中国的空间站,每天绕飞地球多少圈?

目前我国的空间站已经官宣,每天绕地球19圈,大约96分钟绕一圈,每秒的速度为7.8公里左右,也就是2.8~2.9万千米/小时,速度还是非常快的。

很多人并不清楚,为什么空间站要飞得这么快,这是因为大多数的空间站都在距离地球400公里左右的高空,这个高度还是有一些稀薄的空气,有空气就有摩擦,如果不保持一定的速度,是会被地球的引力捕捉,坠毁在大气层里的。

其实空间站都要以这个速度在轨飞行,因为这个速度是第一宇宙速度,达不到这个速度会被地球“吸”回来,而超过这个速度,就会进入外太空。

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01.高度超过150千米的飞行器,环绕地球的速度为7.8千米/秒

第一宇宙速度是7.9公里/秒,但是这个速度是在大气层中飞行的速度,可是航天器不可能长时间在大气层中飞行,因为大气层中的空气比较稠密,长时间飞行会被摩擦燃烧,因此必须在距离地面超过150千米以上的距离环绕飞行。

距离比较远的时候,引力比较小,速度小于v1,因此大多数空间站围绕地球飞行的速度都是7.8千米/秒。

02.我国的航天器在轨速度主要靠霍尔推力器维持

霍尔推力器又被认为是电推动器,不同于常见的火箭发动机,它不用燃料运行推动,而是用氙作为推进剂,通过电的作用产生推力,从而达到推动的作用。

霍尔推动器推力很大,它可以维持航天器在轨运行时的速度,像2009年欧航局发射的GOCE卫星探测器,地轨250公里的高度飞行了两年,只消耗了40公斤的氙,如果用普通燃料的话,肯定需要很大的量。

目前我国霍尔推力器已经是世界最尖端的了,对比世界先进的20千瓦推力器,功率都要大一些,未来我国还会制造100千瓦的霍尔推力器,让我国的航天事业走向更高的巅峰。

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中国的空间站,每天绕飞地球多少圈?

中国空间站的高度是400km,飞行速度约为7.8km/s。而地球的直径是12742km,空间站绕地球飞一圈大概要走42522km。

所以空间站绕地球飞行一圈需要的时间是:42522km÷7.8km/s=5451s。折算成小时大概是1.5h。也就是说空间站绕地球飞行一圈大约耗时1.5h,那么一天可以绕地球飞行16圈。

问题来了,中国的天宫空间站的高度为何是400km,300km不行吗?500km呢?

在距离地球100km处,人类人为地划定了一条分界线——卡门线。这条线清晰地界定了大气层和外太空的分界点,即距离地球100km以外的空间为外太空,而100km以内的空间则为大气层。

空间站的高度如果过低,由于空气比较稠密,会对空间站的飞行造成很大的阻力,为了保证一定的飞行速度,将会消耗更多的燃料。

而如果空间站的高度过大,首先会极大地增加空间站的发射成本,其次从空间站往返地球的成本和危险系数都会大大增加。

因此,科学家通过无数次演算得出:400km是空间站在轨飞行的最适合的高度。为了保证空间站一直处于400km高度的轨道飞行,空间站的飞行速度需要维持在7.8km/s。如果飞行速度高于7.8km/s,那么空间站将会偏离轨道往更高的方向飞行;如果低于7.8km/s,那么空间站将会往距离地球越近的方向飞行。

中国的天宫空间站虽然只是第三代空间站,并不像国际空间站是第四代空间站,但是天宫空间站却有有三大国际空间站所不具有的绝活。1、离子电推进发动机维持轨道。

这种发动机相当有特点:它几乎可以连续不间断地工作。它首先电离惰性气体,然后将其高速喷出,产生推力来抵抗空间站飞行所遭受的空气阻力,关键是这种方式所消耗的燃料极少,相比国际空间站,这将大大减少天宫的补给次数。

