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我國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”為何至今仍在太空中運行


鴻鵠高飛翔九天優質創作者一系列航天重大事件有力推動了航天強國建設,與此同時也引起了全世界的廣泛關注。半個世紀前“東方紅一號”衛星發射升空揭開了中國人探索宇宙奧秘的序幕,半個世紀後嫦...

- 2021年2月21日20時55分
- 科學文摘 /

鴻鵠高飛翔九天

優質創作者

一系列航天重大事件有力推動了航天強國建設,與此同時也引起了全世界的廣泛關注。半個世紀前“東方紅一號”衛星發射升空揭開了中國人探索宇宙奧秘的序幕,半個世紀後嫦娥五號完成了首次地外天體采樣。中國航天史上的裏程碑“東方紅一號”成功發射背後有哪些故事?如今“東方紅一號”又在何處?現在就讓我們帶著這些問題回顧中國第一顆人造地球衛星的前世今生。

1957年10月4日蘇聯成功發射了世界上第一顆人造地球衛星 ,隨後美國、法國、日本相繼發射了自己的人造衛星。1958年5月17日毛澤東主席在中國共產党第八次全國代表大會第二次會議上提出“蘇聯人造衛星上天,我們也要搞人造衛星,要搞就搞得大一點”。1960年2月19日中國第一枚自制的液體燃料探空火箭T-7M在上海發射升空,但這枚火箭只飛行了8公裏。

短短的8公裏當然沒法和我們今天的火箭相比,然而這短短的8公裏在中國航天史上的開創性意義是不容低估的。當時毛主席對此評價道:“了不起,八公裏也了不起,我們就要這樣,八公裏、二十公裏、二百公裏地搞上去”。1964年中國相繼成功發射了第一枚彈道式導彈、爆炸了第一顆原子彈。這一系列進展為發展人造衛星奠定了基礎,衛星計劃開始被重新提上議事日程 。

1965年1月8日錢學森建議中國暫停研制的人造地球衛星應該重新上馬並列入國家任務。錢學森的提議得到了聶榮臻副總理的贊同。同年5月周恩來總理指示中國科學院拿出第1顆人造衛星的具體方案。負責衛星總體組的錢驥帶領年輕的科技工作者很快便拿出了初步方案。1965年7月周恩來總理主持的中央專委會議批准了中國科學院《關於發展中國人造衛星工作規劃方案建議》。

1965年底科學院開始討論衛星研制和測控問題,最終決定在測控方面不走美、蘇等國的路子,而是采取光學、雷達、無線電多普勒測量多管齊下。1966年負責衛星跟蹤測量任務的701工程處正式成立。701工程處集中了天文、電子和光學三方的人才。由於我國經度跨度遠不如蘇聯廣闊,所以測控站選址難度相對較大。當時經測算認為衛星第二圈會在新疆上空,運行十多圈後會轉回到東部沿海。

因此當時先後在喀什、東北和膠東等地設立了8個站和1個測控中心。在衛星設計方面錢驥帶隊很快搞出了初步的三圖一表:衛星主要技術參數和分析圖構成表、衛星運行星下軌跡圖以及衛星外形圖。在1965年8月周總理親自主持的有關衛星的中央專委會議上確定衛星項目代號為651。10月20日至11月第一顆人造衛星總體方案論證會在北京召開。會議確定衛星的任務是發展我國對地觀測、通信廣播、氣象等領域的經驗。

衛星發射時間被定在1970年,同時會議還提出了四點要求:上的去、抓得住、聽得見、看得見。這次會議上最大的爭議是首顆衛星的重量:蘇聯第一顆衛星為83.6公斤,每個第一顆衛星只有7公斤。我們提出的目標是100公斤左右,但在衛星技術專家和火箭技術專家的共同努力下使“東方紅一號”的實際重量達到了173公斤。“東方紅一號”這個名字以及播放樂曲的確定主要是參考了蘇聯衛星采用間斷信號的經驗。

當時總體組組長何正華提出:“蘇聯衛星采用的是間斷信號,我們應當超越蘇聯,所以我們要發射連續信號,而且所發射的信號必須突出中國特色。建議采用中央人民廣播電台對外呼號‘東方紅’樂曲”。1966年5月國防科委、科學院、七機部聯合商定後報請中共中央將中國第一顆人造地球衛星定名為“東方紅一號”。1967年初中國第一顆人造地球衛星對外播放的樂曲被確定為《東方紅》。

