東方紅一號(hào)為什么還沒有墜毀？

在2021年5月，我國的天宮空間站完成了核心艙的在軌實(shí)驗(yàn)，預(yù)計(jì)在2022年前后完成全部建設(shè)。我國的空間站設(shè)計(jì)的在軌壽命是10年左右，超過這個(gè)期限，空間站將會(huì)啟動(dòng)自毀程序，跌入大氣層中燒毀。

Tips：空間站space station，又稱太空站、航天站。是一種在近地軌道長時(shí)間運(yùn)行、可供多名航天員巡訪、長期工作和生活的載人航天器。

這不免讓人產(chǎn)生疑問，當(dāng)年我國發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星東方紅一號(hào)，已經(jīng)失去動(dòng)力有49年了，為什么還在繞著地球飛行而沒有墜毀呢？其實(shí)，別說墜毀，我國的東方紅一號(hào)在太空中再飛1000年也沒事！這到底是為什么呢？

坎坷的研發(fā)之路

1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星斯普特尼克一號(hào)。這顆衛(wèi)星相當(dāng)簡陋，重量為83.6千克，只裝備了兩臺(tái)信號(hào)發(fā)射器，以95分鐘一圈的速度在距離地球215公里的軌道上運(yùn)行。雖然非常簡陋，但也是歷史上濃墨重彩的一筆。

Tips：斯普特尼克一號(hào)是人類第一顆人造衛(wèi)星，由前蘇聯(lián)火箭專家科羅廖夫利用導(dǎo)彈改制而成，為鋁制球體，有4根鞭狀天線，內(nèi)裝有科學(xué)儀器。

之后在11月3日，蘇聯(lián)又發(fā)射了第二顆衛(wèi)星，還把一只叫做萊伊卡的狗一起送上了太空。這兩件轟動(dòng)世界的大事刺激了其他國家發(fā)展航天技術(shù)的熱情。美國于是在1958年1月30日發(fā)射了自己的第一顆人造衛(wèi)星，探險(xiǎn)者1號(hào)，設(shè)備也同樣簡陋。重量只有8.22千克，就是一個(gè)金屬圓柱體。而與此同時(shí)，我國也在加緊完成兩彈一星的目標(biāo)。

早在1955年，回國的錢學(xué)森就向國家提交了《關(guān)于建立我國國防航空工業(yè)的意見書》，于是國務(wù)院在兩個(gè)月后決定成立秘密部門航空工業(yè)委員會(huì)，標(biāo)志著我國航天、火箭事業(yè)的起點(diǎn)。

Tips：萊伊卡因太空艙內(nèi)溫度過高僅存活了幾個(gè)小時(shí)，但它證明，生物在太空中也能存活，并為日后蘇聯(lián)發(fā)射載人航天飛船奠定了基礎(chǔ)。

到了1958年，在充分準(zhǔn)備之后，我國成立了中國第一個(gè)衛(wèi)星小組，581組，正式開始攻堅(jiān)衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)。組長由錢學(xué)森擔(dān)任，副組長為趙九章和衛(wèi)一清。整個(gè)小組由三個(gè)設(shè)計(jì)院組成，第一設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)衛(wèi)星、運(yùn)載火箭的總體設(shè)計(jì)，第二設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的研發(fā)，而第三設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)衛(wèi)星探測儀器的研發(fā)。

可不巧的是，1959年自然災(zāi)害嚴(yán)重，我國無力支撐龐大的“兩彈一星”工程，只能先保證導(dǎo)彈和原子彈的研制。于是在1960年2月19日，我國只是嘗試性得發(fā)射了一枚探空火箭，高度只有8公里，但也是我國邁向太空的第一步。等到國內(nèi)局勢趨于穩(wěn)定，可以繼續(xù)進(jìn)行衛(wèi)星工程的時(shí)候已經(jīng)是1966年了，這時(shí)美國已經(jīng)成功發(fā)射了74顆衛(wèi)星，蘇聯(lián)也大致如此。

Tips：錢學(xué)森，漢族，出生于上海，祖籍浙江省杭州市，空氣動(dòng)力學(xué)家、系統(tǒng)科學(xué)家，工程控制論創(chuàng)始人之一，中國科學(xué)院學(xué)部委員、中國工程院院士，兩彈一星功勛獎(jiǎng)?wù)芦@得者。

經(jīng)歷動(dòng)蕩之后的1968年2月，中國空間技術(shù)研究院正式成立，錢學(xué)森擔(dān)任院長，我國第一顆衛(wèi)星的研發(fā)工作才回到了正軌。

