有人说东方红一号电量已尽,却依然在轨飞行几十年,它是如何运行的?

   2023-06-03 15:27:50 网络860
核心提示:2020年是中国第一颗人造卫星——东方红1号,进入太空50周年之际。它于1970年4月24日,由长征1号运载火箭发射升空顺利进入预定轨道,在当时是继美、苏、法、日之后,第五个能自主制造和发射人造卫星的国家,我国从此开启了“卫星时代”。

有人说东方红一号电量已尽,却依然在轨飞行几十年,它是如何运行的?

2020年是中国第一颗人造卫星——东方红1号,进入太空50周年之际。它于1970年4月24日,由长征1号运载火箭发射升空顺利进入预定轨道,在当时是继美、苏、法、日之后,第五个能自主制造和发射人造卫星的国家,我国从此开启了“卫星时代”。

为了纪念我国首颗人造卫星的成功发射,就将中国航天日定在了每年4月24日这一天。

《东方红》

“东方红1号”有一特别之处,它在上天不久后,播放了“响彻宇宙”的《东方红》乐曲。当时全中国人民都围守在收音机前,只为听到这一深入人心的旋律。

其实,并不是说在太空中直接响彻着我们可以听到的声音,因为宇宙是真空,没有介质,声音无法传播,而电磁波可以。由卫星发射电磁波,地面站接收到信号,再通过广播电台转播出去,普通的收音机就可以接收到这美妙的音乐啦。

东方红1号仍在运行

由于当时技术条件的局限性,东方红1号采用的是银锌电池,而非现在普遍使用的太阳能电池板。

这种传统的化学电池寿命很有限,所以这颗卫星的设计工作寿命仅为20天,但它实际在太空中工作了28天,才耗尽全部电量,终止发射信号,彻底与地面失去联系。虽然已过去50年,“东方红一号”却仍在轨道上飞行。

在那个卫星技术远远没有现在发达的年代,为什么这颗中国元老级卫星能持续飞行这么多年?

运行轨道

最重要的因素是“东方红1号”运行轨道的近地点约441千米。也就说,它离地球最近高度还是很高的,典型地处于卫星通用高度范围内。

“东方红1号”在这样的区域飞行,基本是不受任何外力影响的,即使有,也是非常微弱的阻力,不足以改变它的运动轨迹;这样的高度,受到的地球引力也会小很多,不容易把卫星拽回地面。这些都意味着卫星在这个高度可以有很长的轨道寿命,从而大大降低坠毁的可能性。

惯性

那么,如题中所问,电量已尽的“东方红1号”,没有了能量来源,也不能再接收地面的指挥控制,它是如何保持运行的呢?其实,“东方红1号”现在在轨道上运行,是无需要电池提供能量的。

卫星脱离火箭的时候,仍是高速运行的,并且太空没有空气阻力(即使有,也是微乎其微),它就可以依靠惯性一直维持高速运行。而卫星圆周运动的的离心力与受到的地球引力互相平衡,所以在没有空气阻力的理想情况下,就可以一直围绕地球运动。

球形外形

此外,“东方红1号”的整体造型对它的运行也是大有益处的。

上面提到,东方红1号携带的是银锌电池,而非面积巨大的长太阳能电池板,所以它能采用球形外观,这使得它的运行阻力比其他人造卫星小很多,运行的时间就更长了。

会一直运行下去吗

其实,太空并非是完全真空的理想状态,还是会有极其稀薄的空气存在。空气对卫星产生了阻力,于是卫星就有了能量损耗,速度就越来越慢,其轨道高度也会缓慢地逐渐下降。并且高度越低,大气密度增大、卫星动能耗损就越快,卫星下降速度自然变快,最终落入地球大气层。

不过,“东方红1号”所在轨道较高,从发射至今,其近地点高度也没有十分明显的下降。目前暂时无法准确预估多久之后会掉下来,有说几百年后的,也有上千年之说的,总之是离现在很远很远的事儿了。

要知道,同时代,其他国家首发的人造卫星都已坠毁,而“东方红一号”还可以运行如此之久,实在难以想象我国那一代科学家为了研制出“东方红一号”付出了多少努力。

“东方红一号”也与核弹、导弹一起,被誉为“两弹一星”,是我国 科技 强国战略的重要标志,值得每一个国人骄傲与自豪!

东方红一号当时采用的是银锌电池供电,其寿命为20天,而实际上东方红一号在工作28天后与地面就失去了联络。由于东方红一号的轨道在近地点约430千米的高轨上,它可以几乎不受阻力的靠惯性继续围绕地球飞行。

东方红一号,是中国第一颗上天的人造卫星,设计重量为173千克,主要任务就是确保上天,放送东方红乐曲,同时让地面上的群众能够看到该卫星,起到宣传和振奋精神的作用。

在1970年4月,该卫星被长征一号火箭顺利送入了预定的高轨中,卫星工作正常,成功实现了预想任务。人们可以通过广播同步收听到发送的东方红乐曲,在地面上也可以看到达到三等星亮度的东方红一号,极大的起到了提升国人自信心的目的。

东方红一号在工作28天后,化学电池电量耗尽,失去了工作能源。但靠惯性依然运行在近地点430千米左右,远地点2000千米左右的高轨道上,这么轻便的小型卫星,在高轨上不会受到阻力,会长期围绕地球飞行。

东方红一号首次亮相就完美执行了设计任务,成为中国航天发展的里程碑。随着我国航天技术的进一步发展,早晚有一天,我们会把它捕获带回地球,作为两弹一星的标志永远珍藏。

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作为我国发射的第一颗人造卫星,东方红一号按计划完成了使命,它向全世界播送了《东方红》这首乐曲。在发射28天之后,超期服役8天的东方红一号耗尽电力,与地面飞控中心彻底失去联系。

