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52年了，東方紅一號(hào)竟還在天上飛？

2022-04-29 19:35:27 來(lái)源：量子位

沒想到，52年過(guò)去了，東方紅一號(hào)衛(wèi)星竟然還在天上飛？！要不是真有人拍到了，說(shuō)實(shí)話我還有點(diǎn)不敢相信。就在幾天前，一段“世紀(jì)同框”的視頻讓網(wǎng)友集體破防：視頻中，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星與中國(guó)空間站擦身而過(guò)，發(fā)射相差了近半個(gè)世紀(jì)的兩個(gè)人造天體在夜空中“遙遙相望”。

△圖源：騰訊視頻

有網(wǎng)友感慨這相隔半世紀(jì)的兩顆“星星”相聚的奇跡：

但讓更多網(wǎng)友驚奇的是，“東方紅一號(hào)”竟然還在天上：

畢竟，同時(shí)期美國(guó)、蘇聯(lián)和日本發(fā)射的第一顆人造衛(wèi)星，都已經(jīng)因?yàn)檐壍馈?dòng)力等各種原因墜毀。

“東方紅一號(hào)”本身的意義無(wú)需贅述，它是我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星。作為“兩彈一星”中的“一星”，承載著幾代航天人的夢(mèng)想和初心。

而“東方紅一號(hào)”的發(fā)射，更標(biāo)志著中國(guó)對(duì)于太空的探索就此拉開序幕。

在這之后，我國(guó)航天發(fā)展一路“開枝散葉”——

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師孫家棟，成為我國(guó)首任探月工程總設(shè)計(jì)師，開啟了我國(guó)探月和深空探測(cè)之路；

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星技術(shù)負(fù)責(zé)人之一戚發(fā)軔，擔(dān)任神舟飛船總設(shè)計(jì)師，由此我國(guó)開始在載人航天上書寫歷史；

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師陳芳允，成為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)創(chuàng)始人之一；

……

但其實(shí)，這顆在太空中飛了52年的“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星，最初是在從理論到工業(yè)幾乎“一無(wú)所有”的基礎(chǔ)上研發(fā)出來(lái)的。

5000多人，在2億元經(jīng)費(fèi)的基礎(chǔ)上，用筆和算盤一步步“手工”完成了衛(wèi)星從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造到發(fā)射的全過(guò)程。

宇宙中第一次有了來(lái)自中國(guó)的聲音

1970年，宇宙中第一次有了來(lái)自中國(guó)的聲音——

中國(guó)第一顆人造衛(wèi)星東方紅一號(hào)成功發(fā)射，開啟了中國(guó)航天史的新紀(jì)元。

因?yàn)樾l(wèi)星在太空中向全世界發(fā)出《東方紅》的歌聲而得名“東方紅一號(hào)”。

它重達(dá)173公斤，是一枚直徑為1米的球形多面體，裝有4根3米長(zhǎng)的鞭狀天線。

該衛(wèi)星升空后，繞地運(yùn)行周期為114分鐘，在用20.002兆赫頻率播放樂(lè)曲《東方紅》的同時(shí)，傳送遙測(cè)參數(shù)和科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。

如今每年的中國(guó)航天日，就定在發(fā)射當(dāng)天——4月24日。

但回顧當(dāng)時(shí)東方紅一號(hào)從0到1的研制，一切都是那么不容易。

上世紀(jì)五十年代末，中國(guó)正式提出要做人造地球衛(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(guó)緊隨其后，在1958年將探險(xiǎn)者一號(hào)送上太空。

而這時(shí)候的中國(guó)，在經(jīng)濟(jì)、人才等方面距發(fā)射衛(wèi)星的條件還距離很遠(yuǎn)。

就連在1959年十周年獻(xiàn)禮時(shí)，對(duì)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(lái)的。

據(jù)央視報(bào)道，當(dāng)時(shí)這些年輕人對(duì)火箭、衛(wèi)星知識(shí)的了解，還不如現(xiàn)在的中學(xué)生。

而且即便模型做出來(lái)，還有一堆實(shí)際問(wèn)題解決不了，比如設(shè)計(jì)參數(shù)無(wú)法抉擇、測(cè)試條件差、所需生產(chǎn)加工設(shè)備供應(yīng)不上……

中國(guó)的科學(xué)家們也不是沒有想過(guò)向老大哥蘇聯(lián)學(xué)習(xí)，還跑到了莫斯科去調(diào)研，但結(jié)果無(wú)奈遇冷。

而且由于國(guó)力有限，他們決定先打基礎(chǔ)，致力于火箭、高空物理探測(cè)等設(shè)備的研發(fā)上。

直至東風(fēng)2號(hào)中程導(dǎo)彈發(fā)射成功，標(biāo)志著中國(guó)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(dòng)下，東方紅一號(hào)衛(wèi)星研制工作正式搬上了日程。

△圖源：新華網(wǎng)，樂(lè)音裝置

他們還立了個(gè)起點(diǎn)更高的Flag：中國(guó)第一顆衛(wèi)星要在100千克左右。

當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)第一顆衛(wèi)星重量83.6千克，美國(guó)的第一顆衛(wèi)星僅8.2千克。衛(wèi)星越重，對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以及各設(shè)備的要求也就越高。

