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?

fifwig


答:目前東方紅一號衛星,僅憑慣性在繞地球飛行,如果我們不進行干涉的話,估計還會在太空中運行100多年後,再墜入大氣層燒燬。


1970年4月24日,我國成功發射了第一顆衛星——東方紅一號,也是世界上第五個能自主發射衛星的國家,東方紅一號衛星的目的就是上天,而且非常完美地完成了任務。

為了方便判斷東方紅一號衛星是否入軌成功,研究人員讓東方紅一號衛星用無線電波持續播放東方紅樂曲;而且還把衛星設計成72面體,表面進行金屬拋光,當時在地面上的人,甚至可以肉眼看到衛星(2~3等星)。

發射成功後,廣播電臺在全國轉播了衛星傳播的東方紅樂曲,衛星運行28天后,達到了電池極限,然後失去聯繫,處於不受控狀態;目前東方紅一號衛星的軌道近地點437.7公里,遠地點2057.6公里,公轉週期114分鐘。


東方紅一號的軌道屬於高軌道,空氣密度非常稀薄,目前是憑藉慣性在飛行;但是隨著時間的推遲,東方紅一號還是會受空氣阻力的累計影響,導致軌道高度越來越低,預計100多年後,就會墜入大氣層燒燬。

東方紅一號作為我國第一顆人造地球衛星,其意義非常重大,可以說開啟了我國航空航天之路,也向世界展示了我國的實力,具有里程碑意義。


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艾伯史密斯



是的,東方紅一號衛星早已沒了燃料,但還能運行了這麼久,主要是因為它不再需要燃料,靠慣性繼續高速圍繞地球運行。

大家知道,太空中空氣極為稀薄,衛星運行中受到的阻力極小,所以衛星此時並不怎麼需要動力,而且東方紅一號衛星個頭比較小,而且是72面體,這又大大減少了在太空中受到的阻力。

一個航天器會不會墜毀關鍵是看它的近地點高度,大氣層是航天器軌道降低並重返大氣層燒燬最關鍵的因素,因為大氣的阻力會使失去動力的航天器越來越慢,最終降低高度以致被地球的大氣和引力束縛,特別是低於200公里時會斷崖式下降,快速墜毀。

東方紅一號衛星於1970年4月24日發射時的橢圓軌道,近地點在439公里,遠地點2384公里,根據最新觀測,東方紅一號軌道的近地點在434公里,遠地點在2030公里,也就是說,運行了近五十年軌道幾乎沒有降低,說明這顆衛星至少還能運行上百年時間,甚至有可能永遠也不會掉下來。


震長


今年4月2日,我國的天宮一號飛行器超額工作六年後,再入地球,與大氣層摩擦化成了碎片,墜落在南太平洋海域。

人們在為之完成使命後的最終結局嘆息之餘,也許會質疑,天宮一號只工作了幾年就墜毀。

為什麼我國的東方紅一號設計的壽命只有20天,至今還在伴著地球飛行?沒有燃料,它又是怎樣運行呢?