2、柔性太阳能电池板。

柔性太阳能电池板采用了目前最先进的材料——三结砷化镓,极大地提升了电能生产效率。再加上柔性设计使得电池板的空间更大,这进一步提升了产电效能。

等两个实验舱发射后,别看核心T结构总重只有60吨,理论上电能产出甚至能超过420吨的国际空间站。

3、机械臂。

天宫的机械臂拥有7个自由度,10米的长度让它能够在失重的环境中抓取超过25吨重的物体并自由移动。

未来的宇航员出仓作业中,它将会派上极大的用场。

因此,我国现阶段之所以建立天宫这样一个第三代空间站,一来是因为性价比较高,中国现有的神州载人飞船和天舟货运飞船足以保证3名中国宇航员长期在轨运行。二来,则是因为天宫空间站可以满足目前中国的绝大多数任务和研究目标。

天宫空间站的的设计其实是非常灵活的,同空间站一同运行的还有一个10多吨重的光学舱巡天望远镜,它的性能丝毫不逊色于哈勃太空望远镜,视场角更是哈勃望远镜的数百倍。

光学舱有备用接口,只要需要,就可以和天宫空间站进行对接,完成升级变成更大的空间站。

我国航天事业近来虽然取得了突破性进展,不过在西方过来的围追堵截下,我国依然还在追赶阶段。

但是中国空间站的成功建设,可以说是打开了一个全新的领域,毫无疑问将会极大拓展我们认知的边界。

所谓,大国有着大胸怀,人类命运共同体,不是说说而已,我们邀请世界各国参与空间站的科学研究合作,并最终选出17个国家的9个项目,也就是说,其他国家想在太空进行的科学研究,可以使用中国的天宫空间站。这种民族底蕴,我由心骄傲。

中国的空间站,每天绕飞地球多少圈?

北京时间2021年6月17日,我国航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱,开始了在空间站中为期三个月的太空生活,他们和空间站时时刻刻都在超高速围绕地球运行,那么你知道这个速度可以达到多大吗?一天又会围绕地球运行多少圈呢?

航天员进驻核心舱演示动画

我们知道,航天器飞行的的环绕速度是与航天器的飞行高度有关的,而我国的空间站天宫号则身处距离地面400公里的太空中。那么我们先了解第一个问题,要选择在这个高度飞行。

为何我国天宫号空间站选择400公里高的太空飞行

哪里才算太空?

我们可以粗略地认为地球大气层之内为非太空,此区域我们一般称为天空,地球大气层之外的,我们称之为太空,但地球大气层与太空之间并没有一个明显的界限,对此,国际航空联合会将100公里的高度定义为大气层和太空的界线,即“卡门线”,卡门线外为太空。

所以想要遨游太空,必须先要突破这个卡门线,但刚突破卡门线飞行的话也存在一些问题,因为即使在卡门线以外,依旧存在着稀薄的大气,航天器在飞行过程中会不断与这些稀薄的大气摩擦,导致航天器飞行速度逐渐变慢,结果就是航天器不停的慢慢往下掉。

从理论上来说,航天器飞得越高,飞行越不受影响,但实际操作过程中也会带来其它的问题,一个是飞行高度越高,那么航天发射的成本也就越高;另一方面就是高度过高,太空中存在大量粒子辐射,由于地球本身是存在磁场的,地球在地磁场的庇护下使得地球上的生物免受各种高能辐射粒子的作用,高度越高,磁场的作用越小,高能辐射粒子数量也越多航天器长期如果暴露在高能射线中,同样也会影响寿命,因此空间站选择的飞行高度也不宜过高。

所以综合各种因素考虑,400公里高度都足以满足。这也是为什么我国天宫空间站选择这个高度的原因,不仅是我国,国际空间站也大致处于这个飞行高度。

国际空间站

中国空间站一天环绕地球多少圈?