但最終他們完成了，而且實(shí)際重量達(dá)到了173千克。

直到1968年2月20日，中國(guó)空間技術(shù)研究院成立，東方紅一號(hào)的研制才正式搬上了日程——

錢學(xué)森擔(dān)任第一任院長(zhǎng)，研制隊(duì)伍超5000人，中央撥款兩億人民幣。

△錢學(xué)森

據(jù)新華網(wǎng)報(bào)道，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)組副組長(zhǎng)潘厚任回憶道：

兩億人民幣在那個(gè)時(shí)候，真是不容易的。

因?yàn)槌私?jīng)費(fèi)，老一輩航天人幾乎一無(wú)所有。

期間的很多困難都是用“土方法”來(lái)解決的。

比如像衛(wèi)星制造中的一道重要工序——鉚接，因?yàn)楫?dāng)時(shí)衛(wèi)星廠是由科學(xué)儀器廠轉(zhuǎn)產(chǎn)，沒有干過(guò)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(gè)個(gè)敲上去。

在這種條件下，他們解決了多項(xiàng)工藝問(wèn)題，之后就來(lái)到了多個(gè)環(huán)境模擬試驗(yàn)階段。

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星技術(shù)負(fù)責(zé)人之一戚發(fā)軔曾回憶起當(dāng)時(shí)夏天試驗(yàn)的時(shí)候，因?yàn)樾l(wèi)星廠沒有低溫試驗(yàn)室，就穿著大棉襖去到海軍的冷庫(kù)里進(jìn)行試驗(yàn)。

△圖源：宇宙高歌《東方紅》

條件是艱苦了些，但是技術(shù)卻始終在不停迭代。

1967年研究院成立前夕，中國(guó)摩擦學(xué)學(xué)科的開拓者與學(xué)術(shù)帶頭人黨鴻辛，和團(tuán)隊(duì)一起解決了一個(gè)衛(wèi)星傳輸?shù)年P(guān)鍵問(wèn)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(hào)傳輸困難的問(wèn)題。

地球之所以能接收到東方紅一號(hào)的音樂(lè)信號(hào)，就少不了黨鴻辛團(tuán)隊(duì)的功勞。

△視頻源：宇宙高歌《東方紅》

信號(hào)的問(wèn)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(yàn)。

放在當(dāng)時(shí)，這還是世界公認(rèn)的難題。

為此，中國(guó)科學(xué)家們研制出了一套完整的溫控系統(tǒng)來(lái)平衡衛(wèi)星內(nèi)部的溫度，但系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要耗費(fèi)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在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，幫助衛(wèi)星控制溫度，其外部材料采用的是按照溫控處理的鋁合金材料，如此一來(lái)解決了耗電大的難題。

很快在兩三年之后，他們就完成了首顆人造衛(wèi)星的目標(biāo)。

1970年4月24日，長(zhǎng)征一號(hào)運(yùn)載火箭搭載東方紅一號(hào)衛(wèi)星成功進(jìn)入預(yù)定軌道，完成為期二十多天的探測(cè)任務(wù)，至同年5月14日停止發(fā)射信號(hào)。

中國(guó)至此成為世界上第五個(gè)獨(dú)立研制和發(fā)射衛(wèi)星的國(guó)家。

從正式立項(xiàng)到衛(wèi)星成功發(fā)射，中國(guó)完成的時(shí)間僅不到五年。

而且時(shí)至今日，東方紅仍在太空中飛行，俯瞰這中國(guó)航天的發(fā)展。同時(shí)期的衛(wèi)星大多已墜入大氣層當(dāng)中去了。

這究竟是如何做到的？

為何東方紅一號(hào)仍在軌運(yùn)行

還得從當(dāng)時(shí)整個(gè)技術(shù)方案說(shuō)起。

當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)東方紅一號(hào)衛(wèi)星，主要任務(wù)是進(jìn)行衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)、探測(cè)電離層以及大氣層密度。

因而在軌道設(shè)計(jì)上是一個(gè)近地點(diǎn)在441公里左右，遠(yuǎn)地點(diǎn)在2368公里左右，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?jiǎng)恿Γ耆繎T性飛行。理論上，如果沒有任何阻力，就沒有能量消耗，會(huì)永久飛行下去。

但實(shí)際上，太空并非空無(wú)一物，尤其是在地球近地軌道上仍然有痕量的氣體存在，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(shí)間就要主動(dòng)升軌的原因。

上面我們提到，東方紅一號(hào)運(yùn)行在近地點(diǎn)441公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)達(dá)2368公里的軌道上。

作為比較，目前國(guó)際空間站運(yùn)行在420公里高的軌道上。由此可見，即便東方紅一號(hào)的近地點(diǎn)也比國(guó)際空間站的軌道還高。因此，東方紅一號(hào)在軌道上運(yùn)行受到的阻力很小。

