東方紅一號衛星沒有燃料,為什麼還能飛整整47年?


謝謝邀請,東方紅一號衛星的成功發射是中國航天史上的一座豐碑,是中國發射的第一顆人造地球衛星,由以錢學森為首任院長的中國空間技術研究院自行研製,於1970年4月24日21時35分發射。衛星設計的工作壽命20天,至1970年5月14日停止發射信號,與地面失去了聯繫。由於東方紅一號衛星的近地點高度較高,因此東方紅一號衛星至今仍在軌道上。因為沒有燃料卻至今還在軌道上,所以產生了題主的問題。

牛頓在思考萬有引力定律時就曾設想過,從高山上用不同的水平速度拋出物體,速度一次比一次大,落地點也就一次比一次離山腳遠。如果沒有空氣阻力,當速度足夠大時,物體就永遠不會落到地面上來,它將圍繞地球旋轉,成為一顆繞地球運動的人造地球衛星,簡稱人造衛星。

人造衛星的運動軌道取決於衛星的任務要求,區分為低軌道、中高軌道、地球同步軌道、地球靜止軌道、太陽同步軌道,大橢圓軌道和極軌道。

從地球參考繫上看,地球衛星在一般情況下所受重力大小方向不斷變化且並不指向地心,衛星並非做勻速圓周運動.當衛星靠近地面運行時,其所受慣性離心力和科里奧利力較地球引力小得多,重力近似等於地球引力,衛星的運動近似勻速圓周運動。衛星離地面越遠,重力與地球引力差別越大,二者不可等同。

在物理學中,圓周運動是在圓上轉圈:一個圓形路徑或軌跡。當考慮一件物體的圓周運動時,物體的體積大小可以被忽略,並將其看成一質點(在空氣動力學上除外)。圓周運動的例子有:一個人造衛星跟隨其軌跡轉動、用繩子連接著一塊石頭並轉圈揮動、一架賽車在賽道上轉彎、一粒電子垂直地進入一個平均磁場、一個齒輪在機器中的轉動(其表面和內部任一點)、皮帶傳動裝置、火車的車輪及拐彎處軌道。

圓周運動以向心力提供運動物體所需的加速度。這向心力把運動物體拉向圓形軌跡的中心點。若果沒有向心力,物體會跟隨牛頓第一定律慣性地進行直線運動。即使物體速率不變,物體的速度方向也在不停地改變。即勻速圓周運動中,線速度改變(方向),而角速度不變。

一般來說,衛星軌道不是圓而是橢圓。圓是一個每一點到某個給定點的距離都相等的集合,這個給定點就是圓心。取代這個圓心(或稱為中心),橢圓有兩個焦點。一個橢圓是由所有到這兩個焦點的距離之和為常數的點組成的集合。因此,圓就是一個由兩個焦點合併成一個單一點的特例。事實上,地球總是位於橢圓衛星軌道的一個焦點上。我們稱它為開普勒橢圓軌道。

我們來看一下東方紅一號衛星的相關數據:近地點439千米,遠地點2384千米,周期114分鐘。北京時間2014年4月24日15時30分00秒數據緯度南緯53.77度,經度東經34.88度,速度7.76KM/s,高度623.63KM。

地球的半徑大約是6371KM,所以東方紅一號衛星近地點距離地心距離約為6810KM,遠地點距離地心距離約為8655KM,實際上東方紅一號的運行軌道不是正圓而是橢圓,也就是開普勒橢圓軌道。

綜上所述,雖然東方紅一號沒有燃料,但也依然在軌道上運行了這麼多年,實際上東方紅一號會因為微小的阻力使它的速度一點點的慢下來,軌道也會越來越低,最終會墜入地球大氣層化為灰燼。謝謝閱讀。


你產生疑問的是:以為衛星在太空飛是需要燃料的!然而事實是衛星不需要燃料飛,帶的燃料是用來調整軌道,姿態的!因為在太空也不是絕對的真空還是有阻力的,隨著時間的推移,衛星軌道會降低,有燃料就可以把它控制在我們設定的軌道上!沒有了燃料它就沒辦法調整了,隨著時間推移,軌道降低,慢慢在大氣層內墜落燒毀!如果衛星的軌道近地點足夠高,衛星還能在軌道上待很久,但是不能工作了!衛星上的能源沒了,電子設備就沒法工作了,就報廢了!早期的衛星沒有太陽能電池板,得自己帶電池上去,電能用完就結束了!燃料帶多也沒用!現在有了太陽能板,衛星工作壽命要長很多!


地球大氣層外的宇宙空間是一個沒有物理引力的失重世界,所以任何空間飛行器,只要被運載火箭送入外太空,都可以在相應軌道作周而復始的運行,直至壽終正寢而達到報廢的時候:這個時候由於空間飛行器的相關元器件零部件因老化而失效,從而可能出現故障甚至失控。如果不及時處理就有可能在外太空偏離軌道,從而與其它別的國家正常運行的空間飛行器發生碰撞,以至於釀成太空事故而引發國際糾紛。碰撞後小一些的殘骸有可能被地球引力吸入大氣層,在與大氣層空氣產生高速摩擦後起火墜落大地。前些年美國有一顆失控的報廢衛星,就是被從宙斯盾上發射的標準-3摧毀後墜入大海。

空間飛行器沿地球軌道運行:


雖然國際定義的80千米以上就是太空了,但是實際上200千米以下的空氣阻力都比較明顯,無動力轉不了幾圈甚至一圈就掉下來了,基本到300千米高的軌道上才能到一個可接受近真空無阻力的狀態,但也需要經常的速度補償,二級半火箭,還有空間站一般都在這一軌道。無它,離家近就是方便,不管出門還是回家都好使。

從近地軌道往上才是真正的宇航,三級火箭,太空擺渡車,同步轉移軌道,地月轉移軌道,都是從這兒開始出發,天文學裡的軌道設計從這兒出發,中軌道、高軌道衛星處在阻力極小的環境中,需要很長時間才能掉下來,動力系統主要用來維持姿態,掉下來雖然不容易,不過姿態跑偏還是很常見的,燃料用盡,姿態跑偏,信號丟失,就成了太空垃圾了。


「衛星設計的工作壽命20天,至1970年5月14日停止發射信號,與地面失去了聯繫。」

還真沒想到東方紅一號衛星的設計壽命會這麼短,只是現在默默無聞、碌碌無為地被世人當作一個太空垃圾在軌運行著,它可是標誌著中國進入太空時代的歷史見證,轟轟烈烈20天如今壯士暮年晚景凄慘。


太空是真空環境,沒有空氣阻力,那麼,理論上衛星依靠慣性就能飛得天長地久用不停歇


推薦閱讀:

現實中真的出現過「算錯一個小數點,火箭整體爆炸」這樣的事嗎?
如何看待最近旅行者一號的重啟?
如何看待阿波羅11號操作系統源碼公布?
火箭構型主要是由什麼來決定的?
火箭可否認為是一個大型的竄天猴呢?為何製造難度如此大,甚至發射失敗呢?

TAG:航空航天 | 軍事 | 科技 | 科學 |