设计寿命仅20天，东方红一号为何飞了50年还没掉下来？

1. 设计寿命仅20天，东方红一号为何飞了50年还没掉下来？

1970年4月24日，重达173千克是东方红一号，在酒泉卫星发射中心，被长征一号运载火箭，送上了近地点441千米，远地点2368千米的地球椭圆轨道。
 
作为中国第一颗人造卫星，东方红一号采用了银锌电池作为能量来源，预计工作寿命20天，实际工作寿命28天，在轨工作期间测定了外太空的基本数据情况，并且利用特殊的几何造型，以及“裙摆”结构，达到了“让地球上的人看得见”的反射太阳光水平。
 
50年后的今天，尽管东方红一号早就没电了，但它仍然维持在当初的轨道高度上，日复一日的绕地球做公转运动，那么是什么力量在让一块173千克，且没有能量来源的铁块，在太空绕地球公转50年呢？
 
这个问题的答案要从牛顿讲起
 
1687年，牛顿的《自然哲学的数学原理》发表后，人们知道了，只要物体的运动速度达到7.9km/s，那么物体就能飞出大气层，绕地球做圆周运动，而不坠入地球，成为像月球一样的存在。
 
但和大部分人想象中的不太一样，太空其实并不是严格意义上的真空，尤其是400千米高度以下的近地空间，更是无法实现牛顿“成为像月球一样的存在”的梦想。
 
因为地球大气层最外侧的散逸层中的大气分子，每时每刻都在被太阳风“剥离”，而剥离的大气分子长期游荡在近地轨道，这就导致在400km高度以下运行的空间站和卫星们，时间长了就会因为这些空气分子而降低速度，降低速度的后果就是公转轨道下降，因此在轨的国际空间站才会每隔几年，就用额外动力提升一下轨道，避免因为公转速度太慢而坠入地球。
 
东方红一号长期在轨，且不坠入地球的秘诀，在于它的轨道高度
 
由于东方红一号的绕地球公转轨道是椭圆的，所以势必会有近地点和远地点的区别，就像地球有近地点和远日点一样，而东方红一号的近地点轨道高度是440km，在这个高度的太空中，已经几乎不存在地球大气分子了，也就是说这里是高度意义上的“真空”，力学三定律在这里将得到最大程度的还原。
 
根据牛顿第一定律，一个物体在没有受到外力作用前，将保持静止或者匀速直线运动状态
 
而东方红一号就处于一个“几乎没有外力作用”的空间中，因此它完美继承了当初的轨道速度，且能够持续在地球引力作用下，保持自己的椭圆公转轨道50年。
 
在可以预见的未来，东方红一号仍然将在轨公转，如果未来东方红一号始终没有被“二度捕获”的话，500年甚至5000年后，它依旧会在高地球轨道公转。

2. 东方红一号设计的寿命只有20天，为什么却飞行了49年？

　　随着人类的进步，对外太空的兴趣越来越大，人们开始将目光投向太空，世界上第一个计划上太空的人应该是明朝的万户，而他也实施了这个计划，但由于技术落后，他最终现身航天事业。现在，人类不但能飞天，而且还能到外太空中。伴随着人类无数代人的上天摘星揽月的梦也实现了。而在这里我们要提的一个是人造卫星，人类在摘星的同时也会造星。


　　“东方红一号”，一个振奋人心的名字，1970年4月24日21时35分中国在甘肃酒泉卫星发射场发射了这枚卫星，“东方红一号”的发射成功使中国成为世界上继苏联、美国、法国和日本之后第五个完全依靠自己的力量成功发射人造卫星的国家。这里不得不提的一点是中国发射卫星其实早于日本几个月，但由于第二级火箭控制系统的程序配电器中途发生故障，发射失败了。

　　中国发射卫星先于日本几个月，但只能眼睁睁看着日本不紧不慢地发射成功了。中国的“东方红一号”虽然比苏联发射第一颗人造卫星“斯普特尼克一号”晚了13年，但是它的质量超过了前四个国家第一颗卫星质量的总和。而中国也因此正式加入了“太空俱乐部”时代。
　　“东方红一号”在当时的设计寿命大约为20天，而其在为期28天的飞行之后与地面失去了联系，从此孤以后它就零零绕着地球运行。那么东方红一号为何没有了动力，依然在轨飞行49年，它是怎么做到的呢？事实上，卫星的运行并不依靠燃料，众所周知，世间万物都有惯性，而卫星也是依靠惯性来运行。
　　就拿地球或者月球来说，它也是没有能量的，但一直还在作圆周运行，那这是什么道理呢？因为地球和月球都是绕着轨道运行的，而东方红一号也是有自己的轨道，它在失去动力后，仍然围绕地球做圆周运动。因为东方红一号所在的地方距离地球已经达到了430千米，这样的高度基本上处于真空状态，称得上是外太空，很多人可能不知道第一宇宙速度，第一宇宙速度是7.9千米每秒。