牛顿大炮

航天器之所以能够在太空中一直运动,主要是航天器在飞行过程中所受到的重力作为向心力,能够一直围绕地球运动。当然,这是最准确的理论解释,实际上我们还可以通过牛顿当年设想的牛顿大炮来理解。

假如在高山上架起一门大炮,当打出的炮弹速度很小,炮弹在往前飞的同时也会快速往下掉,炮弹便会落在离大炮不远的地方。

当增加打出炮弹的速度,炮弹的落地点也会逐渐变得更远,按照这个类比,当速度增加到一定程度,你就会发现,炮弹可以不停的围绕地球转动,不会落回地面,而这个速度为7.9公里/秒,也被称为“地球环绕速度”。

那么为什么这个速度的炮弹能一直保持这个高度呢?实际上炮弹在飞行时,也在不停地往“下”掉。

当炮弹速度为7.9公里/秒时,那么炮弹一秒钟会向前飞7.9公里,同时每秒钟也会向地平线“下落”4.9米,但由于地球是球形的,因此掉下来的4.9米刚好和地面的向“下”弯曲形成的“高度差”一样,所以看起来好像永远不会往下掉。这里的7.9公里/秒为贴近地面飞行的环绕速度。

空间站也是同样一个道理,只要我们在发射卫星时,给予卫星一个水平方向足够大的初速度,由于卫星在地球大气层之外,没有空气阻力的作用,卫星便能一直保持这个速度围绕地球运动而不掉下来。离地球越近,受到的引力越大,每秒向下“掉落”的高度也越大,因此运行速度也需要越高,空间站由于身处400公里的高空,根据万有引力公式,我们可以计算出这个速度大致为7.6KM/s。地球的直径有12742公里,加上轨道400公里,算起来绕地球一周是42521.88KM,除速度7.6KM/s,就是5451分钟,约93分钟,那么空间站一天便可以环绕地球15.4圈。

所以身处空间站的宇航员在24小时内,就可以看到大约15-16次日出和日落,可以想象,这种风景会是多么的独特。

中国的空间站,每天绕飞地球多少圈?

我们的第一批“住户”三位航天员:聂海胜、刘伯明、汤洪波,入住中国空间站已经有十天左右的时间,目前一切运行正常,三位航天员有条不紊的工作。

中国载人空间站整体名称及各舱段和货运飞船共5个名称,其中载人空间站命名为"天宫",核心舱命名为"天和",实验舱Ⅰ命名为"问天",实验舱Ⅱ命名为"梦天",货运飞船命名为"天舟",其代号分别为TG、TH、WT、XT、TZ。

中国空间站目前由“天和”核心舱、两个实验舱、载人飞船和货运飞船组成。分别是2021年4月29日和5月29日,我国先后成功发射空间站天和核心舱与天舟二号货运飞船,两者于5月30日实施交会对接,到6月17号神舟十二号飞船的到来,组成目前我国现役空间站。

预计在今后2022年的夏天之前,发射实验室模块“问天”、“梦天”,并结合完成对接工作。另外,预计在2024年左右发射宇宙望远镜模块“巡天”。到那时候,完成空间站的全部组装工作,届时我国空间站的质量约为90吨,我们的空间站设计有23个实验机柜位,实验能力远超规模更大(7个舱段)的国际空间站。

那么,中国的空间站,每天绕飞地球多少圈?

我们地球的赤道半径为6378.137公里,两极半径为6356.752公里,平均半径约为6371公里,而地球赤道周长大约是40076km,呈两极稍扁 ,赤道略鼓的不规则的椭圆球体。中国空间站在距离地表400公里的地方,也就是空间站围绕一个半径为6771公里远点做圆周运动。

需要特别指出的一点,中国空间站运动中一方面受到地球引力的作用,迫使它掉到地球上来;另一方面,由于它具有一定的速度,有克服地球引力的离心作用。这两种作用的效果迫使空间站环绕地球作椭圆飞行,这里关键在于速度。中国空间站能够在太空旋转,速度要大于等于7.8公里/秒,不然空间就会掉下来。这就是我们所说的宇宙第一速度,这样可以绕轨道飞行;第二宇宙速度是11.2千米/秒;第三宇宙速度是16.7千米/秒,这样可以飞出太阳系。

好了,中国空间站旋转的周长是:

C=2πr=2*6771*3.14=42521.88公里

中国空间站的最低运行速度是7.8公里/秒

H=C/S=42521.88/7.8/3600=1.51小时

那么,一天内中国空间站绕地球的圈数是

R=T/H=24/1.51=15.89圈

也就是说在空间站一天内可以看到大约十六次日升日落现象。

当然上面是我们理论计算出来的。目前,我国的空间站已经官宣,每天绕地球19圈,大约96分钟绕一圈。因此和我们计算出来的16圈存在误差。存在这个误差的可能,就是中国空间站的速度在宇宙第一速度7.8公里/秒和第二速度11.2公里/秒之间的都是合理范围,因此无需大惊小怪。

以上纯属个人观点,原创作品,谢谢阅读。

中国的空间站,每天绕飞地球多少圈?