如今将近半个世纪的时间过去了,它仍然还默默地在轨道上绕着地球运行,并且每隔一段时间还会从祖国上空飞过。东方红一号早就没有动力了,它的持续飞行靠的是惯性。

东方红一号的轨道比载人航天的轨道高很多,它的轨道是一个近地点为430公里,远地点为2033公里的椭圆轨道。在这种轨道上,地球大气极其稀薄,东方红一号在此运行几乎不受阻力作用。因此,东方红一号只要依靠惯性就能环绕地球长时间运动。在2015年,正值东方红一号发射45周年,北京天文馆朱进馆长拍摄到它从北京上空飞过的画面:

但经过漫长的时间之后,太空中稀薄气体产生的阻力作用也会使东方红一号的轨道逐渐降低,最终导致它会再入大气层,坠毁地球。相比之下,轨道高度只有300公里的天宫一号在耗尽燃料后不久,就坠毁大气层,它在太空中只运行了不到7年的时间。

另外,有关东方红一号从我国上空飞过的时间和地点的信息可以去heavens-above网查询,这里有给出东方红一号的实时信息。

东方红一号卫星没有燃料,为什么还能飞整整47年?

1957年,苏联向太空发射了第一颗人造卫星斯普特尼克一号,开启了人类探索太空的新纪元,但斯普特尼克一号在轨道了飞行了92天后就坠入了大气层。1970年,中国自主研发的第一颗卫星东方红一号成功发射,它的设计寿命仅有二十天,但却在轨道上飞行了五十余年的时间,至今还没有掉落。

东方红一号之所以一直能在太空中漂浮,首先是因为东方红一号使用了推力更大的固体火箭,使东方红一号发射到了更高的轨道。而且东方红一号是独特的球形设计,在太空中所受到的阻力小,不仅如此东方红一号在设计时,去除了非常多不必要的零件,整体重量比较轻。

东方红一号使用推力更高的固体火箭发射,在更高的轨道运行。

为了提高东方红一号发射的成功率,中国采用了最新研发的固体火箭,它有着较大的推力,因此东方红一号被推到了更高的轨道,距离地球表面的距离更远,因此它受到地球的引力也就更小。所以说东方红一号才没有那么快的坠落,但随着时间的推移,东方红一号还是会一直向地球靠近,最终再次回到地球,但必然要经历一段漫长的时间。

东方红一号采用了特殊的球形设计,在太空中受到的阻力更小。

在外观上,东方红一号就是一个普通的球形,这样的设计虽然在一定程度上削弱了卫星的信号接收能力,但它在太空中受到的阻力将会更小。而且东方红一号的动力来源是银锌电池,不是常用的太阳能装置,太阳能装置会占用卫星大量的面积,也势必会增加卫星的重量以及卫星在太空中的阻力,所以用银梓电池做动力的东方红一号在太空中受到的阻力非常小,所以即使在没有动力的情况下,它也能一直漂浮于太空中。

东方红一号在设计时去除了许多不必要的条件,缩减了它的重量。

我国在第一次研发卫星时,最主要的目的就是将它顺利升入太空,所以在设计时仅设计了二十天的寿命,而且去除了许多不必要的零件,最大程度的降低东方红一号的重量,给东方红一号的发射和在太空中的运行都提供了良好的条件,而重量的缩减同样能够降低地球对它的引力以及东方红一号在太空中飞行的阻力,所以东方红一号至今仍在太空中。

东方红一号是我国发射的第一颗人造卫星,它是我们中国探索太空的开拓者,标志着我国航天事业的开端,也见证着我国航天事业的蒸蒸日上,虽然我国已经与东方红一号失去了联系,但它现在仍悬浮在太空之中,而且随着时间的推移,在地球引力的作用下,东方红一号会离地球表面越来越近,最终有可能再次回到地球。

尽管东方红 1 号没有燃料,但它已经在赛道上运行了这么多年,事实上,东方红没有由于阻力小,东方红1号会一点一点地减慢它的速度,轨道会越来越低,最终会落入地球大气层,变成灰烬。东方红 1 号实际上是在低空轨道上发射的。为了保持其工作能力,通信卫星都在地球静止轨道上发射,该轨道可以垂直于赤道并与地球同步。

由于地球引力的影响,东方红第 1 将慢慢接近地球,最后,在大气中,阻力越来越大,卫星损失也会越来越大,变成灰烬或碎片,落到地上,首先,我们需要了解卫星的寿命和运行时间是两回事。卫星的寿命是指其功能寿命。实现特定功能需要能量,而卫星通常携带太阳能电池板作为自身能量的来源。

然而,由于东方红色卫星不携带太阳能电池板,当能量耗尽时,它将失去功能。但事实上,卫星在轨道上运行不需要能量。这是因为卫星在地球周围的操作是由惯性维持的,也是因为离心力和地球的吸引力是相互平衡的,卫星将在没有空气阻力的情况下永远绕着地球移动,这就是为什么它可以在 47 年内日夜绕着地球旋转。

事实上,中国有这个想法,但目前还没有这个能力,因为东方红 1 号的飞行高度在 430 到 2075 公里之间,这已经超过了美国航天飞机所能达到的最高高度,即 960 公里。此外,回收卫星的风险很大。然而,东方红 1 号已经失败,地面不再能够控制其轨迹,因此无法准确捕捉,也很难在太空中完成回收工作。

关于东方红一号卫星没有燃料为什么还能飞整整47年的问题,今天就解释到这里。

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