且聽有書君從東方紅一號衛星發射歷史開始,一一為大家解開謎團吧。

一,東方紅音樂響徹世界天空的歷史。

1970年4月24日21點35分,長征一號火箭帶著東方紅一號奔向了茫茫太空,十三分鐘後,東方紅一號進入了預設軌道。

全國人民為之歡呼雀躍,這是我國第一顆自主研發的人造衛星成功升空。

由於它是近地衛星,同時在末端火箭外部塗了反光層,末端火箭和衛星剛分離時,兩者一直伴飛,所以當時人們用肉眼就可以觀看到。

後來兩者漸行漸遠,東方紅一號就無法用肉眼觀看了。

我國的東方紅一號傳播的《東方紅》樂曲,唱響了世界天空。

它週轉地球一圈的時間大約是114分鐘,人們紛紛駐足,觀看聆聽東方紅一號的身影和樂曲聲。

東方紅一號真正實現了,設計之初要求“上的去、測的準、看得見、聽得到”的目標。

這是我國航天領域的元勳們,在向蘇聯學習無果的艱難條件下,真的是白手起家創造的中國奇蹟。

他們使我國成為繼蘇、美、法、日之後,第五個可以自己研製發射人造衛星的國家。

有書君為這些“兩彈一星”的元勳們點贊。

二,東方紅一號至今依舊伴飛地球的奧秘。

東方紅一號當時的任務,就是檢測衛星飛行的技術,同時檢測電離層和大氣層的密度。

由於當時技術條件有限,我國還無法給東方紅一號安裝太陽能電板,只能使用蓄電的銀鋅電池。

蓄電池耗電太快,因而東方紅一號的設計壽命是二十天,它實際工作了二十八天。

東方紅一號在蓄電池電量耗完的那一刻,與我們徹底失去了聯繫,開始默默伴飛地球的旅程。

東方紅一號停止工作後,並未如人們想象的那樣再入地球墜毀。

究其原因,這就涉及到了物理知識。有書君先給大家普及一下這方面的知識吧。

萬有引力定律證明了任何兩個物體之間都有引力。

其應用在航空航天方面,就說明了地球對衛星的引力提供了衛星繞地球做圓周運動的向心力。

我們再來看看東方紅一號的運行軌跡,它一直沿著近地點430公里,遠地點2075 公里的橢圓形軌道繞地球做著勻速運行。

在這樣高度的太空空氣稀薄,同時東方紅一號的外形設計近似球體,重量只有174千克,由此它受到空氣阻力很小。

因而東方紅一號做圓周運動產生的離心力,和地球引力提供的向心力處於平衡狀態,它在沒有能量的提供下,也能以慣性繞地球勻速繞行。

同時,東方紅一號的橢圓形軌道太完美了,它與其他衛星的橢圓形軌跡有異。它的橢圓形軌跡又扁又長,同時還是與地球赤道平面成68.5度夾角的近地軌道。

這種橢圓形軌道可以使它運行到近地點時,獲得較大的動能,進而有利於保持甚至提高自身的速度,這也有利於東方紅一號保持軌道高度。

因而年近半百的它運行速度和軌跡幾乎未變。

按照這種理想狀態,東方紅一號可以永遠運行依舊。

可是,真空狀態亦非絕對真空,總有會空氣阻力。

隨著東方紅一號高速運行和空氣阻力的摩擦,其速度會逐漸降低,其運行軌跡亦會逐漸降低。

越靠近地球大氣層,其動能消耗越快。

終有一天它會再入地球大氣層,並因與大氣層摩擦化為灰燼而香消玉損,只是時間早晚之事。

至於東方紅一號在太空還能運行多久?

誰也沒有明確答案。

我們再看天宮一號,由於它的近地點只有300多公里,而且它的重量達8噸,因而它受到空氣阻力摩擦大,沒有能量補充時其速度降低快,其軌道降低亦快。

天宮一號停止工作不到兩年就墜毀了。

東方紅一號發射之日,就是我國航空航天領域的里程碑應載入史冊。

2016年,我國規定以後每年4月24日為“中國航天日”。

東方紅一號在浩渺太空中,見證著我國一顆一顆自制衛星升空,見證了從神州飛船到天宮空間站的成功,見證了我國宇航員信步九天,見證了北斗導航系統逐步蛻變,即將見證北斗導航覆蓋全球的那一天。

我們希望東方紅一號,這顆中國的驕傲伴飛地球久一點再久一點,見證中國更多奇蹟吧。


有書共讀


先回顧一下那個激動人心的時刻吧\n

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柳小慶


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。

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鎂客網


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


東方紅一號,是我國上天的首顆人造衛星,其設計任務就是要能夠保證上天,讓世界人民聽到播送的東方紅樂曲讓地面的人可以用肉眼可以看到,用以振奮國人精神,在世界上揚眉吐氣。

1970年4月,長征一號火箭將東方紅一號送入預定軌道,衛星開始發送《東方紅》樂曲和遙測數據。中國第一顆衛星的發射當時震動了世界,全球地面都可以通過廣播收聽東方紅樂曲,而且該衛星達到三等星的亮度,可以肉眼看到,在那個年代,簡直就是奇蹟。

東方紅一號衛星不僅順利上天,而且工作正常,完美實現設計任務。東方紅一號上的能源採用化學電池,設計壽命只有20天,但該衛星在太空中堅持工作了28天后電池耗盡,失去了能源,東方紅一號工作終了,但它還一直繞著地球在飛。

當時,長征一號火箭發射東方紅一號時,確定的軌道在近地點400多千米,遠地點2000千米左右。在這麼高的太空軌道上,衛星幾乎不受阻力的圍繞地球運行。

雖然運行了快50年了,目前東方紅一號還處於近地點435千米,遠地點2030千米的軌道上。這表明東方紅一號由於近地點軌道較高,多年也沒有下降的趨勢,還會繼續長期的圍繞地球飛。

我國發展衛星捕捉等技術,等到時機成熟,就可以把東方紅一號帶回地球了,這可是珍貴的國家文物啊,最後調查下,你支持把東方紅一號待會地球嗎?

