励志典范

52年前的今天东方红1号发射升空!空间站机械臂能把它带回吗?

发布日期:2022-08-09 06:04   来源:未知   

  1970年4月24日,也就是52年前的今天,我国第一颗人造地球卫星“东方红1号”,在甘肃酒泉卫星发射中心点火升空,从此开启了我国航空航天事业迅速发展的帷幕。

  当时正处于美苏争霸的白热化时期,哪个国家在太空探测领域取得先机,就会在国际事务中掌握更多的话语权。我们国家那个时候正在加快进行经济建设,在太空探测领域自然需要跟上国际发展步伐,亟需在这一领域提振一下士气。

  在这种情况下,我国的科学家们在十分艰难、科学技术基本上处于被封锁的背景下,奋发图强,攻坚克难,终于独立研制出了我国第一颗人造卫星,并命名为“东方红1号”,向全球展示了东方大国冉冉升起的精神面貌。

  “东方红1号”的成功发射,使我国成为继前苏联、美国、法国、日本之后,世界上第5个掌握卫星研发和发射技术并且成功实践的国家,这为我国后来航空航天事业的飞速发展,积累了丰富的经验,奠定了坚实的基础。

  为了纪念这一成就,我国于2016年,将每年的4月24日确定为“中国航天日”,以此来纪念历史上的伟大成就,弘扬中国航天精神,并激发全国人民特别是青少年崇尚科学、勇于探索、努力突破的精神和热情。

  “东方红1号”卫星采用的是72面体设计,直径约1米,总重量约173公斤。作为一颗定位为试验性的通信卫星,“东方红1号”在发射升空后,进入近地点439公里、远地点2384公里的近地轨道,在围绕地球运行的同时,自身也以自旋的方式来进行姿态调整,大约每0.5秒转动一圈。

  该卫星当时携带了多种探测仪器,主要包括太阳角计和红外地平仪,其中太阳角计用于测定卫星相对太阳的姿态变化和本身的自旋速率,红外地平仪用于调整和稳定卫星的飞行姿态。除此之外,卫星还携带了一套音乐播放设备,持续向地面传送“东方红”乐曲,使得这颗卫星,既庄严肃穆,又浪漫有加。

  由于是一颗试验性质的卫星,其设计工作寿命只有20天,在轨运行28天之后,由于卫星所带的电池电量耗尽,“东方红”乐曲也停止发送,卫星也与地面失去了联系。

  大家知道,人造地球卫星在达到使用寿命之后,其电量供给一般就会越来越弱直至完全不能供电,那些所携带的仪器设备,也就不能正常开展工作了,特别是能够维持轨道的能力也就不复存在,这就是为什么很多卫星在报废之后,受地球重力的影响,会在隔一段时间之后不可避免地出现轨道逐渐降低的情况,最终的命运都是坠入地球大气层而焚毁。

  虽然现在“东方红1号”不能再向地球发送信息了,但是通过地面的一些观测设备,有时用普通的天文望远镜,也能够在天空中捕捉到“东方红1号”的身影,这说明52年来,“东方红1号”一直在近地轨道上运行着,根本没有坠入地球大气层,这么长时间,“东方红1号”为什么没有像其他卫星那样坠落呢?

  按照万有引力公式和向心力公式,我们可以计算出一个航天器,能够围绕地球表面飞行所需的最小速度,即第一宇宙速度的数值为7.9公里/秒,而这个最低速度与飞行器的质量没有关系,只与距离地球表面的高度有关。

  当然,人造卫星不可能紧贴着地面飞行,在一定高度下运行时,还会受到空气阻力的作用,所以为了维持卫星的轨道高度,其在进入轨道后的初速线速度,一般都是要大于第一宇宙速度的。而随着高度的增加,空气变得越来越稀薄,那么阻力作用就会越来越低,那么卫星的实际飞行速度,均会高出这个高度下的最低环绕速度,所以卫星不会坠落下来。即使在失去动力来源的时候,如果运行的线速度相对于最低环绕速度仍然高出很多,那么能够在轨道上维持飞行的时间也会很长。

  从“东方红1号”卫星的运行轨道看,它的近地点比天宫空间站和国际空间站都高,远地点就更远了,理论上维持轨道的最低速度,相对于地表的第一宇宙速度要小很多,而且这个轨道区间内大气层的密度非常小,仅有地球表面的百亿分之一,所以卫星依然能够在轨道上“自由翱翔”。另外,在这52年时间里,所幸卫星也没有遭到地外小天体、其他航天器和太空垃圾的撞击,确保了它能长时间地环绕地球飞行而没有坠落。

  根据我国科学家长期对“东方红1号”进行的监测,预计该卫星仍然会在相当长时间内,围绕地球运行,不但短期内不会坠落,相反地在太阳光压、其他天体引力干扰等影响下,有可能还会脱离现有环绕地球轨道,造成越来越远的情况。

  很多朋友肯定觉得,既然“东方红”的历史意义这么大,现在还基本上完好无损,把它带回地球放到博物馆里,教育和纪念意义岂不是会更大?当然,这种想法是正确的,也是人之常情。

  我国天宫空间站现在已经进入全面建造的阶段,神舟十三号乘组已经圆满完成既定任务,今年我们还将围绕空间站建设进行6次发射活动。在天和核心舱的舱外,配备有可以自由伸展和活动的七自由度机械臂,那么,能不能利用这个强大的机械臂,将“东方红1号”带回呢?

  从相关参数看,天宫空间站的机械臂,现在的最大长度在10.2米左右,当实验舱对接成功后,核心舱和实验舱的机械臂还可以进行合体,长度能达到15米,定位目标的精度可以控制在45毫米以内,最大抓举和拖动物体的能力可达25吨。而“东方红1号”卫星的重量仅有173公斤,如果我国空间站机械臂“想抓”的话,肯定不费什么事。

  但是,有一个很关键的问题,那就是天宫空间站和东方红1号卫星的轨道高度不一样,即使是东方红1号的近地点,与天宫空间站都有30多公里的差距,这还只是垂直高度的差距,实际上二者在一个垂直面上的几率很低,很多时候东方红1号距离地面是在更远的区域。

  所以,要想利用空间站去抓住卫星,必须要靠近到足够的程度才行,这就需要空间站利用大量的能源,来改变原有的运行轨道,实施这种操作的难度较大暂且不说,而且还会对空间站的运行造成不可预知的后果。在当前情况下,我们既不需要冒这个险,而且也没有必要这么去做,性价比实在是太低了。反正“东方红1号”短时间内也不会消失,等到以后条件成熟了再这么做也未尝不可。