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失去動力50年,東方紅一號為何還沒墜毀?專家:再過萬年也沒事


星辰大海的種花家月日左右,也就是除夕前那天,天問一號將開始近火制動,即將開啟環繞火星之旅!同時見證這一偉大創舉的,還有在我們的頭頂多千米高度...

- 2021年2月04日17時14分
- 科學文摘 / 星辰大海的種花家

星辰大海的種花家

2月10日左右,也就是除夕前那天,天問一號將開始近火制動,即將開啟環繞火星之旅!同時見證這一偉大創舉的,還有在我們的頭頂2300多千米高度運行的我國第一顆衛星「東方紅一號」,自1970年4月24日發射以來,它已經默默的在天上運行了將近51年!

第四個發射,卻搶了全世界的風頭


東方紅一號衛星就是兩彈:1964年的第一顆原子彈、1966年的第一顆裝載核彈頭飛彈、1967年的第一顆氫彈和一星中的那顆衛星,對於我國的意義非凡!

我國是第四個發射衛星的國家,本來中國是有希望成為全球第四、亞洲第一發射衛星的國家,但在1970年2月11日,日本趕在我國之前,把重量僅為23.8 千克大隅號衛星送入了太空,不過大家完全不用可惜,因為再過2個月,東方紅一號就搶了全世界的頭條!

東方紅一號是唯一能肉眼看到的第一顆衛星

東方紅一號衛星是一個近似球形的72面體,直徑約1米,總質量172千克,比其他四個國家的衛星總重還要大,採用自旋姿態穩定方式,轉速為120/分,這是早期沒有姿態控制系統的衛星通用的穩定方式。

這個72面體看上去非常酷,外表面都貼滿了經過處理的鋁合金,用現在的語言描述一下,就是亮瞎我的24K鈦合金狗眼,但即使如此亮閃閃發光,但在地面上看來也只有7等星的亮度,而肉眼要看到它,必須大於6等星(星等數字越大,表示越暗)。


怎麼辦?衛星大小已經確定,再增加附屬物勢必影響衛星設計,最後天才的中國設計師想出了一個絕妙的辦法,在三級火箭上增加一個鍍鋁的聚醯亞胺綢製造的「襯裙」,在入軌後星箭分離,然後三級火箭的襯裙展開,直徑大約有4米,在陽光的照射下,亮度接近二等星!

分離的第三級火箭打開反光襯裙

其實這個高亮的標誌物並不是衛星,而是三級火箭,因為三級火箭送衛星入軌,速度和衛星相差無幾,所以在未來很長的時間內,這個三級火箭都會跟在衛星屁股後面(早期沒有所謂的三級火箭離軌說法)!

當然民眾並不清楚這個狀況,看到一顆衛星經過天頂,那個激動完全無法用預言來描述!而全世界的天文愛好者也是驚呆了,中國人居然整出了這麼大動靜,肉眼即可看到如此亮一顆「衛星」威武雄壯的通過天空,頓時對中國科學家肅然起敬!

各國的第一顆衛星

各位肯定發現了,美國的第一顆衛星只有8.22千克,造個殼子都要好幾千克吧,這一定是來搞笑的,所以我國的東方紅一號173千克,裡面還是裝載了不少實用儀器,比如具有實際意義的探測電離層和大氣層密度的設備,還有以20.009兆赫的頻率發射《東方紅》音樂盒,以及為這些設備提供動力的銀鋅電池。

失去動力50年,為什麼東方紅一號還沒有墜毀?

東方紅一號使用的是銀鋅電池,並且是一次性電池,根據設備功率與電池容量,它的設計在軌通信時間為20天,實際通信時間28天,所以東方紅一號不僅達到了設計要求,而且還大大超出設計時間,它圓滿的完成了任務!

東方紅一號過境


東方紅一號是在1970年4月24日發射的,到1970年5月22日時就已經失去聯繫,但一直到現在我們還經常看到有天文愛好者拍攝的東方紅一號過境照片,為什麼它失去動力50年,仍然還能呆在天上?

其實筆者要說一句的是,東方紅髮射上天、與三級火箭分離後就再也沒有動力,它的存軌時間完全就是當年火箭積累的速度,它沒有掉下來是因為軌道比較高,稀薄大氣的阻力對其儘管有影響,但極其細微,東方紅一號最初軌道為遠地點2036km近地點為429 km,傾角68.4263°。

從1970年到現在一直到現在它的軌道仍然沒有大的變化,也許它還將存在至少上千年!

像國際空間站這類在400千米低軌道運行的,還帶有大型太陽能電池的太空飛行器受到「風阻」的影響就很大,軌道衰減速度為2千米/月,因此國際空間站需要消耗大量的燃料來維持軌道!

最近2年來國際空間站高度抬升記錄

另外中國未來的天宮空間站就是用了四台霍爾電推發動機維持軌道,其實就是離子發動機,這是將推進劑離子化後用電場加速以獲得推力的一種方式,由於排氣速度比化學發動機數十倍設置百倍提升,因此燃料非常節省,比沖極高,只是推力仍然比較小,但作為軌道維持發動機,完全足夠使用!

也許在未來某一天,從天宮空間站出發的空天飛機,可以將東方紅一號帶回地球,讓這個真正經歷過整個中國航天史的衛星來到航天博物館,讓大家瞻仰一下中國航天的第一步!


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