歡迎評論,關注量子實驗室。


量子實驗室


四十五年,人生能有幾個四十五年!四十五年前將它送上天的科學家如今可能已不是全都健在,但它依然在遼闊的蒼穹遨遊,面對如此,蘇大學士也曾發出寄蜉蝣於天地,渺滄海之一粟的慨嘆。

對了,月球也沒能量啊?怎麼不掉下來呢?

超長待機的東方紅一號

東方紅一號設計工作週期就是20天,因為它的能源來源於化學電池,需要注意,這個二十天不是說二十天後衛星就隕落,而是可以像地球發射信號,傳輸太空資料工作二十天,因為發射成功後靠慣性就可以繞地球飛行,地球的萬有引力提供向心力,一直進行圓周運動,因為設計的工作時間短,二十天內軌道不可能由於摩擦阻力有大的變化,所以不需要後備動力來變軌,其實我們那時的火箭也不具有變軌能力。

不隕落的另外一個原因就是發射軌道近地點高,由於發射進入橢圓軌道的技術比圓形軌道的技術要求低,東方紅一號近地點高度400多千米,遠地點高度達1600多千米。

東方紅一號里程碑式的意義

東方紅一號衛星於1970年4月24日,日本是同年1月11日發射的大隅一號,由於晚幾個月的時間,我國成為了繼蘇聯、美國、法國和日本之後,世界第五個依靠自己的力量成功發射人造地球衛星的國家。在上世紀七十年代,我國經濟水平相對落後,物質貧乏,東方紅一號的成功發射,不僅振奮人心,成為引領中國航天事業的旗幟,也讓世界各國對我國刮目相看,因為承擔發射第一顆人造地球衛星的火箭也是由我國自主研製,是從我國東風-3導彈基礎上發展而來,這種中程導彈射程可達2700公里。

雖然發射時間落在法國和日本後面,但東方紅一號體積更大,更強壯,外表經過專門設計,更豪華,從地球上更容易被觀察,而法國的阿斯特克斯1號和日本的大隅一號在地面上根本無法觀察到,且日本的大隅一號於2003年已經隕落。東方紅一號對於我國的航天事業具有里程碑的意義。


核先生科普


大部分衛星是沒有動力的,在軌道依靠動量輪或者自旋穩定保持姿態即可。

通常說一些航天器壽命到了,毀掉回地球。這些通常是一些軌道比較低的航天器,例如各種空間站。空間站和其他載人航天一般在距離地面300到400公里之間的範圍。這個高度不算太低,受到逃逸大氣產生的阻力比較小,更方便補給火箭運輸。這個高度也不算太高,否則會受到強烈的輻射,地球磁場沒法好好保護。

所以這些航天壽終正寢,經常會掉下來。但是東方紅一號的軌道比較高,所以到了壽命,上面的功能失效,但是依然還會在軌道運行。


我們東方紅一號設計壽命20天,實際工作壽命28天。

截至我寫到這裡的的時候,東方紅一號兩行式軌道根數為如下:

1 4382U 70034A 18188.92112643 -.00000398 +00000-0 -47116-4 0 9990

2 4382 068.4213 176.2813 1047504 054.9193 314.5611 13.07668536265787

軌道偏心率:\t0.1047504,軌道傾角:\t68.4213° ,近地點高度:\t435 km,遠地點高度:\t2029 km,升交點赤經:\t176.2813°,近地點幅角:\t54.9193°,每日繞地圈數:\t13.07668536。

東方紅一號近些年軌道越來越高,按照這個趨勢,永遠不會掉下來。具體因素很多,例如月球或者其他天體攝動力之類的。


蛋科夫斯基


↑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。


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