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?

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2022-05-29 · TA获得超过1.7万个赞
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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。

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