東方紅一號的設計壽命只有20天,但現在已經運行了47年,沒有燃料,它是怎麼運行的?

我要為王

在上個世紀70年代,中國完成了航天工業上的一次壯舉。在當時的歷史條件下,僅用了4年多的時間就完成了衛星的研製、總裝和測試任務,確實是個奇蹟,在中國人造地球衛星的史冊上寫下了光輝的第一頁!

1967 年,由於“東方紅一號”衛星研製的需要,北京科學儀器廠(七機部五院衛星總裝廠)由生產科學儀器轉為承擔衛星結構研製、總裝與測試任務。當時,人員、技術、設備和管理等方面都存在很多困難。在困難面前,我們堅持獨立自主、自力更生的方針,對外靠全國各行各業的社會主義大協作,對內組成以領導幹部、技術人員、工人“三結合”的攻關小組,充分利用現有設備,挖掘一切潛力,大搞技術革新、技術改造,攻克了一道道技術難關,有些技術至今看來仍有很大難度和較高水平。

東方紅一號是一個直徑1m的類球形對稱72面體,總重量173kg。衛星的頂端裝有1根40cm長的超短波天線;腰帶上安裝了4根3m長的短波拉桿天線,以及5cm和10cm長的微波天線。

在衛星的結構研製、總裝和測試過程中,限於但是的工藝技術條件,儀器艙罩的焊接及鋁合金大面積鍍金、衛星鋁合金外殼蒙皮的電化學光亮陽極氧化處理、溫控塗層技術、薄壁件加工及衛星蒙皮骨架鉚接、衛星動平衡和轉動慣量測試的手繪難題,以前從未乾過、沒有經驗可以借鑑。但是為了製造出我國第一顆人造衛星,我們群策群力、不斷摸索、反覆試驗,把這些難題一個一個的解決了。

首先是儀器艙罩形如一個不帶蓋的保溫筒,直徑50 cm,罩頂由衝壓成形,罩頂與筒體用氬弧焊焊成一體。根據衛星溫控設計的要求,罩頂及其筒體需要鍍金,鍍金面積達4000 cm2。這麼大面積的鋁合金表面鍍金工藝在國內尚未有人搞過。按照工藝要求,鍍金表面要先進行清洗,再鍍銅,然後鍍金,最後用機械拋光的方法使鍍金層光亮。起初,艙罩的鍍金表面總是達不到設計要求,有些地方還總是鍍不上金,有些地方鍍金層內總是有氣泡,特別是在焊縫處氣泡更多。經過反覆試驗,採用氫氟酸溶液作清洗劑來提高鍍層表面的清潔度,終於攻克了鋁合金表面大面積鍍金的工藝難關。此項成果榮獲1978 年全國科學大會科研成果獎。

為了攻克衛星鋁合金外殼蒙皮表面光亮陽極化工藝關鍵,攻關組在沒有廠房設備的困難條件下,因陋就簡,土法上馬。時值寒冬,在冰天雪地裡搭起一個木棚,在裡面挖了兩個大坑,上面支起3 個大鉛槽,在槽中放入硝酸溶液,下面用木柴燒。沒有防毒口罩,他們就用溼毛巾捂住口鼻進行試驗操作。就是在這樣簡陋的條件下,經過2 個多月的苦戰,終於攻克了衛星蒙皮光亮陽極化的工藝難關,使蒙皮表面的發射率和吸收率都達到了設計技術要求。

從1965 年起,經過4 年多的努力奮鬥,我國第一顆人造地球衛星——“東方紅一號”衛星各系統、各部件的研製工作於1969 年年底勝利完成。當時各方面條件都比較差,許多項目都是從零開始,在沒有條件時,自己創造條件,大家靠的是團結協作、無私奉獻的精神。今天看起來,也許會感到不規範甚至

不科學,但是奇蹟就是在那樣困難的條件下創造出來的。

可以看出,我們老一輩航天工程師是在多麼艱苦的環境下完成了這次壯舉。雖然說東方紅當時只運行了20天,但至今為止47年的時間裡還在軌道上不斷運動這。那是因為外太空沒有空氣阻力,衛星的出動能損耗極低,但是由於東方紅屬於近地衛星,還是會受到少量空氣阻力的影響,終究在某一天,衛星會落入大氣層,在摩擦中化為烏有。


麥大麥

↑東方紅一號↑

東方紅一號壽命有多久?