目前中国空间站的近地点、远地点、倾角和绕飞周期分别是:375公里、385公里、41度和92分12秒,每天绕地球约为15.62圈(1440÷92.2)。

中国的空间站,每天绕飞地球多少圈?

我国神舟十三号载人飞船和航天员乘组已经于4月16日返回地球,结束了183天的在轨飞行时间,据来自《央视新闻》的报道,神舟十三号载人飞船和航天员乘组共绕飞地球2928圈,时至今日,我国航天员在轨时间相加已近一年,共在轨绕地球约5461圈。

那么这是个多远的距离呢?计算一下就能明白,航天员主要是在空间站中工作,那么就要先算一下我国空间站绕地球一圈的长度,如今我国空间站的运行高度为地表海拔以上394.5公里,而地球的平均半径为6371.4公里,那么我国空间站运行的圆形轨道的半径大致就是6766公里,由此可以计算出这个圆形轨道的长度为42511公里,也就是说其绕地球运行一周的长度为42511公里,比地球赤道的长度多了2500公里左右。

需要指出的是,我国空间站入轨之前的天宫一号,天宫二号和神舟五号飞船等载人飞行器的轨道高度略低,平均高度约330公里,不过每绕行一圈的差别不是很大,只短376公里,而且飞行的总圈数要比空间站少很多,只有1093圈,只少了约41万公里。

绕地球飞行一周的42511公里这么长的距离,空间站只需要约95分钟就能完成,以每秒飞行约7.5公里的速度绕地球运行15~16周,所以空间站上的航天员每天可以看到15或16次日出日落。

从2003年杨利伟搭乘神舟五号载人飞船上天以来,我国已有13位航天员出征太空,他们分别是杨利伟、费俊龙、聂海胜、翟志刚、刘伯明、景海鹏、刘旺、刘洋、张晓光、王亚平、陈东、汤洪波、叶光富,这些航天员在轨时长已接近一年,绕地球飞行5461圈,42511×5461=232,152,571公里,约2.32亿公里,这就是我国航天员在轨飞行的长度了。

这是一个相当长的距离,地球到太阳的平均距离为1.49亿公里(一个天文单位),我国航天员的在轨飞行长度是它的1.56倍,比它过多了8300万公里,太阳光从太阳表面出发照射到地球上需要约8分钟的时间,光速为每秒约30万公里,我国航天员的在轨飞行长度以光的速度飞行也需要774秒,近13分钟了。

这么长的飞行距离大部分是在这两年完成的,也就是在这国空间站入轨之后,因为能在里面长期驻守了。目前我国航天员中在轨飞行距离最长的是翟志刚,王亚平,叶光富三名航天员,他们随神舟十三号上天进入空间站后驻守了183天,超过了我国其他航天员在轨驻守时长的总和,前面说了这三人在轨绕地球2928圈,也占到了总圈数5461圈的一半以上,在轨飞行距离长达1.245亿公里。

不过它们在轨飞行的时长和距离今后肯定是要被其他航天员打破的,因为目前我国载人航天其实还处于起步阶段,今年我国还将发射神舟十四号和神舟十五号载人飞船乘组,其中神舟十四号飞船乘组在轨时间很可能要超过半年,而我国空间站也将在这两个飞船乘组的在轨状态下完成组装,将空间站的基本“T”字构形打造完毕,之后我国空间站将进入至少为期10年的正常运行期,而且空间站舱段也很可能会再次扩建,因为有的计划中终极版的构造是要比基本型大上一倍的。

“T”字构型版空间站

扩展版构型空间站

参考资料:

《央视新闻》客户端4月17日文章《你知道吗?中国航天员已绕地球5461圈!》

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