在1967年的12月的國防科委召開會(huì)議中，東方紅一號(hào)衛(wèi)星的大致設(shè)想終于被確定，整個(gè)衛(wèi)星的重量為170千克，直徑約1米，運(yùn)載軌道高度在400公里左右。不過想要發(fā)射衛(wèi)星，還有兩個(gè)棘手的問題擺在中國面前。第一是當(dāng)時(shí)國家雖然有能飛出大氣層的單級(jí)火箭，但想要運(yùn)載衛(wèi)星達(dá)到400公里的軌道，還需要研制新的多級(jí)火箭。此外，還要建設(shè)足夠規(guī)模的檢測臺(tái)組成衛(wèi)星觀測網(wǎng)，才能和人造衛(wèi)星保持溝通。

Tips：東方紅一號(hào)，是20世紀(jì)70年代初中國發(fā)射的第一顆人造地球衛(wèi)星。東方紅一號(hào)發(fā)射成功，開創(chuàng)了中國航天史的新紀(jì)元。

為了完成中國第一顆人造衛(wèi)星工程，國家多部門雙管齊下，可以運(yùn)載衛(wèi)星的長征一號(hào)運(yùn)載火箭在1969年4月進(jìn)入試車階段。至于衛(wèi)星的跟蹤觀測，在1965年就已經(jīng)在全國建設(shè)了23個(gè)光學(xué)觀測站，之后又陸續(xù)建設(shè)了6個(gè)無線電地面測控站。

到了1969年9月29日，我國第一顆氫彈成功引爆，東方紅一號(hào)衛(wèi)星在同月交付測試。這年，美國阿波羅11號(hào)已經(jīng)登月成功，連日本都在研制自己的第一顆人造衛(wèi)星。我國科研工作者夜以繼日，就想趕在日本人之前發(fā)射衛(wèi)星。

Tips：火箭是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴射工質(zhì)產(chǎn)生的反作用力向前推進(jìn)的飛行器。是用于將科學(xué)儀器以拋物線軌跡送入地球大氣層的上部區(qū)域，使其進(jìn)入近地空間的一種火箭。

然而讓人沒有想到的是，在1969年11月16日，我國第一枚運(yùn)載火箭在發(fā)射試驗(yàn)中墜毀，耽誤了整個(gè)航天項(xiàng)目。直到1970年1月30日，第二枚長征一號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射成功，我國才完成了火箭的測試工作。僅僅在一個(gè)月后，1970年2月11日，日本就趕在中國之前，發(fā)射了自己的第一顆人造衛(wèi)星。而東方紅一號(hào)，則在1970年4月24日發(fā)射升空，我國成為了世界上第五個(gè)擁有衛(wèi)星發(fā)射能力的國家。

雖然說時(shí)間上輸給了日本，但是論衛(wèi)星技術(shù)，中國的第一顆衛(wèi)星要比其他國家先進(jìn)太多。東方紅一號(hào)重量173千克，運(yùn)行軌道近地點(diǎn)距離地球439千米，最遠(yuǎn)點(diǎn)距離地球2384千米，并且和只能向地面?zhèn)魉碗姶a的蘇聯(lián)第一顆衛(wèi)星不同，東方紅一號(hào)衛(wèi)星直接用20.009兆的波段，向地球放送《東方紅》樂曲。

Tips：日本是一個(gè)太平洋西岸的島國。西隔東海、黃海、朝鮮海峽、日本海與中國、朝鮮、韓國等國相望。屬溫帶海洋性季風(fēng)氣候，終年溫和濕潤。6月多梅雨，夏秋季多臺(tái)風(fēng)。

我們知道，一個(gè)國家能運(yùn)上去多大的衛(wèi)星，發(fā)射技術(shù)就有多成熟。相比于其他國家，我國的第一顆人造衛(wèi)星完全能用大哥大來形容。蘇聯(lián)發(fā)射的第一顆衛(wèi)星重量為83.6千克，美國的只有8.22千克，法國的為38千克，而日本也只有9.4千克。我國發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星的重量，直接超過了前四個(gè)國家第一顆衛(wèi)星重量的總和。

Tips：衛(wèi)星是指在圍繞一顆行星軌道并按閉合軌道做周期性運(yùn)行的天然天體，人造衛(wèi)星一般亦可稱為衛(wèi)星。

盡管被日本搶到了世界第四的頭銜，但是兩個(gè)月后的東方紅一號(hào)，可是成了全世界的頭版頭條。因?yàn)椋鞘澜缟系谝粋€(gè)，能用肉眼看到的人造衛(wèi)星。

