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东方红一号还在轨运行,它为何“永不落”?

发布日期:2020-06-29  来源:
    原标题:东方红一号还在轨运行,失去动力50年,它为何“永不落”?

    “东方红,太阳升...”我相信你已经跟着唱出了下一句,没错,这首歌的旋律已经被刻在了我们的骨髓里。

    1970年4月24日长征1号火箭将我国的第一颗人造卫星发射升空,并且在外太空向全球人民传送了这首熟悉的旋律。

      东方红卫星的成功发射,使我国成为了当时全世界第五个(苏、美、法、日)具有发射人造卫星的能力的国家,那个时候全国人民真的是沸腾了!

    时至今日,距东方红一号卫星发射过去了50年。50年的时间对一个人来说就是大半辈子,听起来很漫长,但是对于航天事业这个庞大的系列工程来说并不长。

      你看,短短的50年时间,我们进行了神舟系列载人任务,使我国成为了第三个将航天员送上太空的国家。

      天宫系列实验舱的发射以及后来的神舟8号、9号、10号的配套任务,使我国成为了第三个具有航天器空间交会能力的国家,为以后建设中国自己的空间站具有里程碑的意义。

      嫦娥系列探月任务的发展与成功,为我国以后的载人登月,探索行星打下了坚实的技术基。因此接下来我国在探索宇宙方面就提出了建设空间站、天问系列太阳系行星探测计划等等。

      所以说我们在空间技术方面目前确实是处在国际领先水平,今天的成绩得益于老一辈航天人的努力,随着时间的推移,我们似乎已经忘记了当年的东方红一号。

    在很多人的心里,这颗卫星似乎已经坠毁,彻底烟消云散了,不过真实的情况是,这颗卫星目前还在地球的巨大椭圆轨道上运行,这是不是有点出乎意料。

      以前我们经常能听说,卫星达到服务年限,失去动力,不可控或者是人为控制其坠毁大气层,比较熟悉的就是我国在2011年发射的天宫一号实验船。

    设计在轨寿命为2年,但直到2016年才完成使命,可以说其远远超出了设计寿命,于2018年坠毁大气层,2016年发射的天宫二号实验船,在2019年受控坠毁。

      还有哈勃望远镜发射升空已经30年,目前NASA已经停止了对哈勃的维护,未来据估计哈勃将在2050年坠毁大气层。

      NASA的国际空间站已经运行20年,预计将在2028年退役,空间站能够一直在轨,完全是因为NASA会定期的为其修正轨道。

    那么失去动力长达50年的东方红一号,为何依然坚挺“永不落”呢?

      要了解这个问题,我们首先要知道人造卫星的轨道为什么在无动力的情况下会发生衰减?在我们印象中航天器所处的轨道基本都是数百公里以外的太空空间。

    那里几乎是空无一物,根据动量守恒,航天器应该可以一直保持自己的运动状态,不需要动力辅助。

    但实际上地球轨道上的航天器每时每刻都会和地球大气发生摩擦,导致速度衰减,进而导致轨道衰减,如果无人照管,总有一天所有的人造卫星都会坠入地球。

      一般我们会认为地球的大气终止于100公里的位置,这个位置被称为卡门线,这个位置也是航空和航天的分界线。

    在100公里以上的高度,那里的大气会变得稀薄,不能在为航空器提供升力,100以上就成为了航天的范畴。

    但是不能为航天器提供升力,但不代表没有大气,严格来说,地球的大气就没有一个确定的终止点,只会变得越来越稀薄。甚至高度可以达到10000公里,甚至可以逃逸到月球附近。

      人造卫星其实大部分集中在上图中的热成层,国际空间站平均在400公里附近,近地点和远地点差距不大,哈勃平均在568公里,近地点和远地点一样也差距不大。

    所说的热成层的大气已经异常稀薄了,能稀薄到平均两个大气分子相距一公里的距离,但是像空间站、哈勃这样的航天器体积要比分子大得多了。

      它们在绕地球飞行的时候,难免会与空气分子发生碰撞摩擦,这就是人造卫星轨道衰减的原因。东方红一号如此坚挺的原因,就要从它的轨道、以及卫星的大小和形状说起了。

    其实我国在发射第一颗人造卫星的时候,基础科学薄弱,东方红主要的目的其实并不是过多的进行地球科学考察,发射后的28天就失去了联系,成为了太空垃圾。

    而是当时我们就想把卫星送上去,目的就这么简单,如果是这样,那么就对卫星的轨道要求不是特别高了。

      所以东方红一号卫星的轨道异常的椭圆,近地点441千米、远地点2368千米,这样的轨道就使得卫星很长的时间所受的摩擦大大减小。

    其次就是卫星的直径只有1米,且呈球星,没有太阳能电池板,依靠自身携带的蓄电池工作,因此“迎风面”就小的多。

    所以这就造成了东方红一号卫星的轨道衰减非常缓慢,即使无人照管目前还能在天上运行。不过东方红的轨道也发生了衰减,根据观测目前的近地点高度为439千米。

      按照这样的衰减速度,估计还能运行数百年的时间,不过在未来这颗卫星肯定会在近地点进入地球大气层,燃烧殆尽。

    除了轨道时间长以外,这颗卫星在设计的时候还有两个特别的地方,这也体现当时发射卫星不纯粹是为了科学。

    首先是要“看得见”,也就是当时的设计人员要使得东方红一号成为肉眼可见的卫星,以方便让全世界的人看见中国的卫星升空了。

      设计人员为了达到这样的效果,将卫星设计成了由72面体组成的球体,每一面都能很好的反射太阳光,这样卫星在依靠自转保持自身的稳定性的同时,由于角度的变化,看起来就会一闪一闪的。

    还特意将卫星轨道的倾角改到了70度,这样只要地球上有人的地方,都能看到东方红卫星。

    不仅如此,设计人员天气不好的情况下可能有些地方的人看不到,毕竟卫星靠体积很小,靠反射太阳光只能达到6等星的亮度,因此特意还为火箭三级加装了观测“围裙”。

      火箭三级会伴飞卫星一段时间,在这段时间“围裙”展开,就是为了容易被人看到,没有其他的科学意义。

    其实就是“听得见”,这就是开头我们说的卫星升空以后,为全世界播送了《东方红》,当时世界上收音机的普及率还是挺高的,只有有收音机,基本上都可以接受到这首动听的旋律。

    “听得见”也没有啥科学意义,就是想让大家知道中国把卫星送上天了。也为蓄电池增加了不少的负担,所以这颗卫星发射后的28天就失去了联系。

      不过东方后卫星的成功却为后来中国航天的发展奠定了基础,提供了很多宝贵的经验,是中国航天史上的一座丰碑。

    经历了首次的卫星发射,我国也建成了集运载火箭、发射场、卫星本体和卫星携带科学仪器、地面观测网等一系列航天重要设施,攻克了很多技术难题。

    虽然这次任务相对于当时其他航天强国没有啥亮点,但是对我国的航天事业有不可估量的意义。不然,我们7月份怎么去火星呢?

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