潘厚任（中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）

東方紅－1衛(wèi)星還能在軌道上運(yùn)行多久

潘厚任（中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）

1970年4月24日，我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅－1發(fā)射升空，至今已在軌運(yùn)行了整整45年，大家都很關(guān)心還能運(yùn)行多久？

影響人造地球衛(wèi)星軌道壽命的主要因素是地球周圍的大氣層和衛(wèi)星本身的外形、質(zhì)量，尤其是軌道。

衛(wèi)星繞地球運(yùn)行時(shí)，大氣的阻力會(huì)不斷消耗它的動(dòng)能，使其高度逐漸降低，特別是遠(yuǎn)地點(diǎn)高度降得更快，軌道逐漸趨圓，最后在稠密大氣層中像流星一樣隕落。而阻力的大小取決于大氣密度、衛(wèi)星軌道的高度、扁率和衛(wèi)星的質(zhì)量及彈道截面（垂直于速度方向的面積）。

地球大氣密度隨高度依指數(shù)律遞減。粗略地說(shuō)，在120km以下，每增加16km高度，大氣密度降低約1個(gè)數(shù)量級(jí)；從120～3000km，大氣密度每降低1個(gè)數(shù)量級(jí)，高度間隔從40km遞增到1200km。因此，衛(wèi)星的近地點(diǎn)越高、軌道扁率越大，軌道壽命就越長(zhǎng)。按經(jīng)驗(yàn)估算，對(duì)近地點(diǎn)為400km的軌道，扁率從0.0增大到0.2，軌道壽命可延長(zhǎng)約100倍。

因?yàn)榈厍虼髿獾慕Y(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其密度值隨太陽(yáng)活動(dòng)程度有很大起伏。不同的高度、地理緯度和季節(jié)，變化也不盡相同，甚至每日不同的時(shí)刻也不一樣，再加上衛(wèi)星運(yùn)行時(shí)，隨著姿態(tài)取向，其彈道截面也不是常量，所以要精確計(jì)算軌道壽命非常困難，充其量是粗略的估算。

東方紅－1衛(wèi)星的初始軌道：遠(yuǎn)地點(diǎn)2384km、近地點(diǎn)439km，扁率0.125。衛(wèi)星質(zhì)量173kg，外形為直徑1m的72面球體，還有4根3m長(zhǎng)的短波天線、1 根0.4m的超短波天線，以及連接環(huán)等凸出物。方案設(shè)計(jì)時(shí)之所以采用72面近球形，除為了在初期考慮使用太陽(yáng)電池時(shí)的方便之外，也是為了盡可以能減小行進(jìn)時(shí)彈道截面的起伏變化。這樣還可以從軌道跟蹤數(shù)據(jù)反演衛(wèi)星運(yùn)行區(qū)的大氣密度值及其變化。

依照這些數(shù)據(jù)估算，東方紅－1衛(wèi)星在軌道上“活”到60大壽應(yīng)無(wú)問(wèn)題。

從2009年2月東方紅-1衛(wèi)星遠(yuǎn)地點(diǎn)和近地點(diǎn)分別降至2075km和430km高度的數(shù)據(jù)來(lái)看，39年的運(yùn)行結(jié)果與最早的理論分析相符合，而大氣阻力對(duì)軌道壽命的實(shí)際影響看來(lái)比估算的要小些。由此，東方紅－1衛(wèi)星在軌道上“活”到80歲也不是不可能的。

當(dāng)然，也不能排除撞上較大的流星體、空間碎片等意外傷害的可能性。

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