东方红一号的设计寿命只有20天,但现在已经运行了47年,没有燃料,它是怎么运行的?

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东方红一号卫星是中国发射成功的第一颗人造地球卫星,于1970年4月24日由长征一号运载火箭从甘肃酒泉卫星发射场发射。直到今天,这颗卫星仍在绕地轨道上运行。

东方红一号卫星现在依靠惯性运行。

当时我国还不具备在卫星上使用太阳能电池的技术,东方红一号卫星依靠银锌电池供电。由于电池蓄电量有限,卫星设计寿命只有20天,实际上卫星发射信号时间为28天,此后,这颗卫星就与地面失去联系了。但由于这颗卫星当时的运行轨道是一条大椭圆轨道,近地点439千米,远地点高达2384千米,加之卫星近球形的设计,可以最大限度地减小空气摩擦阻力,所以不同于圆轨道卫星,这颗卫星在太空运行的时间非常长,虽然早已停止工作,但东方红一号还在太空中依靠惯性飞行。

告诉你这颗卫星已经运行了47年的人,其实是误解了“运行”这个词。

和“设计寿命”一样,严格地说,卫星“运行”是指它能正常执行所设计的功能,而不只是它保持在地球轨道上不落下来。当然,卫星发射入轨后一直绕着地球不停地飞行,这也经常被称为“运行”,但保持这种状态是可以与卫星本身的寿命和状态完全无关的。

卫星理论上是一种航天器,它与飞行器有相似之处,但其实特殊得多。它的“飞行”靠的是运载火箭将它推离地面,最起码到达距地面数百公里的低地球轨道(有的卫星轨道还会高得多),并赋予它一个很高的初速度。根据牛顿定律,在这样的位置,已经没有空气阻力,有了这样的初速度,卫星无需发动机推进,也能永远保持这个速度匀速飞行,同时因为这个速度产生的继续飞离地球的离心力,又与卫星受到的地球引力抵消,卫星便永远保持在这个高度不停地匀速飞行,一圈又一圈,周而复始,直到有别的作用力改变它的状态。

如果把这也称作“运行”,那卫星岂止“运行”47年,100年,1000年也是可以的,因为它根本不需要燃料。而且,不止是卫星,你如果用火箭扔一块石头到计算好的合适轨道上,它也会这样永久“运行”,就连航天员从空间站打出去的一个高尔夫球也会如此。

但卫星又是需要干实事的,否则谁花那么多钱发射它。星载设备的工作需要电能,这一般靠太阳能电池板或小型核动力反应堆提供;刚才说的绕地球永久飞行也是理论上的,在低地球轨道,卫星会受到极细微的阻力,轨道有缓慢的衰减,但积累下来会使它被地球引力拉下来,进入大气层烧毁。另外卫星的某些功能有时也需要它改变轨道,因而卫星携带有燃料和变轨发动机用于这些保持轨道和变轨。这种燃料耗尽,卫星会失去变轨和保持轨道能力,但只要轨道高度足够,大部分卫星即使完全报废,也永远不会掉下来,除非派别的航天器上去把它摘下来。

大量报废卫星,使有的轨道上已经非常拥挤,合适的位置已很少。它们还和其它航天器残骸一起,实际上已经构成一个公害,就是太空垃圾,它们的轨道交错多变,相互碰撞,形成更多、更小的碎片,多达几十万块,使情况更加恶化。


小狼航拍


↑东方红一号↑

东方红一号寿命有多久?

东方红一号作为中国发射的第一颗卫星,其设计功能和寿命如下:

  • “东方红一号”卫星的主要任务是进行卫星技术试验、探测电离层和大气层密度。“东方红一号”卫星除了装有试验仪器外,还可以以20.009兆赫的频率发射《东方红》音乐(音乐盒由502所研制),该星采用银锌电池为电源。
  • “东方红一号”卫星设计工作寿命20天(实际工作寿命28天),期间把遥测参数和各种太空探测资料传回地面,至同年5月14日停止发射信号。

也就是说,在1970年的5月14日就已经耗尽了全部电力,并丧失了全部功能。

卫星的寿命和运行时间是两回事

卫星是具有一定功能的,要实现这些功能就需要能量,那些需要长时间工作的卫星一般都会携带有太阳能电池板,作为自己能量的来源。但是东方红卫星并没有携带太阳能电池板,所以很快就能量耗尽、没有任何功能了。

但是卫星在轨道上运行,是不需要能量的。

这是由于卫星围绕地球的的运行是靠惯性作用,并且由于圆周运动时候的离心力与受到地球的吸引力相互平衡,所以在理想情况下没有空气阻力作用的话,卫星会永远绕地球运动。这也是为什么东方红一号可以连续四十七年还在地球轨道上运动的原因。

实际上东方红一号最终会陨落

只是实际上东方红一号运行的轨道附近还是会有稀薄的空气不断与卫星发生摩擦,所以卫星速度下降、其轨道位置也会逐渐下降,并且越下降大气愈发稠密、卫星动能耗损越快,卫星的下降速度也越来越快,最终卫星会坠落地球、并且在与大气的剧烈摩擦中化为灰烬。

我们能够看到东方红一号吗?

实际上是可以的。

比如说,我在网站n2yo.com上就可以搜到东方红一号的实时位置。链接地址如下:

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

这是一个非常有意思的事情,可以看到这颗快要五十岁的卫星的实时位置。

而且有一个非常惊人的事实就是:我们可以用肉眼看到东方红一号卫星!

比如说在东方红一号卫星45岁生日的时候(2015年4月29日),北京天文馆朱进老师微博发文“东方红一号卫星45岁生日过境北京”,并配发了他拍摄的照片。

↑朱进老师拍到的东方红一号卫星↑

图中的那个最亮的点就是东方红一号。甚至于我记得看过一个纪录片,在东方红一号发射成功后的那几天,全国各地都组织人民群众夜里观看东方红一号从自己的头顶飞过。

关于东方红一号的漫画

总之,让我们记住这些英雄。


SilentTurbine



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