東方紅一號衛(wèi)星是中國首顆人造衛(wèi)星,迄今已在軌運行49年。自1965年是我國首次投入建設(shè),到1970年4月24日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功地完成了任務(wù)。東方紅一號衛(wèi)星重量173千克,搭載長征一號火箭進入橢圓的軌道,它的近地點441千米,遠地點2368千米,傾角68.44°。因為技術(shù)原因,東方紅一號的生命周期只有20天,但東方紅一號在28天后就停止了工作,這顆衛(wèi)星也就宣告了它的壽命終止。但是,東方紅1號仍然在衛(wèi)星的軌道上運行,這是為什么?
我們在搞清楚東方紅1號為何不能降落到地面前,我們首先要知道這顆衛(wèi)星的工作原理。1687年,牛頓在其《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中,對引力作出了這樣的解釋:兩個物體,存在著互相吸引的關(guān)系。引力的強弱,與物體的重量正相關(guān),與距離的平方成反比例。
這就意味著:兩個物體的距離越近,彼此間的引力也就越大,蘋果成熟后會掉到地上而不是天上,這是因為蘋果樹離地球太近了,它根本逃不出地球的引力。蘋果要想從地球的重力中掙脫出來,就必須借助外部的力量。
牛頓描繪過一種思維試驗,假設(shè)在一座高大的山峰上我們擁有一門巨大的火炮,用來發(fā)射一顆炮彈。假定炮彈以極低的速度向下發(fā)射,它就會以一種拋物線的方式回到地面。如果炮彈的飛行速度夠快,它就不會再飛回地面了,因為它是一個圓形的,當它下降100米時,它的弧線就會下降100米,這樣,它就不會掉下來了。(不包括空氣的影響)
這種速度,被稱為“宇宙第一速度”,用一種復(fù)雜的公式,推算出,地球的宇宙第一速度為7.9公里/秒,而當它的速度達到7.9公里/秒時,它就會脫離地表,環(huán)繞著地球運行。東方紅一號衛(wèi)星,也正是通過這種方式,才能在太空中航行。
東方紅1號便是利用這個原理進入太空的,那為什么這么久過去了還沒有掉下來呢?
按照牛頓的重力理論,我們知道,一個物體要以7.9公里/秒的速度飛行才能逃離地球,而當東方紅1號衛(wèi)星的能源消耗殆盡時,它已經(jīng)很難維持這樣的速度了,那它為何還沒有墜落到地表?事實上,這主要是因為太空環(huán)境是一個接近真空的地方。
而我們都知道,汽車在沒有踩油門的情況下,會逐漸的放慢速度,這是由于汽車與地面的摩擦。然而東方紅一號所在的大氣層很稀薄,摩擦也很小,所以東方紅1號在能源消耗殆盡的情況下,仍然可以在很長一段時間里以某種速率環(huán)繞地球運行。
事實上,就算東方紅1號在太空中靜止不動,東方紅1號也不可能這么快就墜落。(但必須指出,這顆行星并非靜止不動,而是沿著軌道運動。)這是因為東方紅1號還處于地心引力的作用下,但由于距離太遠,它所受到的重力很少,東方紅1號正以數(shù)千年,數(shù)萬年,乃至數(shù)十萬年的速度向地球逼近。
東方紅1號掉落會怎樣?
有人會擔心東方紅1號墜落,首先我們要明確一點東方紅1號是肯定會墜落的,但這還需要比較長的一段時間。許多人都在擔心東方紅1號墜落的時候會不會撞到人,事實上,這一點,科學(xué)家們早就想好了。
首先,大部分的人造衛(wèi)星在返回地球時,都會與大氣發(fā)生摩擦,摩擦所產(chǎn)生的熱量,會讓衛(wèi)星自燃,大部分小型衛(wèi)星和衛(wèi)星殘骸都會在大氣層中被燒毀。
而那些在大氣層中沒有完全燃燒的碎片,則會掉落到地面上,其破壞力和隕石差不多,但地球百分之七十都是海洋,還有大部分區(qū)域都是荒無人煙的區(qū)域,所以砸到人的可能性很小。但也不能排除這顆人造衛(wèi)星不會砸到人,假如是在一座人口稠密的城市中,那就有很大的危險,但是因為各國發(fā)射的人造衛(wèi)星都是體積較小的,所以造成的沖擊力并不大。
事實上,當人造衛(wèi)星的生命周期走到盡頭時,最大的威脅并不在于墜落,而是圍繞著地球的形成太空垃圾,會對正常運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星造成極大的干擾和損害。
在2005年時,中歐發(fā)生了一次空難,一枚美國火箭發(fā)動機的殘骸在31年前與中國長征四號火箭CZ-4殘骸相撞,這是一件典型的太空垃圾損毀事件。更糟糕的是,太空垃圾并不會自行消散,而是在與其它空間垃圾碰撞時,會形成更多的殘骸,從而對正常運轉(zhuǎn)的軌道交通造成巨大影響。
換句話說,太空垃圾并不會自行消退,反而會不斷增長,所以,現(xiàn)在世界上的各個國家都在研究如何清理和回收太空垃圾??墒腔ヂ?lián)網(wǎng)時代的發(fā)展離不開太空衛(wèi)星的建設(shè),美國的太空探索技術(shù)公司更是提出“星鏈計劃”,計劃發(fā)射總計42000顆的衛(wèi)星,打造一個低軌道通信衛(wèi)星的星座,為了搶奪衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場。但其真實目的是否為軍方所用就不得而知了,如果建成全球可能都將在美國的監(jiān)視之下。即時太空垃圾可能會成倍的增多,對此你怎么看呢?
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