至于另一種更普遍的歸宿——進(jìn)入到大氣層（100公里~300公里左右區(qū)間）燒毀解體，那也是要等待猴年馬月的。

據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，東方紅一號(hào)衛(wèi)星最新近地點(diǎn)高度為428公里，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度為2030公里。

也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)半世紀(jì)的運(yùn)行，東方紅一號(hào)的近地點(diǎn)僅降低了13公里。

但要發(fā)射這么高軌道的衛(wèi)星并不簡(jiǎn)單，起初“長(zhǎng)征一號(hào)”的理論基礎(chǔ)東風(fēng)四號(hào)導(dǎo)彈，并不具備將衛(wèi)星發(fā)射到400多公里高度的動(dòng)力。

因此，“長(zhǎng)征一號(hào)”在東風(fēng)四號(hào)基礎(chǔ)上進(jìn)行了大幅優(yōu)化，包括將火箭升為三級(jí)等……最終成功將東方紅一號(hào)送到指定的軌道。

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

半世紀(jì)的中國(guó)航天路

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

在往后的50年里，最初參與“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星項(xiàng)目的科學(xué)家們，帶著摸索出來(lái)的航天技術(shù)深入更復(fù)雜的領(lǐng)域，完成了一個(gè)又一個(gè)不可能的任務(wù)——

從載人航天，到探月和深空探測(cè)任務(wù)，朝著星辰大海一步步前進(jìn)。

提出運(yùn)載東方紅一號(hào)衛(wèi)星上天的“長(zhǎng)征一號(hào)”運(yùn)載火箭技術(shù)方案、并組織將之研制出來(lái)的王希季，在東方紅一號(hào)任務(wù)結(jié)束后，再次撐起了我國(guó)第一顆“返回式衛(wèi)星”總設(shè)計(jì)師的重?fù)?dān)。

1975年，我國(guó)第一顆返回式衛(wèi)星發(fā)射并回收成功，成功走出了載人航天的第一步。

在這之后，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師陳芳允，與合作者共同提出“雙星定位系統(tǒng)”，成為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要理論基礎(chǔ)；

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星技術(shù)負(fù)責(zé)人之一戚發(fā)軔，受命擔(dān)任神舟飛船總設(shè)計(jì)師，前后一共進(jìn)行了四次無(wú)人飛船試驗(yàn)，還有無(wú)數(shù)次地面試驗(yàn)。

2000年，2顆北斗導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，中國(guó)終于擁有了自主的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

2003年，“神舟五號(hào)”搭載楊利偉成功升天，中國(guó)第一次真正實(shí)現(xiàn)載人航天飛行任務(wù)。

負(fù)責(zé)發(fā)射“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星的“發(fā)射將軍”胡世祥，在當(dāng)時(shí)也擔(dān)任著中國(guó)載人航天工程的副總指揮，見證了我國(guó)從發(fā)射第一顆衛(wèi)星、到成功載人航天的歷史進(jìn)程。

也是這一年，“東方紅一號(hào)”總設(shè)計(jì)師孫家棟出任中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師，進(jìn)一步將我國(guó)的航天夢(mèng)從近地軌道延伸出去。

2007年，我國(guó)第一顆探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”發(fā)射升空，成功進(jìn)入環(huán)月軌道并繞月飛行，我國(guó)正式開啟探月時(shí)代。

2008年，“神舟七號(hào)”發(fā)射升空并進(jìn)入預(yù)定軌道，中國(guó)航天員第一次實(shí)現(xiàn)太空行走，掌握了空間出艙活動(dòng)技術(shù)。

2017年，天宮二號(hào)與天舟一號(hào)完成交會(huì)對(duì)接，中國(guó)空間站建設(shè)邁出重要一步；2020年“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器發(fā)射升空并成功攜帶月球樣品返回；同年北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式開通……

就在前幾天，一段東方紅一號(hào)與中國(guó)空間站“同框”的視頻引爆全網(wǎng)。

它由北京天文館研究員、《天文愛好者》雜志主編朱進(jìn)，和清華大學(xué)天體物理專業(yè)博士王卓驍共同拍攝，采用的是長(zhǎng)焦跟蹤和廣角短曝光的方式。

△左為朱進(jìn)，右為王卓驍

這天剛好是4月24日，東方紅一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射日期，也是朱進(jìn)生日。每年這個(gè)日子里，他都會(huì)去看看東方紅一號(hào)是否過(guò)境。

△拍攝時(shí)（授權(quán)：?jiǎn)梯x）

而在前2天，朱進(jìn)恰好也拍到了中國(guó)空間站（天宮空間站）與東方紅一號(hào)同框的照片。

照片中，東方紅一號(hào)與中國(guó)空間站的軌跡被共同定格于夜空，這也被網(wǎng)友們稱為傳奇般的“世紀(jì)同框”。

當(dāng)談及這些年我國(guó)太空探索的進(jìn)展和影響時(shí)，朱進(jìn)感慨：

這些年，中國(guó)的深空探測(cè)、探月還有載人航天有了不少的發(fā)展，也影響了一些小孩兒去關(guān)注星空，進(jìn)而可能去關(guān)注天文。

期待我國(guó)航天技術(shù)發(fā)展得越來(lái)越好。

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