1970年4月24日21時35分“長征一號”運載火箭搭載著“東方紅一號”在酒泉衛星發射中心成功發射。21時50分國家廣播事業局報告:收到《東方紅》樂曲,聲音清晰洪亮。東方紅一號發射成功開創了中國航天史的新紀元:中國就此成為繼蘇、美、法、日之後世界上第五個獨立研制並發射人造地球衛星的國家。由於電池壽命有限,所以“東方紅一號”的設計壽命只有20天,但實際上“東方紅一號”一共工作了28天。

1970年5月14日東方紅一號衛星停止發射信號;但衛星的軌道壽命並沒結束,事實上“東方紅一號”至今仍在太空運行。時至今日在天氣晴好的日子裏天文愛好者還可以拍攝到這顆衛星經過祖國上空的照片,而且有專家估計“東方紅一號”照目前的趨勢應當還能在太空中運行上百年的時間。為什麼已停止工作的“東方紅一號”沒墜毀呢?要知道蘇聯第一顆人造地球衛星只在太空運行了92天就墜毀了。

其他國家的人造地球衛星也大多都是半斤八兩。2016年我國發射升空的天宮二號空間實驗室也在2019年的7月受控墜入了大氣層。在與大氣層的摩擦中天宮二號大部分的結構被燒毀,只剩下少量殘骸墜入到南太平洋的預定海域。按說經過近半個世紀的發展後天宮二號的技術優勢遠遠超過了東方紅一號,那麼究竟是什麼原因讓已失去動力的東方紅一號依舊在太空中飛行呢?

我國為什麼要讓天宮二號墜入大氣層中呢?主要是因為當時的天宮二號發射後變軌進入到了高度約380千米的運行軌道,後來降到了200多千米。地球的大氣密度一般是隨著高度的降低呈指數遞增的:如果飛得越低,那麼大氣對衛星的影響就越大。如果航天器的軌道高度低於300千米,那麼就只有墜入大氣層這一個結局。與其讓其隨機墜落,那麼不如讓它墜落到無人區,從而確保人民群眾的生命財產安全。

東方紅一號的體型相當於一個直徑一米的71面球體,重量達到了173公斤。我們一次性就發射了這麼個大家夥上天,還利用火箭的高推力將衛星發射到了較高的軌道,因而所受到的地球引力就比其他衛星要小。東方紅一號發射升空時近地點的高度是439千米,遠地點的高度是2384千米。由於最低高度已超過了400千米,所以受到的大氣影響幾近全無。

截至到2017年東方紅一號的近地點高度變成了429千米,遠地點高度變成了2036公裏。照東方紅一號目前的運行趨勢可能會在地球的引力下和地球越靠越近,那麼最後會像天宮二號一樣墜入大氣層中銷毀,不過也有可能因為速度太快而漸漸遠離地球,從而進入到宇宙空間。當然圍繞地球運行的航天器大多數最後都是墜入地球大氣層中銷毀,這也可能是東方紅一號的最終結局。

東方紅一號采用了銀鋅電池,而不是其他衛星的太陽能電池板。銀鋅電池雖然電能儲量有限,但沒太陽能電池板那樣碩大的面積,也就不會讓衛星受到太大的迎風力,而較大的迎風力恰恰是導致衛星更快墜落的原因之一。太陽能板加低軌道是導致衛星墜毀的兩個主要原因。“東方紅一號”躲過了這兩個地方:不僅發射的軌道高,而且還采用了銀鋅電池。

“東方紅一號的”在外形上是個球體,從而最大程度減少了所受到的阻力。當時科研人員設計東方紅一號的電池在20天後就會耗盡能源,但它足足工作了28天就跟這顆衛星的球形結構有關。如今其他國家發射的第一顆衛星早已墜毀,只有中國的“東方紅一號”依然在太空翱翔。我們現在的確擁有回收東方紅一號的技術當然是沒問題的,不過讓這顆承載著中國航天最初使命的衛星在太空中繼續飛行不是更有意義嗎?


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