夜空中最亮的星

人在地面上用肉眼看到的星星，都是宇宙中自發(fā)光的恒星，按照亮度不同，被劃分成6個(gè)亮度等級(jí)，最亮的如太陽，是一等星，最暗的是6等星亮度，是肉眼觀察的極限。當(dāng)初設(shè)計(jì)東方紅一號(hào)的目標(biāo)可以總結(jié)為12個(gè)字“上得去、抓得住、聽得到、看得見。”為了實(shí)現(xiàn)看得見的效果，東方紅衛(wèi)星被設(shè)計(jì)成一個(gè)近似球體的72面體，外表面貼滿了經(jīng)過處理的鋁合金，在衛(wèi)星自旋的作用下就會(huì)產(chǎn)生一閃一閃的效果。

Tips：恒星演化是恒星在生命過程中所經(jīng)歷急遽變化的序列。恒星依據(jù)質(zhì)量，一生的范圍從質(zhì)量最大的恒星只有幾百萬年，到質(zhì)量最小的恒星比宇宙年齡還要長得數(shù)兆億年。

不過東方紅一號(hào)的直徑只有米，能反射的光有限，只能達(dá)到7等星亮度，想觀測只能用到天文設(shè)備，這和起初設(shè)計(jì)的“看得到”目標(biāo)差點(diǎn)意思。但這時(shí)衛(wèi)星已經(jīng)定稿，只能想辦法在其它東西上面加裝設(shè)備。最后，設(shè)計(jì)師想到，可以在推動(dòng)衛(wèi)星進(jìn)入軌道的二三級(jí)火箭上，增加一個(gè)鍍鋁的聚酰亞胺綢制造的“襯裙”。

它會(huì)在火箭和衛(wèi)星分離之后展開，直徑達(dá)到4米，在光照下亮度接近二等星。第三級(jí)火箭在分離后很長時(shí)間內(nèi)，會(huì)一直跟在衛(wèi)星后面，所以看到它就相當(dāng)于看到了東方紅一號(hào)。

Tips：天文儀器指觀測天體和演示天象的儀器和設(shè)備的總稱。現(xiàn)代觀測天體的天文儀器包括地面和空間的各種望遠(yuǎn)鏡和輻射接收器。演示天象的儀器包括天象儀和行星儀等。

這顆能在夜空中看到的“星星”不僅振奮了國人的自信心，也讓全世界的天文愛好者對(duì)中國肅然起敬，如今已經(jīng)過去了51年，這顆衛(wèi)星還在圍繞地球默默運(yùn)行。受技術(shù)限制，東方紅一號(hào)使用的是銀鋅電池，無法充電。當(dāng)初設(shè)計(jì)的使用時(shí)間為20天，實(shí)際工作了28天才和地面斷開了通訊。那么問題來了，為什么它可以天天待這么久呢？

為什么東方紅一號(hào)還沒墜毀？

大氣層是導(dǎo)致衛(wèi)星軌道逐漸降低最終墜落的主要因素。雖然我們一般把100公里高度的卡門線當(dāng)做大氣層和太空的邊界，但在這之上依舊有稀薄的空氣。

Tips：大氣層atmosphere，是因重力關(guān)系而圍繞著地球的一層混合氣體，是地球最外部的氣體圈層，包圍著海洋和陸地，大氣層的厚度大約在1000千米以上，但沒有明顯的界限。

卡門線只是飛機(jī)飛行高度的極限，而大氣直到500公里高時(shí)，才幾乎為零。所以不管是什么衛(wèi)星，只要高度在400公里以上，都會(huì)有極長的在軌時(shí)間。比如說美國1958年發(fā)射的第二顆人造衛(wèi)星先驅(qū)者1號(hào)，已經(jīng)在軌道上飛了60年還沒有落下來的傾向。

在1958年發(fā)射的時(shí)候，它的軌道近地點(diǎn)為659公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)3800公里，而到了2017年，它的軌道近地點(diǎn)已經(jīng)到了660公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)3844公里。也就是說，60年的時(shí)間非但沒有減弱它的速度，反倒由于太陽的光壓和其他天體的引力涉動(dòng)，離地球越來越遠(yuǎn)了。

Tips：飛機(jī)aeroplane，是指具有一具或多具發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力裝置產(chǎn)生前進(jìn)的推力或拉力，由機(jī)身的固定機(jī)翼產(chǎn)生升力，在大氣層內(nèi)飛行的重于空氣的航空器。

東方紅一號(hào)也是如此，在發(fā)射之初，東方紅一號(hào)的軌道近地點(diǎn)為429公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)為2036公里。到了2017年，觀測的數(shù)據(jù)表示，它的近地點(diǎn)為435公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)達(dá)到了2041公里，變成了一個(gè)更大的橢圓形軌道。