東方紅一號作為中國發射的第一顆衛星,其設計功能和壽命如下:

  • “東方紅一號”衛星的主要任務是進行衛星技術試驗、探測電離層和大氣層密度。“東方紅一號”衛星除了裝有試驗儀器外,還可以以20.009兆赫的頻率發射《東方紅》音樂(音樂盒由502所研製),該星採用銀鋅電池為電源。
  • “東方紅一號”衛星設計工作壽命20天(實際工作壽命28天),期間把遙測參數和各種太空探測資料傳回地面,至同年5月14日停止發射信號。

也就是說,在1970年的5月14日就已經耗盡了全部電力,並喪失了全部功能。

衛星的壽命和運行時間是兩回事

衛星是具有一定功能的,要實現這些功能就需要能量,那些需要長時間工作的衛星一般都會攜帶有太陽能電池板,作為自己能量的來源。但是東方紅衛星並沒有攜帶太陽能電池板,所以很快就能量耗盡、沒有任何功能了。

但是衛星在軌道上運行,是不需要能量的。

這是由於衛星圍繞地球的的運行是靠慣性作用,並且由於圓周運動時候的離心力與受到地球的吸引力相互平衡,所以在理想情況下沒有空氣阻力作用的話,衛星會永遠繞地球運動。這也是為什麼東方紅一號可以連續四十七年還在地球軌道上運動的原因。

實際上東方紅一號最終會隕落

只是實際上東方紅一號運行的軌道附近還是會有稀薄的空氣不斷與衛星發生摩擦,所以衛星速度下降、其軌道位置也會逐漸下降,並且越下降大氣愈發稠密、衛星動能耗損越快,衛星的下降速度也越來越快,最終衛星會墜落地球、並且在與大氣的劇烈摩擦中化為灰燼。

我們能夠看到東方紅一號嗎?

實際上是可以的。

比如說,我在網站n2yo.com上就可以搜到東方紅一號的實時位置。鏈接地址如下:

https://www.n2yo.com/satellite/?s=4382

這是一個非常有意思的事情,可以看到這顆快要五十歲的衛星的實時位置。

而且有一個非常驚人的事實就是:我們可以用肉眼看到東方紅一號衛星!

比如說在東方紅一號衛星45歲生日的時候(2015年4月29日),北京天文館朱進老師微博發文“東方紅一號衛星45歲生日過境北京”,並配發了他拍攝的照片。

↑朱進老師拍到的東方紅一號衛星↑

圖中的那個最亮的點就是東方紅一號。甚至於我記得看過一個紀錄片,在東方紅一號發射成功後的那幾天,全國各地都組織人民群眾夜裡觀看東方紅一號從自己的頭頂飛過。

關於東方紅一號的漫畫

總之,讓我們記住這些英雄。


SilentTurbine

還記得小學時學習了一篇課文,紀念東方紅一號,可是我早已不會背了。東方紅一號的設計壽命只有20天,而且我們國家還沒能夠成功將其收回,為什麼?

因為這可人造衛星不是一顆普通的人造衛星,它的政治任務要遠大於它的實際科技探索任務。

東方紅一號衛星,發射於1970年4月,我們都知道這個時期的性質。這顆人造衛星是中國空間技術研究院自行研製的。它的成功發射標誌著我國成為繼蘇聯、美國、法國、日本之後世界上第五個用自制火箭發射國產衛星的國家。

從1957年,世界上第一個人造地球衛星由蘇聯發射成功,隨後美、法、日相繼發射人造衛星,為了跟隨老大哥的腳步,趕英超美,1958年第八次全國代表大會二次會議上,毛主席就提出了我們也要造人造衛星,而且要搞得大一點。接著,7年內就拿出了具體方案,12年就發射成功。在技術和設備貧瘠時,仍能以如此快的時間完成這項浩大的工程,我們國家想要變強大的心太急切了。

