2016年發(fā)射的天宮二號(hào)，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(hào)，51年后仍然在在軌運(yùn)行。難道51年前的太空技術(shù)比今天還要先進(jìn)嗎？

運(yùn)行51年仍舊“堅(jiān)挺”的東方紅一號(hào)

20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)和美國(guó)相繼發(fā)射了本國(guó)的人造地球衛(wèi)星，拉開(kāi)了人類探索太空的序幕，全球各國(guó)爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)也由陸地轉(zhuǎn)向了太空。

人類探索太空

1958年初，竺可楨、錢學(xué)森、趙九章聯(lián)名上書(shū)，建議開(kāi)展中國(guó)的人造衛(wèi)星研究。為此，中國(guó)科學(xué)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(tīng)得見(jiàn)、看得見(jiàn)”。

經(jīng)過(guò)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(hào)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(guó)發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星。東方紅一號(hào)的發(fā)射，使中國(guó)成為繼蘇聯(lián)、美國(guó)、法國(guó)和日本之后世界上第五個(gè)獨(dú)立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國(guó)家。

東方紅一號(hào)

東方紅一號(hào)重達(dá)173千克，比前4個(gè)國(guó)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(shí)，在衛(wèi)星的跟蹤手段、信號(hào)傳輸形式和星上溫控系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域，東方紅一號(hào)也都超過(guò)了上述4個(gè)國(guó)家第1顆衛(wèi)星的水平。

由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有太陽(yáng)能電池板，東方紅一號(hào)攜帶的電池壽命只有20天，實(shí)際運(yùn)動(dòng)了28天。28天以后，由于電量耗盡，東方紅一號(hào)停止了向地面發(fā)射信號(hào)。也就是說(shuō)，東方紅一號(hào)在軌運(yùn)行了28天以后，就失去了工作能力。

人造衛(wèi)星在軌運(yùn)行

然而，東方紅一號(hào)的軌道壽命并沒(méi)有終結(jié)，它仍然在一個(gè)巨大的橢圓軌道上運(yùn)行著。

繞不開(kāi)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(zhǎng)期運(yùn)行，都繞不開(kāi)令人頭疼的“軌道衰減”。

用白話說(shuō)，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(shí)間的推移，它的運(yùn)行速度會(huì)越來(lái)越慢，從而導(dǎo)致它的軌道高度緩緩下降。

繞地航天器都會(huì)面臨軌道衰減的問(wèn)題

如果不進(jìn)行人工干預(yù)，在軌航天器最終會(huì)在軌道衰減的作用下墜入大氣層，變成一個(gè)大火球直至燃燒殆盡。所以，國(guó)際空間站和中國(guó)空間站都必須定期通過(guò)電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)給自己增速，以便維持軌道高度。

一般來(lái)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(hào)至今仍沒(méi)有墜入大氣層

既然存在繞不開(kāi)的軌道衰減，51年前的東方紅一號(hào)為什么至今仍然沒(méi)有墜入大氣層呢？1970年，東方紅一號(hào)剛發(fā)射時(shí)的軌道為遠(yuǎn)地點(diǎn)為2036公里，近地點(diǎn)為439公里。到了2020年，東方紅一號(hào)的遠(yuǎn)地點(diǎn)在2041公里，近地點(diǎn)在435公里。

太陽(yáng)系

我們可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)51年的漫長(zhǎng)運(yùn)行，東方紅一號(hào)的遠(yuǎn)地點(diǎn)高了5公里，近地點(diǎn)低了4公里，幾乎沒(méi)有變化。

東方紅一號(hào)維持軌道高度的秘密大概有以下幾點(diǎn)：

一是獨(dú)特的運(yùn)行軌道。在航空領(lǐng)域，科學(xué)家一般用卡門線來(lái)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(yuǎn)，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(hào)的近地點(diǎn)為439公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)為2036公里。在這種軌道高度，東方紅一號(hào)受到的大氣阻力幾乎可以忽略不計(jì)了。

太空視角下的地球

二是慣性作用。東方紅一號(hào)的運(yùn)行軌道是一個(gè)巨大的橢圓形軌道，它在做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)離心力與受到地球的吸引力相互平衡。這個(gè)微妙的平衡也在一定程度上保證了它能夠長(zhǎng)期維持在穩(wěn)定的軌道高度上。

三是天體攝動(dòng)和太陽(yáng)光壓。東方紅一號(hào)在運(yùn)行過(guò)程中，還會(huì)受到天體攝動(dòng)和太陽(yáng)光壓等因素的影響，使它甚至有遠(yuǎn)離的趨勢(shì)而更加不容易落回來(lái)了。

東方紅一號(hào)還能運(yùn)行多少年，會(huì)一直飄在太空中嗎

在軌運(yùn)行51年后，東方紅一號(hào)絲毫沒(méi)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(xué)中有一個(gè)基本的定律，叫做動(dòng)量守恒定律：一個(gè)系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零，這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變，這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)量守恒定律。

在理想狀態(tài)下，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，東方紅一號(hào)應(yīng)該可以一直保持自己的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。但是我們要知道，地球軌道上的任何一個(gè)航天器每時(shí)每刻都會(huì)受到大氣阻力的影響，導(dǎo)致速度衰減，進(jìn)而導(dǎo)致軌道衰減，盡管這個(gè)阻力可能非常微小。

其實(shí)這只不過(guò)是一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)短的問(wèn)題。在未來(lái)的某一天，東方紅一號(hào)終將墜入大氣層。

為什么隕石總是落在荒無(wú)人煙的地方，為什么說(shuō)被隕石砸中比“天上掉餡餅”還幸運(yùn)？