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


“東方紅一號”的設計壽命是指廣播用電池使用壽命,而不是軌道運行時間!該衛星目前屬於“太空垃圾”運行狀態,並將持續飛行上百年。不要以為“太空垃圾”這個名號不怎麼好聽,目前世界上有資格生產併成功發射這類垃圾的國家不超過十個。該衛星於1970年4月24日21時35分發射升空,是我國發送的第一顆人造地球衛星,標誌著中國從此進入到了太空競爭的行列,那是在困難年代取得的優異成績,當衛星飛掠祖國上空的時候,利用收音機在特定頻段,就可以接收信號,並播放出電子合成音樂“東方紅”,這是上一代人的集體驕傲。該衛星沒有變軌設計,也就是發射和管不了的狀態,原設計電池的使用壽命是20天,20天后,該衛星實際上就變成了“太空垃圾”。

東方紅一號的近地點437.7km,遠地點2057.6km,這是什麼概念?國際太空站遠地點:遠地點409.5 km,也就是說,東方紅一號衛星比國際空間站的軌道空間要高一點點,在這樣的狹長橢圓軌道上,每立方米的空間只有幾個無聊閒逛的氣體分子和塵埃,對衛星的減速作用幾乎可以忽略,在太空中的物體,其運動只受到地球的引力作用,引力不斷改變著物體的運動方向,但無法改變衛星運行的動能+勢能總和。東方紅一號就這樣自由逍遙著。

(科研工作者檢查衛星狀態)

在晴朗的夜空,沒有月光,地面沒有燈光汙染的年代,人們可以用肉眼看到衛星劃過天空,那個時候還沒有滿天亂飛的飛機,因此能夠看到緩慢遊弋在星海的祖國的第一顆人造地球衛星,內心是有一絲驕傲的。

(天宮二號)

當然,不排除在日後,東方紅一號會撞上什麼東東,運動軌跡被突然改變,要麼飛得更遠,要麼就被撞入大氣層,要麼被撞成碎片,消散開來。這就是軌道航天器的宿命,一個承載了一代人的美好記憶的里程碑,就這樣結束征程,也是很壯觀的。


…………

謝謝閱讀小村姑的問答!


諸葛小村姑愛科學



東方紅的設計壽命只有20天,說的是它所帶的電只夠用20天,並不是過了20天之後就要墜毀。東方紅一號不像現在的衛星一樣都裝有太陽能電板,可以通過太陽給予電力,而工作完20天之後電量便會用完與地球斷開聯繫,而事實上東方紅一號工作了28天。



大部衛星都是在軌運行,在地球上任何交通工具都需要消耗能量來完成交通行駛,那是因為地球上有地面摩擦力和空氣阻力。

而在宇宙太空中,空氣非常稀薄,幾乎沒有空氣阻力。衛星可以依靠慣性圍繞地球旋轉,這是不需要消耗任何能源的,就像地球圍繞著太陽旋轉一樣。


注意:太空和真空不是一個概念,太空中會有少量稀薄的空氣,而真空則沒有。一般衛星發射在高軌跡,因為在低軌跡空氣阻力多,衛星在低軌跡過不了幾年就墜毀了。而高軌跡的衛星的壽命可以上百年。

東方紅一號從1970年發射已經在太空過了48年,雖然由於電量耗盡與地球已經斷絕了聯繫,但是它的發射意味我們中國成為了第五個擁有發射人造衛星能力的國家,這在當時的轟動是巨大的。



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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?

東方紅一號於1970年4月24日21時35分在甘肅酒泉衛星發射場升空,設計在軌正常運行時間為20天,同年5月14失去聯繫!東方紅一號使用的是銀鋅電池,並沒有使用那會已經開始使用的太陽能電池,不過靠著這個銀鋅電池整整工作了28天哦.....

當然它並沒有在失去聯繫後隕落大氣層,因為其軌道比較高,且質量比較大,因此未來它將依然在這個軌道上游蕩數百年,甚至更久!

