量子位

沒想到，52 年過去了，“東方紅一號”衛(wèi)星竟然還在天上飛？就在不久前，一段“世紀同框”的視頻讓網(wǎng)友驚訝不已：視頻中，“東方紅一號”衛(wèi)星與中國空間站擦身而過，發(fā)射相差了半個世紀的兩個人造天體在夜空中“遙遙相望”。

有網(wǎng)友感慨這兩顆“星”的相聚奇跡，但讓更多網(wǎng)友驚奇的是，“東方紅一號”竟然還在天上。畢竟，美國、蘇聯(lián)和日本各自發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星，都已經(jīng)因為軌道、動力等原因墜毀了。

作為“兩彈一星”中的“一星”，“東方紅一號”承載著幾代航天人的夢想和初心。而它的發(fā)射，更標志著中國對太空的探索就此拉開序幕。

宇宙中第一次有了來自中國的聲音

1970 年，宇宙中第一次有了來自中國的聲音——中國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”成功發(fā)射，開啟了中國航天史的新紀元。

“東方紅一號”重達173 千克，是一枚直徑為1 米的球形多面體，裝有4 根3米長的鞭狀天線。該衛(wèi)星升空后，繞地運行周期為114 分鐘，在用20.002 兆赫頻率播放樂曲《東方紅》的同時，傳送遙測參數(shù)和科學(xué)探測數(shù)據(jù)。如今每年的中國航天日，就定在4 月24 日——1970 年的這一天，“東方紅一號”成功發(fā)射。

回顧“東方紅一號”的研制過程，一切都是那么不容易。20 世紀50 年代末，中國正式提出要造人造地球衛(wèi)星。在此之前，蘇聯(lián)已經(jīng)成功發(fā)射了世界首顆人造衛(wèi)星。美國緊隨其后，在1958 年將人造衛(wèi)星送上太空。而這時候的中國，在經(jīng)濟、人才等方面離發(fā)射衛(wèi)星的條件還相差很遠。

就連在1959 年國慶10 周年獻禮時，對外展出的衛(wèi)星和火箭模型都是年輕學(xué)者用手工敲打出來的。

據(jù)央視報道，當(dāng)時這些年輕人對火箭、衛(wèi)星知識的了解，還不如現(xiàn)在的中學(xué)生。

而且即便做出了模型，還有一堆實際問題解決不了，比如設(shè)計參數(shù)無法抉擇、測試條件差、所需生產(chǎn)加工設(shè)備供應(yīng)不上……

中國的科學(xué)家們也不是沒有想過向老大哥蘇聯(lián)學(xué)習(xí)，還跑到莫斯科去調(diào)研，但無奈遇冷。而且由于國力有限，他們決定先打基礎(chǔ)，先進行火箭、高空物理探測等設(shè)備的研發(fā)。

“東風(fēng)二號”中程導(dǎo)彈的發(fā)射成功，標志著中國基本上具備了發(fā)射人造地球衛(wèi)星的能力。在錢學(xué)森、 趙九章等人的帶動下，“東方紅一號”的研制工作正式提上了日程。

他們還立了一個起點更高的目標：中國第一顆衛(wèi)星要在100 千克左右。當(dāng)時，蘇聯(lián)第一顆衛(wèi)星重83.6 千克，美國第一顆衛(wèi)星僅有8.2 千克。衛(wèi)星越重，對火箭發(fā)動機以及各設(shè)備的要求也就越高。但最終他們完成了，而且衛(wèi)星實際質(zhì)量達到了173 千克。

研制期間，很多困難都是用“土方法”

來解決的。比如衛(wèi)星制造中的一道重要工序——鉚接，因為當(dāng)時衛(wèi)星廠是由科學(xué)儀器廠轉(zhuǎn)產(chǎn)，沒有干過這事兒，而且也沒有鉚槍和固定工件的桁架，工人們就靠一把小錘，用自己的身體當(dāng)桁架，將鉚釘一個個敲上去。

