1970年4月24日,东方红一号升空,那时候的轰动程度绝对不亚于这次的天问一号发射,50年过去了,虽然东方红一号依然在太空中绕着地球转动,但实际上,它上空28天后电池耗完,并与地面失去联系,现在,它是在没有任何动力的情况下运行的 。
除了东方红一号,太空中还有许多不同功能的卫星,以及一些空间站,所有这些航天器都是在没有动力的情况下飞来飞去的 。
常理告诉我们,没有动力的物体终将落向地面 。那么这些航天器为什么没有坠毁呢?
其实,这些航天器根本不需要动力,它们在自身惯性作用下,以万有引力为向心力,不断改变自身原有的速度方向,绕地球作周期性曲线运动 。
这似乎有点难以理解,不过高中物理老师肯定已经教过你 。
假设,你向前方抛出一块石头,在地球引力的作用下,它会掉落地面,但由于你提供了一个向前的推力,它同时还会向前飞行一段距离 。
但是,当你的力气足够大的时,可就不一样了,石头就有可能不会掉落到地面!
【东方红一号现在的状况 东方红一号为什么不掉下来】因为地球是圆的,它的平均半径为6371km,而曲率是它半径的倒数(1/6371km) 。
通过简单换算就是,沿水平方向每延伸7.9km,地面就会“下降”4.9m,
换句话说,只要你高于4.9m,然后以7.9km/s的速度飞行,它就永远不会落地,因为在地球引力作用下一秒下落4.9m((h=gt^2/2)),而在动力作用下,它飞行了7.9公里,地球正好弯曲了4.9米,下降被弯曲完全抵消 。
这个就是第一宇宙速度 。只要物体达到这个速度,它将环绕地球运动,而不是掉落地面,卫星也一样 。
但是我们知道,在地球上,除了地球引力,我们还有空气阻力 。在没有动力的情况下,一个物体不可能永远匀速前进 。
幸运的是,随着高度的增加,大气将越来越稀薄,那又可以回到我们的主题,卫星需要在多高的地方才不需要动力呢?
答案是160公里 。这是近地轨道的最低高度,一般认为近地轨道的最高高度是2000公里 。
航天器在160公里以下,在大气阻力的作用下,它将快速经历轨道衰减,换句话说,它将迅速地坠向地面 。而超过2000公里,地球的引力将变得越来越可以忽略 。
其实,并不是说,航天器到了160公里,就可以一劳永逸了 。在这样的高度,一样会有大气阻力 。
以国际空间站为例,它的高度大概是400公里左右,但是它每天都在坠落一点,每隔一段时间,就需要给它提供一个上升的动力,这就是由于空气阻力的作用 。
近地轨道对于航天飞行来说非常重要,除了登月任务外,现在所有载人航天飞行都是在近地轨道内完成的 。而这些载人航天是我们探索宇宙的起点 。
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