所以技術加設備和時間的倉促,東方紅一號人造衛星只能工作20天,其使用的並不是太陽能電池板,而是化學電池(銀鋅電池),因此壽命大大縮減。它實際在太空中工作了20天,之後面失去了發射信號,與地面失去了聯繫。當然,在運行期間,衛星把遙測參數和各種太空探測資料傳回地面。東方紅一號至今仍在軌道上,2009年有觀測表明,東方紅一號還在近地點430千米,遠地點2075千米的軌道。

東方紅一號沒能被收回,是技術問題,還是其他問題我們已經無法得知,總之,政治任務完成了。

目前,東方紅一號還能在上面漂浮的原因是慣性作用。就像扔鐵餅,如果運動員不把鐵餅扔出去,即使她丟到鐵餅,鐵餅在慣性的作用下還要繞個圈,只是由於重力原因,方向變化,最終落地。這是高中時的物理知識。但是,東方紅一號最終會隕落。為什麼?因為東方紅一號實際上是發射在低空軌道的。而通訊衛星為了保持其工作能力,都發射在地球靜止軌道,能夠垂直在赤道上方,與地球同步。這種衛星一般工作很長時間才會收回。地球靜止軌道對到半徑是42164.169km要遠大於東方紅一號的軌道半徑。因此東方紅一號會圍繞地球運行,受到地球引力影響,慢慢靠近地球,最終在大氣層中,阻力越來越大,衛星損耗也會越來越大,化為灰燼或碎片,落向地球。

我們記得它成功發射的模樣,卻經常忘記它有沒有回來。


鎂客網

東方紅一號距離地球最近的距離也有440千米的高度,它能夠運行靠的是地球引力提供的向心力,依靠慣性一直在運動,力不是維持物體運動狀態的原因,力是改變物體運動狀態的原因,並且真空環境阻力較小,所以才可以運行將近50年的時間也不墜落。而回收東方紅一號的風險較大,難以精準地捕捉到它的動向,與其冒著風險做一件沒有意義的事情,倒不如讓它一直繞著地球運行更具有意義。


科學薛定諤的貓

東方紅一號的設計壽命只有20天,但現在已經運行了47年,沒有燃料,它是怎麼運行的?

2017/08/12 14:14

設計壽命中的燃料,主要用於進行其他複雜運動,如變軌等。燃料用完了,衛星就不能再接受地面指示,完成諸多任務了,但單純待在軌道上一圈圈地運行還是沒問題的。


巴山夜雨涮鍋

東方紅一號是於1970年4月24日21時35分發射成功的,設計工作壽命是20天,實際工作時間是28天。但是由於東方紅一號發射的近地點高度較高,因而直到現在仍然在軌道上繞運行。

而為何東方紅一號設計壽命只有20天,卻能一直在軌道運行?這主要是由於它做繞地運行的向心力是由地球對它的萬有引力提供的,即

(mV*V)/R=G*(M*m)/(R*R)

而當東方紅一號被為衛星送入軌道時,軌道半徑R已經確定,繞地運行線速度V也已經確定,其必定大於等於第二宇宙速度11.2千米每秒。又由於引力常數G、地球質量M、衛星質量m均為定值,因此衛星可以保持線速度V不變。因此運行47年,東方紅一號的近地軌道只是從439千米變為434千米,而遠地點軌道也只是由2384公里變為2030公里。


地震博士

大哥你是來搞笑的嗎,物理沒學過嗎,衛星一旦到達指定軌道,會根據萬有引力開普勒三大定律按一定的週期半徑自己運動的,衛星的運動此刻是不需要燃料的,會一直在軌道運動,包括一些別的東西。


所謂的太空垃圾就是指一些沒用的廢棄衛星,或是衛星殘骸等飄在太空中,這些不人工收集處理會一直在哪裡,影響以後衛星的運行,燃料是指在衛星發射時才會用到的,用以將衛星送到指定的軌道,之後衛星自己在軌道運動,什麼燃料動力都不需要,(當然若是要變軌肯定要燃料)。