在這種條件下，研制隊伍解決了多項工藝問題，之后就來到了多個環(huán)境模擬試驗階段。

戚發(fā)軔曾是“東方紅一號”衛(wèi)星技術(shù)負責(zé)人之一，后來他回憶道，當(dāng)時夏天試驗的時候，因為衛(wèi)星廠沒有低溫試驗室，就穿著大棉襖去海軍的冷庫里進行試驗。

條件是艱苦了些，但是技術(shù)始終在不停迭代。中國摩擦學(xué)學(xué)科的開拓者與學(xué)術(shù)帶頭人黨鴻辛，就和團隊一起解決了一個衛(wèi)星傳輸?shù)年P(guān)鍵問題。他們選擇了一種以銅為基礎(chǔ)的導(dǎo)電干膜，成功解決了-100℃至100℃下超短波天線信號傳輸困難的問題。地球之所以能接收到“東方紅一號”的音樂信號，就少不了黨鴻辛團隊的功勞。

信號的問題解決了，但衛(wèi)星本身還要經(jīng)受住極端溫度變化的考驗。放在當(dāng)時，這還是世界公認的難題。

為此，中國科學(xué)家研制出了一套完整的溫控系統(tǒng)來平衡衛(wèi)星內(nèi)部的溫度，但系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)需要耗費大量的電力，而衛(wèi)星攜帶的電量很有限。最后，他們想到利用其他儀器工作時產(chǎn)生的熱量來控制溫度，再加上衛(wèi)星外部材料采用的是按照溫控處理的鋁合金材料，如此一來，解決了耗電大的難題。

1970 年4 月24 日，“長征一號”運載火箭搭載“東方紅一號”衛(wèi)星成功進入預(yù)定軌道，完成為期20 多天的探測任務(wù)，至同年5 月14 日停止發(fā)射信號。

至此，中國成為世界上第5 個獨立研制和發(fā)射衛(wèi)星的國家。從正式立項到衛(wèi)星成功發(fā)射，中國花費的時間還不到5 年。而且時至今日，“東方紅一號”仍在太空中飛行，同時期的衛(wèi)星大多已墜入大氣層中了。

這究竟是如何做到的？

為何“東方紅一號”仍在軌運行

這還得從當(dāng)時的整個技術(shù)方案說起。

當(dāng)時設(shè)計“東方紅一號”衛(wèi)星，主要任務(wù)是進行衛(wèi)星技術(shù)試驗、探測電離層以及大氣層密度，因而在軌道設(shè)計上，是一個近地點在441 千米左右、遠地點在2 368 千米左右、與地球赤道平面成68.5 度角的近地橢圓軌道。

我們知道，衛(wèi)星在太空繞地球飛行不需要動力，完全靠慣性飛行。理論上，如果沒有任何阻力，就沒有能量消耗，會永久飛行下去。

但實際上，太空并非空無一物，尤其是在地球近地軌道上仍然有氣體存在，而且越靠近地球，氣體分子越多，這也是為什么目前空間站每隔一段時間就要主動升軌的原因。

上面我們提到，“東方紅一號”運行在近地點441 千米、遠地點達2 368 千米的軌道上。作為比較，目前國際空間站運行在420 千米高的軌道上。由此可見，即便是“東方紅一號”的近地點，也比國際空間站的軌道還高。因此，“東方紅一號”在軌道上運行受到的阻力很小。

至于進入大氣層（100～300 千米）燒毀解體，那也是要等到猴年馬月的。

據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，“東方紅一號”衛(wèi)星最新的近地點高度為428 千米，遠地點高度為2 030 千米。也就是說，經(jīng)過半世紀的運行，“東方紅一號”的近地點僅降低了13 千米。但要發(fā)射這么高軌道的衛(wèi)星并不簡單，起初“長征一號”運載火箭的理論基礎(chǔ)“東風(fēng)四號”導(dǎo)彈并不具備將衛(wèi)星發(fā)射到400 多千米高度的動力，“長征一號”在“東風(fēng)四號”的基礎(chǔ)上進行了大幅優(yōu)化，才最終成功將“東方紅一號”送到指定的軌道。

而這次任務(wù)的成功，也為我國后續(xù)航天技術(shù)的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

“東方紅一號”衛(wèi)星發(fā)射結(jié)束，中國航天之旅才剛剛啟程。