在一般情況下，一個(gè)衛(wèi)星的軌道如果在300到400公里之間，那么它就沒法忽視大氣層對(duì)衛(wèi)星造成的阻力。畢竟一顆衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度在每秒7000米以上，只要有一點(diǎn)稀薄的大氣，長年累月的運(yùn)行也會(huì)讓衛(wèi)星逐漸減速。而如果衛(wèi)星的軌道進(jìn)入300公里范圍內(nèi)，它就已經(jīng)進(jìn)入了自殺模式，不久之后便會(huì)跌入大氣層中燒毀。

Tips：衛(wèi)星飛行的水平速度叫第一宇宙速度，即環(huán)繞速度。衛(wèi)星只要獲得這一水平方向的速度后，不需要再加動(dòng)力就可以環(huán)繞地球飛行。這時(shí)衛(wèi)星的飛行軌跡叫衛(wèi)星軌道。

那么如此說來，東方紅一號(hào)以后會(huì)離地球越來越遠(yuǎn)，甚至離開地球嗎？這一點(diǎn)很難保證，雖然東方紅一號(hào)有遠(yuǎn)離地球的趨勢，但是在地球軌道空間中，還有各種小行星和太空垃圾。其實(shí)東方紅一號(hào)已經(jīng)徹底失去了功用，也該被算作是太空垃圾。這些太空垃圾時(shí)常有相撞的可能，一旦碰撞，它們的軌道就變得難以預(yù)計(jì)，甚至?xí){到在軌正常工作的其他衛(wèi)星。

不過，學(xué)者估計(jì)，在未來的1000年內(nèi)，東方紅一號(hào)都不會(huì)和其他小天體碰撞改變軌道，甚至?xí)肋h(yuǎn)留在地球身邊直到人類滅亡。

Tips：太空垃圾Space debris或Space junk，是指在宇宙空間中的各種人造廢棄物體及其衍生物。這些物體小到固態(tài)火箭的燃燒殘?jiān)蟮接性诎l(fā)射后被遺棄的多節(jié)火箭。

雖然聽上去是個(gè)好事，但衛(wèi)星永遠(yuǎn)留在地球軌道上確實(shí)有害于未來的航空發(fā)展。地球軌道就這么大，如果填滿了失去功能的衛(wèi)星，那么以后發(fā)射衛(wèi)星和其他航天器將困難重重，人類很有可能被這些太空垃圾永遠(yuǎn)鎖死在地球上。

意識(shí)到這個(gè)嚴(yán)重的后果，此后國際上發(fā)射衛(wèi)星，都有自毀程序，當(dāng)衛(wèi)星的使用壽命走到盡頭，就會(huì)刻意引導(dǎo)衛(wèi)星下降到300公里范圍內(nèi)，衛(wèi)星便會(huì)很快墜入大氣層中燒毀。

Tips：蜉蝣是昆蟲中最短壽的。 蜉蝣成蟲的生活期很短,一般為幾小時(shí)至幾天,超過十天的極少。剛蛻皮的成蟲就進(jìn)行交尾,完畢后雄蟲就大都立即死去,雌蟲產(chǎn)卵后也就死亡了。

比如說現(xiàn)在的空間站，軌道高度都在400公里左右。在這個(gè)高度運(yùn)行時(shí)，航天器還會(huì)受到大氣的微弱阻力，平均每個(gè)月速度減少2公里左右。所以像七個(gè)禮炮、空間實(shí)驗(yàn)室、和平號(hào)、中國的兩個(gè)天宮號(hào)、國際空間站等各種載人航天器，平時(shí)都需要推進(jìn)器按時(shí)補(bǔ)充速度。

或者在航天器接軌和離開的時(shí)候，順便推空間站一把。這樣做會(huì)耗費(fèi)大量燃料，但也是無奈之舉，這樣可以更好控制航天器，在想要自毀時(shí)不至于費(fèi)太大的力氣。而我國的天宮空間站，配備的是電推發(fā)動(dòng)機(jī)，比國際空間站更加先進(jìn)，在軌道修正的時(shí)候可以節(jié)省更多的燃料。

Tips：生物質(zhì)燃料：是指將生物質(zhì)材料燃燒作為燃料，一般主要是農(nóng)林廢棄物如秸稈、鋸末、甘蔗渣、稻糠等。

當(dāng)然，至于東方紅一號(hào)，我們也不希望它被人們當(dāng)做太空垃圾對(duì)待。也許在以后，我們可以掌握更加先進(jìn)的衛(wèi)星回收技術(shù)，把東方紅一號(hào)帶回來放進(jìn)博物館，讓它繼續(xù)見證中國航天史的發(fā)展。