳定性和高效性为核心的技术路径,两者的方向虽然不同,但却都达到了资源利用的最大化。

尽管“龙”飞船已经在可回收技术上取得了重大突破,但其回收次数仍受到限制。

根据设计,“龙”飞船理论上可重复使用10次,但实际数据表明,其寿命通常在3-5次之间,而且每次任务后进行的检修和维护仍然是高成本环节。

在面对更高负荷任务或深空探索时,“龙”飞船的现有设计仍需进一步升级。

天舟系列货运飞船是中国载人航天“三步走”战略中的重要一环,任务核心是为中国空间站提供物资运输和推进剂补给。

这种明确的目标决定了其技术设计上优先考虑运载能力和经济性,而非复杂的可回收功能。

技术选择背后的考量

天舟飞船的运载能力在全球货运飞船中处于领先地位,达到7.4吨,与可回收飞船相比,天舟飞船不需要增加用于回收的复杂设备和耐高温材料,从而将更多的空间和重量留给货物。

天舟飞船的主要任务是单向货运,也就是从地球向空间站运输物资后携带空间站产生的废弃物进行处理。

这种设计简化了任务链条,不必考虑返回地球的额外需求,通过受控再入大气层的方式,将废弃物连同飞船一起销毁,不仅避免了太空垃圾的产生,还节省了地面处理垃圾的成本。

在一次性使用的设计下,天舟飞船的生产成本得以大幅降低,据估算,天舟系列单艘飞船的造价约为3.5亿元人民币,这一数字相较于“龙”飞船的15亿美元生产成本低得多。

在预算有限的情况下,中国选择了这种“以更低成本满足主要需求”的技术路径,既符合实际国情,也体现了“量入为出”的设计哲学。

相较于天舟系列的经济性导向,美国的“龙”飞船则将技术创新和长期经济效益作为核心目标。

SpaceX从一开始就瞄准了可回收技术,并通过多次技术试验和商业化运营,逐渐实现了技术与经济的平衡。

作为一家商业航天公司,SpaceX的目标不仅是完成任务,更是通过创新赢得市场。

可回收技术为其带来了多样化的商业机会,包括空间站货运服务、商业卫星发射和太空旅游。

与传统航天机构相比,这种市场导向的选择使得“龙”飞船的技术开发更具灵活性和适应性。

天舟和“龙”飞船的选择并非对立,而是两种航天技术路径的分化,在不同的需求下,各自的技术选择都体现了其特定的战略考量。

天舟系列的目标是高效完成基础物资运输任务,因此在设计上追求极致的运载能力和经济性。

而“龙”飞船则更多地承担高价值的货物运输和返回任务,其可回收设计主要服务于需要带回地球的物资。

天舟飞船的设计简洁而高效,而“龙”飞船则为了实现回收加入了更复杂的设备和材料。

尽管“龙”飞船实现了技术上的回收,但其使用寿命和实际回收次数受到限制,无法完全消除航天任务对环境的影响。

相较之下,天舟飞船通过受控销毁的方式,将环境影响控制在可预期范围内,同样体现了对资源优化和环境保护的重视。

结语

航天事业从来都不是单一技术的较量,而是多方位的权衡与选择,天舟七号的销毁是技术简化与任务经济性,而美国“龙”飞船的回收利用则体现了商业航天的创新精神。

两者虽然走着不同的道路,却都以更低的成本、更高的效率追求着同一个目标——推动人类对宇宙的探索。

无论是可重复使用货运飞船的研发,还是国际合作模式的深化,这些努力都将让人类的太空探索更加高效和广阔。

天舟七号的结束并不是终点,而是新的开始,我们期待未来的天舟系列飞船与其他新型航天器,能够在宇宙中书写更多属于人类的奇迹。

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END

参考资料

悲情政治新媒体在2024年11月16日《政知丨天舟为何“有去无回”?》的报道

光明网在2024年11月18日《天舟七号货运飞船已受控再入大气层》的报道

央广网在2017年7月6日《史上第一次!SpaceX成功回收可重复利用龙飞船》的报道

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南柯归洵

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