　　也就是说如果达到这个速度就可以围绕着地球在太空中飞行，在这期间，没有任何力可以让它停下来。甚至减速都是不可能的，也就是这个原因，东方红一号才能在外太空围绕地球飞行那么长时间。大多数绕地球运行的卫星也是这样的，但这些卫星是低轨道卫星，因此在运行到一定时间后，还是会受到大气的摩擦减速，最终会坠回到地球上。
　　这是理论推测，但实际上，东方红一号完全可以在太空中运行至少一百年的时间。中国在航天航空领域与其他几个国家比起来，起步是很晚的，因为新中国成立后，中国别说科技，就连人民的温饱都很难解决，但在这样的形势下，中国有了巨大的发展。我们向航天科学家们致敬。

3. 致敬东方红一号卫星发射成功52周年，东方红一号现在怎样了？

东方红一号现在仍然在太空中飞行。
一、52岁的东方红一号还在太空中运行


自一九七○年四月二十四日升空以来，至今仍在绕着地球公转，至今已近50多年。
据专家估算，东风红一号至少还能再工作一百多年。
在明亮的天空中，我们可以看见一个高速运动的东方红一号，由于其表面的反射，在天空中显得特别醒目。
二、东方红一号还能运行的原因

东方红一号的体积很大，它的直径是一米七，重达173公斤。
在发射的时候我们利用火箭的高推力将卫星发射到了较高的轨道，因而受到的地球引力就比其他卫星的小。
另外，东方红一号使用的是银锌电池，而非其他卫星的太阳能电池。
虽然银锌电池的电量是有限制的，但它没有太阳能电池那么大，可以承受更大的迎风。
从外观上看，东方红一号的表面是一个球形，可以将阻力降到最低。
那时，研究人员为东方红一号设计的电池只需要20天就会用完，但由于其独特的设计，其工作了28天。
以上，所有的因素相加，就使得东方红一号能在太空中长期地漂浮。
三、东方红一号对于我国的重要意义


东方红一号卫星的成功发射，为中国人民揭开了对宇宙奥秘、和平利用空间、造福人类的序幕。
经有关部门院批准，从2016年开始，将每年的4月24日定为“中国航天日”。
以促进中国航天事业的发展，弘扬航天精神，传播航天文化，激发全民探索创新的热情。
唱响“发展航天事业、建设航天强国”的主旋律，凝聚实现中国梦航天梦的强大力量。
东方红一号也将像我国的航天梦想一样，长期在太空中飘扬不落。

4. 设计寿命只有20天，东方红一号如何飞了49年还不会掉下来？

我们都知道“东方红一号”卫星在1970年在酒泉卫星发射中心发射成功 开创了我们航天事业的起点距今将近49年仍在轨飞行但是它的设计寿命仅仅20天它是怎么做到的呢 它的动力何来

5. 东方红一号还在太空吗

东方红一号还在太空。我国首颗人造卫星“东方红1号”自1970年发射升空后，仍在轨运行，是世界上在轨时间最长的卫星之一。东方红一号的设计寿命只有20天，它出色地完成了预定任务，在太空中工作时长达到了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，但它并没有返回地球，而是环绕地球做惯性运动。             
                  东方红一号还在太空。我国首颗人造卫星“东方红1号”自1970年发射升空后，仍在轨运行，是世界上在轨时间最长的卫星之一。东方红一号的设计寿命只有20天，它出色地完成了预定任务，在太空中工作时长达到了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，但它并没有返回地球，而是环绕地球做惯性运动。

