综述
我们为今日我国航空事业的快速发展感到自豪,但你知道,我国航空史的“起点”是什么时候吗?第一个承载着国人梦想飞往太空的是什么吗?
在1970年4月24日,在酒泉卫星发射中心发射出中国的第一颗人造卫星“东方红一号”,这也是我国迈进太空的第一步。
可令人没有想到的是,这颗人造卫星至今在天上“飞翔”,甚至,再“飞”个1000年都没有问题。
为何这颗“东方红一号”不像其他国家的卫星一样,耗尽能源就会坠毁?是什么神奇的力量让它继续绕行地球?
首颗人造卫星——东方红一号
在20世纪60年代,正值美苏太空争霸最激烈时期,1957年苏联就发射了人类历史上第一颗人造卫星,随后美国、法国、日本也发射了人造卫星。
而中国在1970年4月份,也发射了“东方红一号”人造卫星,成为全球第五位能够独立发射人造卫星的国家。
我国早在1958年就已确定了人造卫星的研制工作,成立了代号“581”的攻关小组,组长是钱学森,副组长是赵九章。由于后来研发资源分配等原因,中间暂停过此项目。
直到1965年,在钱学森建议重启人造卫星研制工作。并且确定首枚卫星“东方红一号”属于科学探测性质,且立下了要求:“上得去,抓得住,测得准,听得到,看得见”,因此,也就决定前所未有的让这颗人造卫星播放《东方红》。
经过5年的努力攻关,东方红一号成功由长征一号运载火箭送往太空。在运行期间,卫星正常运行,把遥测参数和太空探测的资料都准确无误的传回地球。
这颗卫星外型类似球体,拥有72个面;直径是1米;重量是173千克,这个重量比先于发射的人造卫星重量总和还要重。并且从卫星跟踪技术,信息传递技术,还有温控技术等,都超过之前其他国家的卫星。
“东方红一号”卫星搭载了一台红外摄像机,以及一台电微分光度计。工作过程一共拍摄了24张宇宙图片。
由于当时太阳能电池技术方案不成熟,在考虑再三后,为稳妥起见,采用了银锌化学电池供电,设定寿命20天,实际硬撑到28天,随后丧失功能。
可是,原本以为失去动力后的东方红一号,会坠落大气层。实际这种情况并没有发生,它继续保持原有的“姿势”在天上滑行。在2022年的5月4日,它还跟2021年升空的中国空间站“同框”,在太空中擦肩而过。
一般人造卫星在失去动力后的情况,会受到大气助力和地球不均衡的引力场影响,逐渐降低轨道,最终会因为重力作用坠入地球大气层,燃烧或是坠毁。
而“东方红一号”似乎并不受影响,还继续保持几乎原有轨道在绕行。主要是这几个原因:
第一,东方红一号的轨道位置,是经过进行挑选的,近点是441公里,远点是2368公里。这个距离有什么特别之处?
这个位置已经能超出了地球的边缘,是出于地球大气层的外层,这里大气稀薄,空气分子的密度极低,几乎无法对卫星产生助力影响。因此,它仅是依靠地球的引力来作为向心力,就能实现稳定的轨道运行。那怕失去动力,也极不容易出现受力失衡,偏离轨道。
当然,这还要配合合适的速度,和轨道的精确参数。比如采用了自旋姿态稳定方式,转速为120转/分,并利用太阳角计和红外地平仪测定姿态。
第二,独特的外形设计也蕴藏着“秘密”。采用球形结构能够让卫星在太空中受力均匀平衡,也减少了姿势变化而造成的受力不均的影响,降低了能量损耗。
再看卫星的用料,外壳采用铝合金材料,非常轻便,强度也很高,且耐腐蚀。而内部也进行了加固,所有的设备都进行了抗辐射的处理。这种用料足可以应对太空中各种“力”的挤压拉伸。能够更加长久的保持其形态。
在太空中,是长期会受到太空辐射和微小流星的撞击。只要稍微出现构造变形,质量分布不均的情况,轻则弹出轨道,重则直接击爆。因此,卫星结构与质量起到重要的作用。
第三,“安全路线”的选择也起到重要作用,在选择轨道倾角上,是花了非常多的心思。因为这条轨道决定了卫星受到地球磁场区域影响的大小,也决定了这条轨道的“安全程度”。
虽然说太空漂浮物是不可预测的,但是有统计的,某些区域影响会较少,而地球磁场和大气层也会产生无法预测的影响。因此,选择一条安全可靠的路线,是极为重要。
因此,很多航空专家通过对东方红一号目前的状态、还有轨道特性,以及未来太空环境变化趋势进行科学的评估后,得出结论:东方红一号再飞1000年都会安然无恙。
为何要让他呆在“太空”1000年?
在寻找为何要实现“太空永动”之前,需要先理解,当年建设这颗卫星到底有多难?
首先,虽然最开始中苏战略合作的支持,可后来两国关系降到冰点,苏联撤回工程师。我国是靠着自己的摸索才将卫星造出来,再送到太空中。
其次,我国当时并没有高尖端的铆接工具,只能通过原始的人工锤子敲打,才将造星敲出来。难度可想而知。
但是,我国却对此提出了比其他国家更高的要求,比如设计更大的质量,搭载更多测试设备,结构上预留了(72面)太阳能板位置等等。
而在预定“空间落点”的时候,便计算出一个(在当时)更合适的距离,更高的轨道要求,永不坠落是我们的“测试内容”,更是我们的“希望”,而事实上东方红一号并没有让人们失望。
漂浮中的东方红一号也具有一定的意义。首先它成为太空研究的长期观察对象,包括轨道影响,材料老化等研究内容。比如长期的太阳辐射和宇宙射线辐射造成的影响。这些对以后航天器皿起到重要的参考作用。
而作为民族自豪的象征,它在太空中成为了一个特殊的标志存在。
结语
东方红一号真的成为太空的永动机吗?当然不是,东方红也要遵守能量守恒定律,它只是变化缓慢而已。根据近期观测数据显示,近地点下降了13千米。
虽然,我们已经发射了宇宙飞船,也拥有自己的空间站,北斗卫星也覆盖整个国家。但是,我们还是希望,这颗象征着中国前辈们的精神和智慧的首颗卫星,能够永远的留在太空,继续见证我国的航天事业。
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