根本沒燃料的東方紅一號,在軌運行半個世紀,為什麼還沒掉下來?

其實東方紅一號根本就沒有燃料,而且在當初設計時根本就沒打算裝載燃料,為什麼沒有燃料的衞星還能在天上飛行那麼久,它永遠都不會掉下來嗎?

根本沒燃料的東方紅一號,在軌運行半個世紀,為什麼還沒掉下來?

關於東方紅一號

這是中國第一顆人造衞星,也是全球第四個能發射衞星的國家,儘管它的發射比前蘇聯第一顆衞星晚了將近13年,但它的技術和發射質量,都甩了前四顆衞星十條街,這一點我們一直都引以為傲。

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東方紅一號是當時中國的兩彈一星中的一星計劃,兩彈是原子彈和氫彈,還有能裝載核彈頭的導彈和第一顆衞星,完成了在一窮二白時代裏相當了不起的任務:原子彈成為最後第五個試爆的常任理事國,氫彈則超越法國成為第四個,衞星則超越英國成為第四個發射衞星常任理事國。按理日本是發射衞星的第四個國家,1970年2月11日日本趕在中國發射之前率先發射了衞星,不過日本不是常任理事國,而且質量只有可憐的24千克,下圖是各國第一顆衞星的質量與軌道數據

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各國第一顆衞星數據

正如上文所説,其它四顆加起來也只有也不如東方紅一號,千萬不要小看這衞星的質量,因為送到近地軌道上的質量,每一千克都代表着運載火箭的載荷能力,所以東方紅一號的173千克總質量,不僅是衞星技術的提升,而且還是第一枚運載火箭的技術起點是很高的。

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另一個值得一提的是在前蘇聯第一顆衞星上天一年之後1958年10月,中國"高空大氣物理代表團"到達蘇聯考察,根據中蘇科學技術協定,中國代表團打算參觀學習蘇聯的衞星與發射火箭的設計與製造,但不出各位所料,除了美麗的莫斯科景色和博物館外,啥都沒看着!當初可能難以理解,但到了21世紀其實特別容易理解,有誰會將最先進的技術展示給別人呢?所以這個案例也奉勸各位,與其被人卡脖子不如自己奮發圖強,搞出真正屬於自己的東西來,所以筆者就比較喜歡踏實研究搞出好產品的公司,像某些避只會組裝而不談自主創新的公司,只能表示呵呵!

東方紅一號真進行太空廣播?

要了解太空廣播的含義,我們首先得來了解下衞星的載荷,主要有電源(銀鋅電池)、測軌用的雷達應答機、雷達信標機、遙測裝置、電子樂音發生器和發射機、科學試驗儀器,在太空期間的任務除了播放《東方紅》樂曲之外,還有衞星技術測控以及探測電離層和大氣密度等任務。

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但對於老百姓來説,其他統統都看不懂,不如《東方紅》樂曲來的更實際一些,而當時的廣播也確實收到了東方紅一號的廣播,但各位可能都理解錯了,東方紅一號的波段與發射功率,只適合專業的衞星地面台,也就是俗稱大鍋的衞星通訊天線才能被接收。

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衞星地面站

地面站接收後轉換成音頻信號,再通過廣播電台發射,這才成了各位家裏收音機都能收到的廣播信號,再有就是即使東方紅一號的衞星的發射功率再大,它的波段也在各位收音機的接收頻率以外,因此各位都誤解了,但這沒有關係,在當時的時代背景下,當聽到衞星發射成功後傳來的樂曲聲時,心情有多激動。

為什麼東方紅一號47年了還在運行?

其實更準的説,東方紅一號現在是一個太空垃圾而已,這有如下幾個原因:

東方紅一號電源已經耗盡

東方紅一號沒有姿態控制

當然最關鍵的是第一條,電源耗盡後及時它功能正常,也無法正常工作了!東方紅一號使用的銀鋅電池,這是一種化學電池,設計壽命20天,它工作了28天,應該已經遠超設計壽命,這表明是非常成功的,但耗盡後整個衞星的就成了一個174公斤的大秤砣。

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第二條也非常關鍵,早期衞星都是中心對稱或者軸對稱的設計,因為可以使用自轉維持姿態,因此採用的天線是多根全向天線,而不是後來的直播衞星使用的拋物面天線。現代衞星的姿態控制方式有:

姿態控制發動機

動量輪姿態控制

姿態控制發動機需要攜帶燃料,比如壓縮空氣或者攜帶燃料和氧化劑,攜帶燃料的發動機或者姿態發動機可以變軌,或者維持高度,比如國際空間站每週都要維持一次高度,也可以改變飛行器姿態!但動量輪(高速旋轉的陀螺)只能改變姿態,無法變軌和維持高度,因此大部分時候都是兩者配合使用的。

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1995年發射的專司太陽觀測的衞星,定位於L1點,使用動量輪維持姿態

但東方紅一號沒有動量輪控制,它在與火箭脱離時採用了旋轉保證穩定,所以東方紅一號它在太空中是不斷轉動的,這種方式明顯不適合載人,當然衞星這種機器是無所謂的。但動量輪需要耗電,東方紅一號這種自轉穩定是一旦開始就不會停止(此處大氣極其稀薄,幾乎可以忽略不計),到現在它仍然是自轉且穩定的(姿態沒有失去控制,沒有翻滾)

但在無法聯繫的情況下仍然是一塊廢鐵,也就是所謂的太空垃圾!它還沒有墜落是因為它特殊的軌道設計,首先它的傾角很大,這是考驗運載火箭的發射能力了,因為發射極軌衞星比發射赤道面自轉方向要難得多,但跟這個沒啥關係!另一個關鍵因素是高軌道,當前東方紅衞星的軌道參數為:

時間 (協調世界時 UTC):2020年3月2日 21:10:39

軌道偏心率:0.1054085

軌道傾角:68.4239°

近地點高度:429 km

遠地點高度:2033 km

每日繞地圈數:13.07868053

初始時刻的軌道圈數:34475

它的近地點高度比國際空間站要高一些,但遠地點高度達到2033千米,而東方紅一號在發射時的參數為:

近地點:439公里

遠地點:2384公里

近地點下降了10千米,畢竟近點還是跟國際空間站軌道差不多的近地軌道,空氣阻力還是有一些,遠地點則下降了300多千米。近地點高度大概要下降到300千米以下才會大幅度丟失高度,最終重返大氣層,要完成這100千米的軌道下降任務,至少也需要500年以上,因此這個軌道保證它在未來相當長的時間仍然會繼續運行下去。

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為什麼東方紅衞星能看到?

這裏有個比較有意思的小故事,即東方紅一號的衞星在地面上是看得見的,這個衞星只有173千克,儘管是一個72面體且佈滿了發射片,但它直徑不超過1米,實際地面觀測只能達到7等星。而肉眼觀測極限是六等星,所以當時為了大家能看到這顆衞星,在三級火箭上設置了一個充氣的反射面。

根本沒燃料的東方紅一號,在軌運行半個世紀,為什麼還沒掉下來?

借箭顯星:分離的第三級火箭打開反光的氣球

所以各位當年看到的並不是衞星,而是那個充氣大球體,不過三級火箭和東方紅一號分離時幾乎是處在同一軌道上的,各位看到那個充氣大球體時,前面不遠就是衞星啦,所以差不離!

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