6. 52年了，东方红一号竟还在天上飞

本文审稿：刘艳，中国科学院空间应用工程与技术中心
  
 没想到，52年过去了，东方红一号卫星竟然还在天上飞？！
  
 要不是真有人拍到了，说实话我还有点不敢相信。
  
 就在几天前，一段“世纪同框”的视频让网友集体破防：
     
  图源：腾讯视频
  
 视频中，“东方红一号”卫星与中国空间站擦身而过，发射相差了近半个世纪的两个人造天体在夜空中“遥遥相望”。
  
 有网友感慨这相隔半世纪的两颗“星星”相聚的奇迹：
     
 毕竟，同时期美国、苏联和日本发射的第一颗人造卫星，都已经因为轨道、动力等各种原因坠毁。
  
 “东方红一号”本身的意义无需赘述，它是我国第一颗人造卫星。作为“两弹一星”中的“一星”，承载着几代航天人的梦想和初心。
  
 而“东方红一号”的发射，更标志着中国对于太空的 探索 就此拉开序幕。
  
 在这之后，我国航天发展一路“开枝散叶”——
  
 “东方红一号”卫星技术总负责人孙家栋，成为我国首任探月工程技术总负责人，开启了我国探月和深空探测之路；
  
 “东方红一号”卫星技术负责人之一戚发轫，担任神舟飞船技术总负责人，由此我国开始在载人航天上书写 历史 ；
  
 “东方红一号”卫星测控系统技术总负责人陈芳允，成为北斗卫星导航系统创始人之一；
  
 ……
  
 但其实，这颗在太空中飞了52年的“东方红一号”卫星，最初是在从理论到工业几乎“一无所有”的基础上研发出来的。
  
 5000多人，在2亿元经费的基础上，用笔和算盘一步步“手工”完成了卫星从设计、生产、制造到发射的全过程。
  
 宇宙中第一次有了来自中国的声音
  
 1970年，宇宙中第一次有了来自中国的声音——
  
 中国第一颗人造卫星东方红一号成功发射，开启了中国航天史的新纪元。
  
 因为卫星在太空中向全世界发出《东方红》的歌声而得名“东方红一号”。
  
 它重达173公斤，是一枚直径为1米的球形多面体，装有4根3米长的鞭状天线。
  
 该卫星升空后，绕地运行周期为114分钟，在用20.002兆赫频率播放乐曲《东方红》的同时，传送遥测参数和科学探测数据。
  
 如今每年的中国航天日，就定在发射当天——4月24日。
     
 但回顾当时东方红一号从0到1的研制，一切都是那么不容易。
  
 上世纪五十年代末，中国正式提出要做人造地球卫星。
  
 在此之前，苏联已经成功发射了世界首颗人造卫星。美国紧随其后，在1958年将探险者一号送上太空。
  
 而这时候的中国， 在经济、人才等方面距发射卫星的条件还距离很远。
  
 就连在1959年十周年献礼时，对外展出的卫星和火箭模型，都是年轻学者用手工敲打出来的。
  
 据央视报道，当时这些年轻人对火箭、卫星知识的了解，还不如现在的中学生。
  
 而且即便模型做出来，还有一堆实际问题解决不了，比如设计参数无法抉择、测试条件差、所需生产加工设备供应不上……
  
 中国的科学家们也不是没有想过向老大哥苏联学习，还跑到了莫斯科去调研，但结果无奈遇冷。
  
 而且由于国力有限，他们决定先打基础，致力于火箭、高空物理探测等设备的研发上。
  
 直至东风2号中程导弹发射成功，标志着中国基本上具备了发射人造地球卫星的能力。
     
  图源：新华网，乐音装置
  
 他们还立了个起点更高的Flag：中国第一颗卫星要在100千克左右。
  
 当时苏联第一颗卫星重量83.6千克，美国的第一颗卫星仅8.2千克。卫星越重，对火箭发动机以及各设备的要求也就越高。
  
 但最终他们完成了，而且实际重量达到了173千克。
  
 直到1968年2月20日，中国空间技术研究院成立，东方红一号的研制才正式搬上了日程——
  
 钱学森担任第一任院长，研制队伍超5000人，中央拨款两亿人民币。
     
  钱学森
  
 据新华网报道，“东方红一号”卫星总体设计组副组长潘厚任回忆道：
  
 两亿人民币在那个时候，真是不容易的。
  
 因为除了经费，老一辈航天人几乎一无所有。
  
 期间的很多困难都是用“土方法”来解决的。
  
 比如像卫星制造中的一道重要工序——铆接，因为当时卫星厂是由科学仪器厂转产，没有干过这事儿，而且也没有铆枪和固定工件的桁架。
  
 工人们就靠一把小锤，用自己的身体当桁架，将铆钉一个个敲上去。
  
 在这种条件下，他们解决了多项工艺问题，之后就来到了多个环境模拟试验阶段。
  
 “东方红一号”卫星技术负责人之一戚发轫曾回忆起当时夏天试验的时候，因为卫星厂没有低温试验室，就穿着大棉袄去到海军的冷库里进行试验。
     
  图源：宇宙高歌《东方红》
  
 条件是艰苦了些，但是技术却始终在不停迭代。
  
