中國首顆人造衛星燃料早已耗盡,為何運行49年沒掉下來?有隱患嗎

流影科學喵 發佈 2022-12-18T05:19:46.201886+00:00

東方紅一號衛星是中國首顆人造衛星,迄今已在軌運行49年。自1965年是我國首次投入建設,到1970年4月24日在酒泉衛星發射中心成功地完成了任務。

東方紅一號衛星是中國首顆人造衛星,迄今已在軌運行49年。自1965年是我國首次投入建設,到1970年4月24日在酒泉衛星發射中心成功地完成了任務。東方紅一號衛星重量173千克,搭載長征一號火箭進入橢圓的軌道,它的近地點441千米,遠地點2368千米,傾角68.44°。因為技術原因,東方紅一號的生命周期只有20天,但東方紅一號在28天後就停止了工作,這顆衛星也就宣告了它的壽命終止。但是,東方紅1號仍然在衛星的軌道上運行,這是為什麼?

我們在搞清楚東方紅1號為何不能降落到地面前,我們首先要知道這顆衛星的工作原理。1687年,牛頓在其《自然哲學的數學原理》中,對引力作出了這樣的解釋:兩個物體,存在著互相吸引的關係。引力的強弱,與物體的重量正相關,與距離的平方成反比例。

這就意味著:兩個物體的距離越近,彼此間的引力也就越大,蘋果成熟後會掉到地上而不是天上,這是因為蘋果樹離地球太近了,它根本逃不出地球的引力。蘋果要想從地球的重力中掙脫出來,就必須藉助外部的力量。

牛頓描繪過一種思維試驗,假設在一座高大的山峰上我們擁有一門巨大的火炮,用來發射一顆炮彈。假定炮彈以極低的速度向下發射,它就會以一種拋物線的方式回到地面。如果炮彈的飛行速度夠快,它就不會再飛回地面了,因為它是一個圓形的,當它下降100米時,它的弧線就會下降100米,這樣,它就不會掉下來了。(不包括空氣的影響)

這種速度,被稱為「宇宙第一速度」,用一種複雜的公式,推算出,地球的宇宙第一速度為7.9公里/秒,而當它的速度達到7.9公里/秒時,它就會脫離地表,環繞著地球運行。東方紅一號衛星,也正是通過這種方式,才能在太空中航行。

東方紅1號便是利用這個原理進入太空的,那為什麼這麼久過去了還沒有掉下來呢?

按照牛頓的重力理論,我們知道,一個物體要以7.9公里/秒的速度飛行才能逃離地球,而當東方紅1號衛星的能源消耗殆盡時,它已經很難維持這樣的速度了,那它為何還沒有墜落到地表?事實上,這主要是因為太空環境是一個接近真空的地方。

而我們都知道,汽車在沒有踩油門的情況下,會逐漸的放慢速度,這是由於汽車與地面的摩擦。然而東方紅一號所在的大氣層很稀薄,摩擦也很小,所以東方紅1號在能源消耗殆盡的情況下,仍然可以在很長一段時間裡以某種速率環繞地球運行。

事實上,就算東方紅1號在太空中靜止不動,東方紅1號也不可能這麼快就墜落。(但必須指出,這顆行星並非靜止不動,而是沿著軌道運動。)這是因為東方紅1號還處於地心引力的作用下,但由於距離太遠,它所受到的重力很少,東方紅1號正以數千年,數萬年,乃至數十萬年的速度向地球逼近。

東方紅1號掉落會怎樣?

有人會擔心東方紅1號墜落,首先我們要明確一點東方紅1號是肯定會墜落的,但這還需要比較長的一段時間。許多人都在擔心東方紅1號墜落的時候會不會撞到人,事實上,這一點,科學家們早就想好了。

首先,大部分的人造衛星在返回地球時,都會與大氣發生摩擦,摩擦所產生的熱量,會讓衛星自燃,大部分小型衛星和衛星殘骸都會在大氣層中被燒毀。

而那些在大氣層中沒有完全燃燒的碎片,則會掉落到地面上,其破壞力和隕石差不多,但地球百分之七十都是海洋,還有大部分區域都是荒無人煙的區域,所以砸到人的可能性很小。但也不能排除這顆人造衛星不會砸到人,假如是在一座人口稠密的城市中,那就有很大的危險,但是因為各國發射的人造衛星都是體積較小的,所以造成的衝擊力並不大。

事實上,當人造衛星的生命周期走到盡頭時,最大的威脅並不在於墜落,而是圍繞著地球的形成太空垃圾,會對正常運轉的衛星造成極大的干擾和損害。

在2005年時,中歐發生了一次空難,一枚美國火箭發動機的殘骸在31年前與中國長征四號火箭CZ-4殘骸相撞,這是一件典型的太空垃圾損毀事件。更糟糕的是,太空垃圾並不會自行消散,而是在與其它空間垃圾碰撞時,會形成更多的殘骸,從而對正常運轉的軌道交通造成巨大影響。

換句話說,太空垃圾並不會自行消退,反而會不斷增長,所以,現在世界上的各個國家都在研究如何清理和回收太空垃圾。可是網際網路時代的發展離不開太空衛星的建設,美國的太空探索技術公司更是提出「星鏈計劃」,計劃發射總計42000顆的衛星,打造一個低軌道通信衛星的星座,為了搶奪衛星網際網路市場。但其真實目的是否為軍方所用就不得而知了,如果建成全球可能都將在美國的監視之下。即時太空垃圾可能會成倍的增多,對此你怎麼看呢?

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