文 / 楊成

50年前，新中國(guó)第一代航天人在1970年的春天，發(fā)射了一顆名叫“東方紅一號(hào)”的衛(wèi)星，讓《東方紅》的樂(lè)曲響徹寰宇。

50年后，這顆衛(wèi)星仍在天際運(yùn)行，沿著近地點(diǎn)高度約430公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度約2033公里、軌道傾角約68.4度的橢圓軌道飛行。

“中國(guó)第一星”上天，數(shù)十萬(wàn)人于天安門(mén)廣場(chǎng)親眼目睹

1970年4月24日21時(shí)35分，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，搭載東方紅一號(hào)衛(wèi)星的長(zhǎng)征一號(hào)運(yùn)載火箭點(diǎn)火起飛，約10分鐘后衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道。不久，地面臺(tái)站就收到清晰嘹亮的《東方紅》樂(lè)曲。

4月25日，衛(wèi)星按計(jì)劃將于20時(shí)29分經(jīng)過(guò)北京上空。數(shù)十萬(wàn)人聞?dòng)嵕奂教彀查T(mén)廣場(chǎng)，在探照燈光柱的指引下，翹首望天，親眼目睹了東方紅一號(hào)衛(wèi)星過(guò)境時(shí)的震撼一幕。

發(fā)射至太空的航天器，能否被人們?cè)诘孛嬗萌庋劭吹胶投鄠€(gè)因素相關(guān)。中國(guó)空間技術(shù)研究院總體部研究員汪中生介紹，主要受5個(gè)方面影響，分別是軌道高低（即距離地面的遠(yuǎn)近）、個(gè)體尺寸大小、表面材料對(duì)陽(yáng)光的反射特性、觀測(cè)時(shí)的氣象條件、觀測(cè)時(shí)航天器是否處于地影內(nèi)等。對(duì)高度接近、表面反射特性類(lèi)似的航天器，越大越容易被看到。

▲ 2015年，東方紅一號(hào)衛(wèi)星過(guò)境北京記錄 朱進(jìn)攝

在1967年設(shè)計(jì)的東方紅一號(hào)衛(wèi)星的方案中，衛(wèi)星在太空運(yùn)行時(shí)的亮度預(yù)計(jì)為5～8等。由于人肉眼的觀星極限是6等，因此，當(dāng)時(shí)的科研人員在末級(jí)火箭上加了“觀察傘”，希望它的亮度達(dá)到4～7等。這個(gè)跟在衛(wèi)星身后直徑約4米的“太空反光球”，大大增加了反射太陽(yáng)光的面積。這樣，地面上的人們就更容易“看得見(jiàn)”了。

50年后的今天，“東方紅一號(hào)”還能被看到嗎？

答案是肯定的。

東方紅一號(hào)衛(wèi)星的實(shí)際表現(xiàn)超出了科研人員預(yù)期。在帶有“觀察傘”的三子級(jí)火箭于2000年12月29日隕落后，人們?nèi)匀豢梢栽谒^(guò)境時(shí)欣賞到其風(fēng)采。

生日與東方紅一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射是同一天的北京天文館名譽(yù)館長(zhǎng)朱進(jìn)表示，由于這個(gè)特別的緣分，對(duì)其格外關(guān)注，就在“前幾年還用肉眼看到過(guò)它”。

2018年的9月14日，東方紅一號(hào)衛(wèi)星在近地點(diǎn)100%被照亮?xí)r，最大亮度可達(dá)3.6等。

衛(wèi)星的亮度為何在變化？北京四中天文教師葉楠解釋?zhuān)瑬|方紅一號(hào)衛(wèi)星表面是一個(gè)72面體，初始以每分鐘約120周的速度自旋，只有在與太陽(yáng)角度合適的時(shí)候才能夠出現(xiàn)閃光，所以亮度有一個(gè)變化過(guò)程。

“即使在同一天，處在不同經(jīng)緯度位置的觀測(cè)者看到的衛(wèi)星過(guò)境亮度也可能不一樣?！北本┨煳牟┪镳^的張超補(bǔ)充說(shuō)。

世界前五星今只剩二星，“東方紅一號(hào)”為何50年不掉？

回顧世界上5個(gè)最先發(fā)射第一顆衛(wèi)星的國(guó)家，蘇聯(lián)的斯普特尼克1號(hào)衛(wèi)星、法國(guó)的阿斯特克斯1號(hào)衛(wèi)星、日本的大隅號(hào)衛(wèi)星均早已隕落，仍然在軌運(yùn)行的只剩下中國(guó)的東方紅一號(hào)衛(wèi)星和美國(guó)的探險(xiǎn)者一號(hào)衛(wèi)星。其中，探險(xiǎn)者一號(hào)衛(wèi)星由于體積較小而很難被看到。

那么，東方紅一號(hào)衛(wèi)星為何能夠長(zhǎng)期在軌運(yùn)行呢？這要從它的軌道說(shuō)起。

在近地點(diǎn)高度439公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度2384公里（發(fā)射初始數(shù)據(jù)，后有衰減）的橢圓軌道上，東方紅一號(hào)衛(wèi)星入軌后隨即開(kāi)始了周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)，繞地球一圈大約需要110分鐘。