人造衛星隕落大氣層有幾個關鍵因素,一個其“迎風面積”比較大,比如大尺寸太陽能電池,二是其運行在比較低的軌道,比如300KM-500KM的軌道以內,其受到逸散層的大氣分子阻力,會逐漸掉落高度,如果軌道到200KM以下,那麼其重返大氣層的時間就指日可待了!

比如天宮一號的軌道約在350KM-400KM之間,如果沒有動力維持的話,每天將掉落數十米到數百米左右

而在隕落之前天宮一號的數據是近地點高度約130.9公里、遠地點高度約134.6公里(4月2日早上6點左右),而8點15分,天宮一號即隕落在南太平洋中部區域!

我們可以看到天宮和ISS一致且最明顯的特徵是有著巨大的太陽能電池,這是造成其快速隕落的一個原因,而低軌道則是另一個原因!空間站的低軌道是因為再高的話是地球的範艾倫輻射帶,這個區域不太適合載人空間站運行!

而更高的軌道則意味著更高的運輸成本,因此低軌成了空間站的專屬,這也導致載人空間站運行成本居高不下的重要原因!

而東方紅一號則是個比較規整的多面體,在太空中,儘管降阻效果比不上流線型的飛行器,但已經將阻力降到極低水平了,再則輔助其大橢圓軌道,因此其在大氣分子密度比較高的低軌運行的時間是非常有限的,這明顯讓其存軌能力極高.......所以,東方紅一號仍然將獨領風騷數百年!等待這未來中國的空天飛機將其回收而來見證我們星辰大海的第一步.......


星辰大海路上的種花家


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


東方紅一號衛星是中國發射成功的第一顆人造地球衛星,於1970年4月24日由長征一號運載火箭從甘肅酒泉衛星發射場發射。直到今天,這顆衛星仍在繞地軌道上運行。

東方紅一號衛星現在依靠慣性運行。

當時我國還不具備在衛星上使用太陽能電池的技術,東方紅一號衛星依靠銀鋅電池供電。由於電池蓄電量有限,衛星設計壽命只有20天,實際上衛星發射信號時間為28天,此後,這顆衛星就與地面失去聯繫了。但由於這顆衛星當時的運行軌道是一條大橢圓軌道,近地點439千米,遠地點高達2384千米,加之衛星近球形的設計,可以最大限度地減小空氣摩擦阻力,所以不同於圓軌道衛星,這顆衛星在太空運行的時間非常長,雖然早已停止工作,但東方紅一號還在太空中依靠慣性飛行。

告訴你這顆衛星已經運行了47年的人,其實是誤解了“運行”這個詞。

和“設計壽命”一樣,嚴格地說,衛星“運行”是指它能正常執行所設計的功能,而不只是它保持在地球軌道上不落下來。當然,衛星發射入軌後一直繞著地球不停地飛行,這也經常被稱為“運行”,但保持這種狀態是可以與衛星本身的壽命和狀態完全無關的。

衛星理論上是一種航天器,它與飛行器有相似之處,但其實特殊得多。它的“飛行”靠的是運載火箭將它推離地面,最起碼到達距地面數百公里的低地球軌道(有的衛星軌道還會高得多),並賦予它一個很高的初速度。根據牛頓定律,在這樣的位置,已經沒有空氣阻力,有了這樣的初速度,衛星無需發動機推進,也能永遠保持這個速度勻速飛行,同時因為這個速度產生的繼續飛離地球的離心力,又與衛星受到的地球引力抵消,衛星便永遠保持在這個高度不停地勻速飛行,一圈又一圈,週而復始,直到有別的作用力改變它的狀態。

如果把這也稱作“運行”,那衛星豈止“運行”47年,100年,1000年也是可以的,因為它根本不需要燃料。而且,不止是衛星,你如果用火箭扔一塊石頭到計算好的合適軌道上,它也會這樣永久“運行”,就連航天員從空間站打出去的一個高爾夫球也會如此。

