忘帶燃料飛了50年？沒事兒，還能再飛2000年

2020-08-22 宇航科普

今年是中國首顆人造衛星「東方紅一號」成功發射50周年，半個世紀已過去，它仍在太空飛行。

東方紅一號，無動力飛行了半個世紀

很多人可能以為衛星在天上飛行必須要有「動力」、要消耗很多燃料，那我可以負責地告訴你：根本不需要！

赤道上空的靜止軌道衛星，從地面上看，衛星是靜止不動的

這可不是我隨口瞎說的，這是根據牛頓第一、第二定律和萬有引力定律計算得出的結論。

艾薩克·牛頓爵士

簡單概括就是：衛星在自身慣性作用下，以萬有引力為向心力，不斷改變自身原有的速度方向，繞地球作周期性曲線運動（如下圖所示）。

v為速度，a為向心加速度

這聽起來有些枯燥，那我們下面用一個有趣的「思想實驗」來解釋：衛星為什麼不需要動力，也不會掉下來？

假設我們從4.9米高的樓上，往正前方扔出一個小石子，小石子會往前飛一段距離、然後在1秒後落地（從4.9米高處自由落體時間大約為1秒）。

也就是說：假如扔出去的速度是10m/s，那麼在落地前的1秒內，它會往前飛10米；如果是20m/s，那麼它就往前飛20米後落地。

從這張圖上能發現什麼規律嗎？

那如果我扔石子的速度非常非常快，它遲早都會落地嗎？這可不一定哦！

我們不要忘了最關鍵的一點：地球不是平的，它是圓的！圓的！圓的！

地球的平均曲率為1/6371km，通過簡單換算：沿水平直線方向每延伸7.9km，地面就會「下降」4.9m。

請原諒筆者的醜陋筆跡和誇張作圖

那麼，當我們以7.9km/s的速度往前扔石子時，石子會在1秒內往前飛行7.9km，而地面同時也下降了4.9m。

這種情況下，石子就會永遠以7.9km/s的速度往前飛行，而一直保持在4.9m的高度（因為地面一直在「下降」），永不落地。

這個速度，就稱為第一宇宙速度。


想要試驗的朋友請注意不要砸到自己的後腦勺

當然，如果在低空飛行，強大的空氣阻力會讓飛行物立刻減速。但衛星在火箭助推下，達到一定高度（一般需要200公裡以上）和速度後，就可以幾乎不受空氣阻力影響，而長時間繞地球無動力飛行！

延遲攝影下的火箭軌跡

50年來，東方紅一號的近地點高度僅僅下降了大約1.6%，仍保持在432km高度。

仍在繞地球飛行的東方紅一號


東方紅一號目前的軌道參數


專家預測：它再飛2000年也沒有問題！


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