從事月球和深空探測(cè)軌道設(shè)計(jì)工作的汪中生介紹，如果衛(wèi)星的高度低于400公里，地球大氣對(duì)衛(wèi)星的阻力會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星速度逐漸降低、高度逐漸衰減，直到進(jìn)入離地面120公里以下的稠密大氣層燒毀。當(dāng)初東方紅一號(hào)衛(wèi)星的設(shè)計(jì)師希望衛(wèi)星能夠長(zhǎng)期在太空飛行，所以將它的近地點(diǎn)高度設(shè)在大于400公里。

東方紅一號(hào)衛(wèi)星軌道比較高，所處位置空氣非常稀薄。不過(guò)稀薄的空氣還是會(huì)給衛(wèi)星一定阻力，因此，“東方紅一號(hào)”的軌道也略有衰減，只不過(guò)過(guò)程比較緩慢，目前它的近地點(diǎn)高度只比當(dāng)初降低了10公里左右。一般人造衛(wèi)星軌道高度降低到300公里以下時(shí)，才會(huì)比較快速地丟失高度，最終再入大氣層燒毀。

曾參與長(zhǎng)征一號(hào)運(yùn)載火箭研制工作的中國(guó)運(yùn)載火箭研究院的韓厚健研究員表示：“只要沒(méi)有人打擾它，東方紅一號(hào)衛(wèi)星今后的在軌時(shí)間將超過(guò)50年。”

地面“追星”，拍攝東方紅一號(hào)衛(wèi)星難不難？

2019年4月，北京四中的學(xué)生任芊澍和丁恒宇參加了第二十屆北京市中小學(xué)生航天科技體驗(yàn)與創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽，兩人兩張同一天拍攝的東方紅一號(hào)衛(wèi)星過(guò)境的照片都得了航天器攝影項(xiàng)目的獎(jiǎng)項(xiàng)。

▲ 東方紅一號(hào)過(guò)境 北京四中丁恒宇攝

為何兩張主題內(nèi)容相同的照片能在同一賽事中獲獎(jiǎng)？他們的指導(dǎo)老師葉楠介紹：“因?yàn)榇_實(shí)比較難拍到，而且也難拍好看?！?/p>

有多難？

2020年3月28日，同一天晚上的8點(diǎn)40分左右，同為北京師范大學(xué)天文系校友的葉楠和朱進(jìn)，一個(gè)在延慶，一個(gè)在順義，一個(gè)拍到了東方紅一號(hào)衛(wèi)星過(guò)境，一個(gè)沒(méi)有拍到。

看到葉楠拍攝的東方紅一號(hào)衛(wèi)星飛躍北斗七星中的開(kāi)陽(yáng)雙星照片時(shí)，學(xué)長(zhǎng)朱進(jìn)非常遺憾。他說(shuō)：“今年比較好的過(guò)境只有3月和9月兩次，如果錯(cuò)過(guò)這次機(jī)會(huì)，就得再等半年?！?/p>

第二天，抱著試試看的心態(tài)，朱進(jìn)帶著相機(jī)又出發(fā)了。

堅(jiān)持帶來(lái)了好運(yùn)，東方紅一號(hào)衛(wèi)星在朱進(jìn)相機(jī)里的20多張照片上都留下了痕跡，一道白線穿過(guò)小熊座，經(jīng)過(guò)天權(quán)下面一點(diǎn)又穿過(guò)北斗七星！

其實(shí)，此前一直關(guān)注東方紅一號(hào)衛(wèi)星的朱進(jìn)，已經(jīng)多次成功拍攝到了衛(wèi)星過(guò)境的照片。作為《天文愛(ài)好者》的主編，他認(rèn)為，“對(duì)人造航天器的觀測(cè)和拍攝，是天文愛(ài)好者一個(gè)非常好的入門(mén)方式和機(jī)會(huì)”。未來(lái)，中國(guó)空間站建成后，將成為一顆“我們站在自家陽(yáng)臺(tái)上，抬頭即可見(jiàn)的星”。

根據(jù)中科院院士謝光選的記錄，1970年4月3日，在東方紅一號(hào)衛(wèi)星升空前，專(zhuān)家們?cè)蛑芏鱽?lái)總理報(bào)告：衛(wèi)星將“存在軌道上約16年”。如今，超長(zhǎng)的在軌時(shí)間給了所有關(guān)注中國(guó)航天事業(yè)、熱愛(ài)天文觀測(cè)的人更多的機(jī)會(huì)去了解它。

中國(guó)航天技術(shù)水平發(fā)展到今天，已經(jīng)積累了非常強(qiáng)的空間探索能力，因此，無(wú)論是航天圈還是天文圈，很多人都有一個(gè)期待——能否送一個(gè)伙伴去代大家看看這位遙望了故鄉(xiāng)50年的老朋友呢？

▲ 2020年3月29日，朱進(jìn)拍攝照片的全景圖

▲ 2020年3月29日，朱進(jìn)拍攝照片的局部圖

▲ “東方紅一號(hào)”過(guò)境 北京四中任芊澍攝