但衛星又是需要幹實事的,否則誰花那麼多錢發射它。星載設備的工作需要電能,這一般靠太陽能電池板或小型核動力反應堆提供;剛才說的繞地球永久飛行也是理論上的,在低地球軌道,衛星會受到極細微的阻力,軌道有緩慢的衰減,但積累下來會使它被地球引力拉下來,進入大氣層燒燬。另外衛星的某些功能有時也需要它改變軌道,因而衛星攜帶有燃料和變軌發動機用於這些保持軌道和變軌。這種燃料耗盡,衛星會失去變軌和保持軌道能力,但只要軌道高度足夠,大部分衛星即使完全報廢,也永遠不會掉下來,除非派別的航天器上去把它摘下來。

大量報廢衛星,使有的軌道上已經非常擁擠,合適的位置已很少。它們還和其它航天器殘骸一起,實際上已經構成一個公害,就是太空垃圾,它們的軌道交錯多變,相互碰撞,形成更多、更小的碎片,多達幾十萬塊,使情況更加惡化。


航拍九州


↑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。

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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


還記得我國發射的第一顆人造衛星,東方紅一號嗎?它的設計工作壽命只有20天,卻直到47年後的今天,依舊在運行中,它是怎麼做到的呢?

衛星的發射是為了某些用途,比如,衛星導航,氣象預報,但是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,作為能量補充的來源。但是東方紅衛星並沒有攜帶太陽能電池板,所以在20後能量耗盡,就沒有任何功能了。

然而,衛星的壽命,和運行是兩回事,衛星在軌道上運行,是不需要能量的。衛星運行靠的是慣性,離心力和地心引力的相互作用,在沒有任何阻力的理想情況下,衛星可以永遠的繞地球運動,這也是為什麼東方紅一號,能夠在地球軌道上,運行47年的原因。

遺憾的是,衛星運行的軌道位於大氣層,雖然空氣非常稀薄,但依舊會產生阻力,使衛星的速度不斷下降,因為運行速度降低,其軌道位置也會隨之下降。最終因為強大的地心引力,衛星會向地球墜落,在與大氣的劇烈摩擦中化為灰燼,所以里程碑式的東方紅一號,最終還是會隕落的。感謝在航天事業上默默付出的先輩們,雖然東方紅一號終將隕落,但其東方紅精神依舊會不斷激勵著後人,為航天事業做出更多開創與貢獻。



找靚機科普君


東方紅一號現在在在軌飛行狀態,而不是在軌運行狀態


東方紅一號設計壽命是20天,並不是說飛了20天后就墜毀了,而是說東方紅一號帶的電池就夠20天用的各種任務也是20天,所以說東方紅一號設計壽命過後就和地面失去了聯繫,從此孤零零的在高軌道繞地球飛行。

衛星並不是靠著燃料在近地空間繞地球公轉,而是依靠慣性繞地球飛行。東方紅一號一直在繞著地球做圓周運動,東方紅一號的速度達到了第一宇宙速度所以向心力和萬有引力相等,從而保證不依靠任何動力長期的繞地球公轉,東方紅一號現在還在高軌道運行。


所以說衛星在太空中是不需要燃料進行飛行的,但是現在的衛星都會攜帶一點動力用來進行機動變軌。低軌道衛星的壽命一般都比較短,因為低軌道的空氣雖然稀薄但是還是存在的,所以低軌道衛星會慢慢的被空氣阻力降低速度,而一旦被降速到第一宇宙速度之下那麼這個衛星就會被地球的引力魔掌給拖到地球上,這個衛星就墜毀了。

東方紅一號衛星的軌道是一個高軌道,經過幾十年的飛行東方紅一號現在的近地點是434公里,遠地點是2030公里。如此高的軌道受到的空氣阻力也是非常小的,再加上東方紅一號本身的特殊形狀幫助減小阻力。


總之東方紅一號是靠著物理定律在繞地球飛行的


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