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2016年發(fā)射的天宮二號,，3年后就墜入大氣層,，少量殘骸落入南太平洋；1970年發(fā)射的東方紅一號,，51年后仍然在在軌運行,。難道51年前的太空技術(shù)比今天還要先進嗎？ 運行51年仍舊“堅挺”的東方紅一號20世紀50年代,，蘇聯(lián)和美國相繼發(fā)射了本國的人造地球衛(wèi)星,，拉開了人類探索太空的序幕，全球各國爭奪的焦點也由陸地轉(zhuǎn)向了太空,。 人類探索太空 1958年初,，竺可楨、錢學森,、趙九章聯(lián)名上書,，建議開展中國的人造衛(wèi)星研究。為此,，中國科學院先后制定了“581”任務(wù)和“651”任務(wù),。衛(wèi)星總體技術(shù)方案概括為“上得去、抓得住,、聽得見,、看得見”,。 經(jīng)過艱苦的科研攻關(guān)和十余年的努力，1970年4月24日,，東方紅一號人造衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,，這是新中國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星。東方紅一號的發(fā)射,，使中國成為繼蘇聯(lián),、美國、法國和日本之后世界上第五個獨立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家,。 東方紅一號 東方紅一號重達173千克,，比前4個國家發(fā)射的第1顆衛(wèi)星質(zhì)量總和還多29.8千克。與此同時,，在衛(wèi)星的跟蹤手段,、信號傳輸形式和星上溫控系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域，東方紅一號也都超過了上述4個國家第1顆衛(wèi)星的水平,。 由于當時沒有太陽能電池板,，東方紅一號攜帶的電池壽命只有20天，實際運動了28天,。28天以后,，由于電量耗盡，東方紅一號停止了向地面發(fā)射信號,。也就是說,，東方紅一號在軌運行了28天以后，就失去了工作能力,。 人造衛(wèi)星在軌運行 然而,，東方紅一號的軌道壽命并沒有終結(jié)，它仍然在一個巨大的橢圓軌道上運行著,。 繞不開的軌道衰減不管是人造地球衛(wèi)星還是空間站,，只要它在地球軌道上長期運行，都繞不開令人頭疼的“軌道衰減”,。 用白話說,，軌道衰減就是在軌航天器由于受到大氣阻力等因素的影響，隨著時間的推移,，它的運行速度會越來越慢,，從而導(dǎo)致它的軌道高度緩緩下降。 繞地航天器都會面臨軌道衰減的問題 如果不進行人工干預(yù),，在軌航天器最終會在軌道衰減的作用下墜入大氣層,，變成一個大火球直至燃燒殆盡。所以，國際空間站和中國空間站都必須定期通過電推進發(fā)動機來給自己增速,，以便維持軌道高度,。 一般來講,，大氣阻力系數(shù)和沿飛行軌道的熱層大氣總質(zhì)量密度,，是影響低軌衛(wèi)星軌道高度衰減的重要參數(shù)。 為什么東方紅一號至今仍沒有墜入大氣層既然存在繞不開的軌道衰減,，51年前的東方紅一號為什么至今仍然沒有墜入大氣層呢,？1970年，東方紅一號剛發(fā)射時的軌道為遠地點為2036公里,，近地點為439公里,。到了2020年，東方紅一號的遠地點在2041公里,，近地點在435公里,。 太陽系 我們可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過51年的漫長運行,，東方紅一號的遠地點高了5公里,，近地點低了4公里，幾乎沒有變化,。 東方紅一號維持軌道高度的秘密大概有以下幾點： 一是獨特的運行軌道,。在航空領(lǐng)域，科學家一般用卡門線來作為外太空與地球大氣層的分界線,，它的高度是距離地面100公里,。距離地面越遠，航天器受到的大氣阻力就越小,。在卡門線以上的外太空,，那里的大氣密度已經(jīng)降到了地面的1億分之一。東方紅一號的近地點為439公里,，遠地點為2036公里,。在這種軌道高度，東方紅一號受到的大氣阻力幾乎可以忽略不計了,。 太空視角下的地球 二是慣性作用,。東方紅一號的運行軌道是一個巨大的橢圓形軌道，它在做圓周運動時離心力與受到地球的吸引力相互平衡,。這個微妙的平衡也在一定程度上保證了它能夠長期維持在穩(wěn)定的軌道高度上,。 三是天體攝動和太陽光壓。東方紅一號在運行過程中,，還會受到天體攝動和太陽光壓等因素的影響,，使它甚至有遠離的趨勢而更加不容易落回來了。 東方紅一號還能運行多少年，會一直飄在太空中嗎在軌運行51年后,，東方紅一號絲毫沒有要墜落的意思,，這是否意味著它將與人類和地球同壽呢？ 星辰大海 現(xiàn)代物理學中有一個基本的定律,，叫做動量守恒定律：一個系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零,，這個系統(tǒng)的總動量保持不變，這個結(jié)論叫做動量守恒定律,。 在理想狀態(tài)下,，根據(jù)動量守恒定律，東方紅一號應(yīng)該可以一直保持自己的運動狀態(tài),。但是我們要知道,，地球軌道上的任何一個航天器每時每刻都會受到大氣阻力的影響，導(dǎo)致速度衰減,，進而導(dǎo)致軌道衰減,，盡管這個阻力可能非常微小。 其實這只不過是一個時間長短的問題,。在未來的某一天,，東方紅一號終將墜入大氣層。 |
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