但此刻衛星上的太陽能電板(這樣說通俗易懂)會收集太陽能,注意,這裡的太陽能採集後主要是供衛星裡面的一些電子設備的使用,比如說裡面電子通信設備供電,各種實驗設備的供電等,當然現在的衛星就太複雜了,但基礎原理就是這些都一樣的,衛星的壽命是指衛星能有效的受地球控制,能在地球的控制下完成預訂的任務,並不是說衛星掉下來,衛星裡面的設備失效,衛星是不會掉下來的,一直在軌道上一圈又一圈的轉。



當然,隨著衛星的老化,會出現各個部件的脫落,此時質量發生變化,軌道週期等都將有新的變化,這時衛星才有可能部分掉下來,現在的技術在衛星造成預訂任務後會設定預訂程序,要麼安全返回地球二次利用,要麼墜落在指定的海域或是無人的荒涼地區。


只有剛開始太空探索時沒有這些技術,能發上去一個東西就很不錯了,管不了那麼多,所以衛星會一直在天上,一直到衛星的材質都退化風散。


隔壁家的王老吉

地球周邊的石頭,隕石,太空拉圾沒有一點的動力,它為何永這運行不落呢?你把地上的石塊拿到衛星或隕石所在的位置,它雖沒動力卻運行不落。任何物體都有本身的磁場罷了。為什麼船在海上,海底下的魚會說,為什麼船不落呢?(不沉呢?)。船不落(不沉)是因為大氣壓的緣故。同樣東方紅衛星不落而且運行也是大氣壓的緣故,地球上的大氣壓和接近太空大氣壓是兩種不同形式的大氣壓。船在海中不落(不沉),隨風會作功行走。衛星遇到太陽風也是一樣。


袁保新

這個設計壽命可以理解為博主設計最高壽命100年,運行壽命這個取決於博主被髮射到外太空後什麼時候被降解了,只要夠厲害運行個百八十年沒問題啊。



黃旭東ing

1.東方紅一號設計壽命20天,實際使用壽命28天,1970年4月24日發射升空,1970年5月就與地面失聯了,直接原因是化學電池消耗完了,消耗能量的包括一個播放東方紅樂曲的東西以及其它一些傳感器。此後,東方紅一號變成了太空垃圾。

2.人造衛星入軌後繞行星轉與天然的衛星沒有差別,你啥時候見過天然的衛星補充過能量,大體上可以認為外太空沒有阻力、靠的都是初速度維持軌道的,也就是第一推動力。不出意外的話(比如被隕石、空間碎片等撞擊)還會一直繞行地球。

3.出於政治目的考慮,東方紅一號採用了一些特別的設計措施而被設計成肉眼可見,藉助一些手機APP輔助定位,在合適的天氣條件下是能看到的,可以證明它確實繞地球轉了47年了。

早在47年前,我國東方紅一號衛星成功上了太空,在全球大地上唱響了(東方紅)歌曲的音符,震撼了世界,這也標誌著我國航天事業的發展邁向新的高度。東方紅一號衛星當時的設計壽命只有20天的可控功能,但直到現在己在太空上運行了47年,沒有燃料,沒有電磁波指揮控制,它到底是怎麼運行的呢?對於這個問題我的認為是:我國東方紅一號衛星是被火箭送達到預定的近地軌道上運行的,近地軌道也可以稱衛星軌道或太空站軌道,人類歷來發射的各類衛星或太空站都會選擇在近地軌道中運行,近地軌道是由地球磁場中的不同距離之磁力線圈並在地球自轉運動的連帶性推動力作用下而自然形成的,與地球不同距離的磁力線圈,會有各自不同圓周運動的速度,因而,衛星處於近地軌道運行時,不管有沒有燃料,不管有沒有電磁波的指揮控制,都能隨機地圍繞著所在的磁力線圈軌道之速度進行圓周循環運動的


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