设计寿命仅20天,东方红一号为何飞了50年还没掉下来?

50年前的今天,我国的第一颗人造卫星“东方红一号”飞上太空,由此掀开了我国太空探索的大幕,成为我们伟大太空梦的新起点。此后,我国又发射了一系列的人造卫星,把航天员送上太空,还把探测器送到月球上。

东方红一号的设计寿命为20天,它在太空中出色地完成了预定任务,工作时长达到了28天。在完成使命之后,东方红一号不再向地球上发射无线电信号,但它并没有再入地球大气层坠毁,而是环绕地球运动。50年过去了,东方红一号仍然在太空中飞行。

那么,为什么东方红一号能在太空中飞行整整半个世纪而不坠落?它的动力来源是什么?

事实上,东方红一号早在50年前就已经消耗完燃料,它在太空中飞行并不需要动力来源。至于它能一直在太空中飞行的原因其实很简单,奥秘就在于惯性。

试想一下,沿着水平方向抛出一个小球,在地心引力的作用下,小球会掉到地上。如果扔得越用力,小球的初速度越大,小球在水平方向上飞得越远。

考虑一种极端的情况,当小球被扔出去时获得了足够快的初速度,尽管地心引力会让小球向下落,但地球是个球体,表面是弯曲的,飞得足够快的小球可以飞越地表,不会掉到地上。

在这种情况下,没有动力的小球将会环绕地球做圆周运动。根据牛顿力学,可以算出该速度的大小为7.9公里/秒,这个速度被称为第一宇宙速度。

不过,这种运动方式只有在太空中才能实现。因为地表存在稠密的空气,而且还有建筑物和山脉的阻挡。

一旦到了距离地表100公里以上的太空中,如果让航天器加速到第一宇宙速度(实际略低于7.9公里/秒,因为太空比地表离地心更远,所受引力更弱),在几乎没有阻力的太空中,航天器就能依靠惯性绕着地球不断运动,这就是东方红一号可以在太空中运行50年而不坠落的原因。

经过50年的飞行,东方红一号的轨道高度与最初没有什么差别。目前,东方红一号运行在一个近地点为438公里,远地点为2039公里的椭圆轨道中,其轨道倾角为68.4度。在这样的轨道上,东方红一号可以飞行极为漫长的时间,甚至有可能一直飞到地球上不再有人类。

尽管东方红一号早已无法向外发射信号,但我们在地球上仍然能够追踪到这颗人造卫星。东方红一号会把太阳光反射到地球上,并且我们能够知道它在什么时候飞过什么地方的上空,所以我们还能拍摄到它。

既然东方红一号会在太空中长时间飞行,未来我们能否把它捕捉回来?

理论上,把东方红一号带回地球上是可以做到的,但这么做的成本极高,而且缺乏科学价值。倒不如让东方红一号一直在太空中飞行,让它默默见证我国航天事业的不断发展。