中国第一颗人造卫星东方红一号为什么没有坠入地球大气层?
1970年4月24日,中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”在卫星发射中心取得成功发射升空,意味着我们华夏儿女千百年来的航天梦终于从“嫦娥奔月”和“万户飞天”传说变成了现实。而东方红一号的起飞,并且也令我们国家的航天工程进入了一个新的里程碑式,变成了苏、美、法、今后全世界第五个独立自主研发而且成功发射了人造卫星的大国。
听上去,东方红一号的设计工作使用寿命仅有20天。但自从1970年成功发射后,东方红一号早已在太空运营了50年,而且把长期运行下来。那为什么早已没有了然料(充电电池)的东方红一号通讯卫星还可以一直围着地球上运作呢?
我们也应该搞人造卫星!
二战结束后,美苏争霸局势不容乐观,两国在全领域展开立即交战。在1957年10月,前苏联成功发射了全球第一架人造卫星“斯普特尼克1号”,通讯卫星孔径58cm、品质83.6kg,令世界各地把目光看准外太空。但在第二年(1958年1月),国外不甘人下,用“朱诺一号”火箭发动机将“冒险者一号”也顺利送上外太空。但是通讯卫星仅有8.2kg,所以被前苏联吐槽“发送了一颗红心柚”。
在美俄间的“奋勇争先”下,世界各地也纷纷将产品研发人造卫星提上议程,在我国也是如此。在1958年的5月,名人发表了讲话明确提出“我们也应该搞人造卫星!”,从此拉开在我国研发人造卫星的大幕。
想必大家都知道,若想将一颗通讯卫星送上太空必须顶级的航天工程储备和工业生产水准。但中国当前情况多么艰辛?一穷二白,一切必须从0逐渐。也正是在如此艰难的情形下,我们国家的专家、技术工程师、士兵们仅花了6年时间,克服了通讯卫星起飞的两大难题——路面室内环境模拟软件和火箭发动机。最终在1970年,长征一号火箭发动机和东方红一号通讯卫星成功起飞。
假如以现在眼光对待东方红一号,可能觉得奇怪,因为他起飞后只能播放音乐“瑞泽富沃”,有些像个“手机最新款”。事实上,东方红一号并不是真正意义上的“科学卫星”,反而是展现我国有水平摆脱航空领域封禁时代的产物。也就是说,东方红一号的起飞,证实我们会有把一个东西丢上太空能力,顺带不仅解决了好多个问题,例如导弹技术、火箭技术等。ps:在我国真真正正科学合理传统意义上的第一颗卫星是1971年发射“实践活动一号”。
而东方红一号得到获胜起飞背后,就不得不说“12个词”:上了去、抓得住、听见、看得清。
上了去:是指能够进入预定轨道;抓得住:通讯卫星能被测控技术;听见:通讯卫星进入轨道后播放音乐《东方红》,路面录音机可以收获得;看得清:这一很容易理解,可人眼所闻。最终专家将东方红一号设计为直径大约为1米、净重达173kg、外观为72面组成的一个圆球样子,在天气晴朗、并没有云彩的夜里,能够看见一颗略微发红的小星星从天空掠过。
值得一提的是,东方红一号的本来工作寿命仅有20天,但它实际上运营了28天,远超预期。因此当充电电池耗光后(那时候都还没太阳能发电),东方红一号便终止歌曲播放。但时至今日,东方红一号通讯卫星依然在轨道中运作。
东方红一号为何飞走了50年,还没落地式?
东方红一号当时没有在电池耗光后坠入地球大气层,可以从物理的角度看。
依据万有引力定律,一切物体之间都存有相对性吸引力。东方红一号起飞后,一直顺着近地点429千米,远地点2036千米大椭圆型路轨(高轨道)环绕地球一直做均速运作。并且东方红一号的椭圆型路轨不同于现今通讯卫星,其飞行轨迹又扁又长,再加上近地轨道与人类赤道平面成68.5度交角。
重量只有173千克的东方红一号所受到的摩擦阻力忽略不计,所以它在做圆周运动所产生的向心力和地心引力所提供的凝聚力影响下,达到了一个力矩平衡。促使东方红一号在没有能量的给予下,也可以以惯性力(这儿还涉及弹性势能之间的转换)环绕地球均速绕道。假如这样的状态并没有受到外力更改(或是老化现象),东方红一号本质上将永远运作下来。
但需要注意的是,外星球并非绝对真空泵。通常而言,100千米卡门线是大气界限,那个地方的空气的密度约为路面的一亿分之一。超过500千米,空气的密度几乎为零。因此高度超过500公里通讯卫星,一直绕地运行到人类毁灭也不是问题。相对高度3万公里的地球同步卫星,其寿命可能与人类同齐了。那也是像太空站等载人航天器高度大部分要大于400千米的主要原因,要不然,他就有落入大气层的很有可能。
简单的说,人造卫星在太空航行是不用能源的,这是靠物理定律产生的能量环绕地球航行。但是现在通讯卫星都装有太阳能光伏板、及其动力装置用来进行机动性变轨或执行照相、扫描仪每日任务。
此外,东方红一号遭受星体摄动和自然光压等多个方面危害,甚至出现远离地球的态势。2017年统计数据显示,东方红一号的近地点为435千米、远地点为2041千米,对比50年前入轨数据信息,它椭圆轨道越来越大了。对于东方红一号未来还会不容易坠入地球上,这一谁也说不准。
事实上,通讯卫星在和路面失去了联系后,实质上已经变成了了空间碎片。如美国在1958年发射第二颗通讯卫星“先峰1号”(vanguard 1),60多年过去了,依旧在轨道中好好地飞着。
不管怎样,东方红一号是我国的第一颗人造卫星,是中国第一代航天人不忘初心的印证和颂歌,意义深远。此刻,东方红一号仍在航行,而我国的航天工程早已相去甚远了。