 1967年研究院成立前夕，中国摩擦学学科的开拓者与学术带头人党鸿辛，和团队一起解决了一个卫星传输的关键问题。
  
 他们选择了一种以铜为基础的导电干膜，成功解决了-100 至100 下超短波天线信号传输困难的问题。
  
 地球之所以能接收到东方红一号的音乐信号，就少不了党鸿辛团队的功劳。
     
  视频源：宇宙高歌《东方红》
  
 信号的问题解决了，但卫星本身还要经受住极端温度变化的考验。
  
 放在当时，这还是世界公认的难题。
  
 为此，中国科学家们研制出了一套完整的温控系统来平衡卫星内部的温度，但系统正常运转需要耗费大量的电力，而卫星携带的电量很有限。
  
 最后，他们想到利用其他仪器在工作时产生的热量，帮助卫星控制温度，其外部材料采用的是按照温控处理的铝合金材料，如此一来解决了耗电大的难题。
  
 很快在两三年之后，他们就完成了首颗人造卫星的目标。
  
 1970年4月24日，长征一号运载火箭搭载东方红一号卫星成功进入预定轨道，完成为期二十多天的探测任务，至同年5月14日停止发射信号。
  
 中国至此成为世界上第五个独立研制和发射卫星的国家。
  
 从正式立项到卫星成功发射，中国完成的时间仅不到五年。
  
 而且时至今日，东方红仍在太空中飞行，俯瞰这中国航天的发展。同时期的卫星大多已坠入大气层当中去了。
  
 这究竟是如何做到的？
  
 为何东方红一号仍在轨运行
  
 还得从当时整个技术方案说起。
  
 当时设计东方红一号卫星，主要任务是进行卫星技术试验、探测电离层以及大气层密度。
  
 因而在轨道设计上是一个近地点在441公里左右，远地点在2368公里左右，与地球赤道平面成68.5度角的近地椭圆轨道。
  
 我们知道，卫星在太空绕地球飞行不需要动力，完全靠惯性飞行。理论上，如果没有任何阻力，就没有能量消耗，会永久飞行下去。
  
 但实际上，太空并非空无一物，尤其是在地球近地轨道上仍然有痕量的气体存在，越靠近地球气体分子越多，这也是为什么目前空间站每隔一段时间就要主动升轨的原因。
  
 上面我们提到，东方红一号运行在近地点441公里，远地点达2368公里的轨道上。
  
 作为比较，目前国际空间站运行在420公里高的轨道上。由此可见，即便东方红一号的近地点也比国际空间站的轨道还高。因此，东方红一号在轨道上运行受到的阻力很小。
  
 至于另一种更普遍的归宿——进入到大气层（100公里~300公里左右区间）烧毁解体，那也是要等待猴年马月的。
  
 据最新数据显示，东方红一号卫星最新近地点高度为428公里，远地点高度为2030公里。
  
 也就是说，经过半世纪的运行，东方红一号的近地点仅降低了13公里。

7. 燃料早已耗尽，飞了49年东方红一号为啥还不会掉下来？

东方红一号设计寿命仅20天，为何燃料耗尽之后，还能运行49年

8. 现在已经升空50年的东方红一号如今是什么结局？

对于中国航天事业来说，东方红一号的发射升空是个标志性成就。1970年4月24日至今，东方红一号发射升空已经足足有50年时间，如今这颗传奇卫星怎么样了？这里可以提前告诉大家答案，东方红一号现在依然在轨道上运行，并在持续接受航天测控部门的监控。


可能有人会感到疑惑不解，因为人类发射的航天器都是有使用寿命的，短则几个月，长则几年，基本都会慢慢靠向地球然后坠入大气层，比如著名的国际空间站，它从1998年正式建站，就传出了即将坠毁的消息。
为什么东方红一号能够在太空继续在轨道运行下去呢？


实际上，东方红一号的技术毕竟很原始，它是世界各国发射的第一颗卫星当中质量最高的，达到了173千克，这相当不简单。东方红一号的设计寿命只有短短的20天，但它在太空正常工作了28天的时间，一直以电波的形式在向地球播放《东方红》乐曲。而这是因为当时的太阳能技术还不够发达，东方红一号使用的动力来源是蓄电池，这导致了当时世界各国发射的卫星使用寿命都比较短，东方红一号自然也不例外。
但和其他卫星不同的是，东方红一号还在地球轨道运行着，这主要得益于两大原因。


第一，东方红一号卫星发射的轨道高。
东方红一号当年发射选择的轨道，是一个近地点441千米，远地点2368千米的高空轨道。发射的轨道高，就给了东方红一号足够的空间，它受到的地球引力也相对较小，就算受到地球引力的吸引，也需要相当缓慢的接近过程。有学者预计，在未来几百年内，东方红一号依然会在太空继续运行。未来它可能会跟地球越靠越近，也可能摆脱地球引力的束缚，飞向更遥远的太空。
第二点就是东方红一号的质量大。


还是173千克的质量，这是问题的另一个关键。
质量越大，惯性越大，这也是一个规律。东方红一号的质量让其在轨道运行的时候就算失去动力，也能拥有较大的惯性继续运行，尤其在太空阻力几乎为零的情况下。
东方红一号的非凡意义，值得我们每一个人铭记。