利刃/冬陽

東方紅一號已經在太空飛了50年

50年前，長征一號運載火箭將我國第一顆人造衛星東方紅一號送入太空。作為我國的第一顆人造衛星，東方紅一號在我國航天史上有著很高的地位，‘’兩彈一星‘’中的‘’星‘’指的就是人造衛星。在50年前，中國同時與美國、蘇聯這兩個超級大國交惡，東方紅一號的成功讓中國堅定了走獨立自主道路的決心。令人疑惑的是，作為一顆1970年發射升空的衛星，東方紅一號的能量早已用盡，但它依舊在太空繞著地球轉了50年，反觀我國最近幾年送入太空的天宮一號和天宮二號載人空間試驗平臺，均在數年內受控墜入大氣層，在與大氣的劇烈摩擦中被燒燬。單論技術水平，可以載人的天宮一號與天宮二號遠遠超過東方紅一號衛星，技術水平較低的東方紅一號衛星為什麼在進入太空50年後還沒有墜入大氣層？

大氣對航天器的影響很大

想要弄清楚東方紅一號長期在軌飛行的原因，就需要知道航天器為何會墜入大氣層。對太空中的各種航天器而言，大氣是航天器軌道不斷降低的主要原因，當軌道高度下降到一定程度時，航天器的墜毀便無法避免。我國之所以控制天宮一號與天宮二號墜入大氣層，是因為這兩個航天器的軌道高度不斷降低，受控墜毀前的軌道高度不到300千米，照這個下降趨勢，天宮一號與天宮二號墜入大氣層只是遲早的事，讓它們在無人區墜毀是最好的選擇。

印有東方紅一號的郵票

儘管大氣是導致航天器軌道降低乃至墜毀的主要原因，但大氣也是有邊界的。在科學界，一般認為100千米的高度就是大氣的邊界，這裡的空氣密度僅有地面的一億分之一，不過，對高速飛行的衛星等航天器而言，這一高度的空氣密度依舊很大。當高度達到500千米時，空氣密度幾乎為0，處在這一高度的航天器幾乎不受大氣的影響，可以長時間滯留太空。1970年發射入軌時，東方紅一號衛星的軌道是一個近地點高度441千米、遠地點高度2368千米的橢圓形軌道，441千米的最低軌道高度使得東方紅一號衛星幾乎不受大氣阻力的影響，況且，由於軌道呈橢圓形，東方紅一號大部分時間的飛行高度高於441千米，在飛了50年後，東方紅一號的近地點高度依舊有435千米，在這種情況下，東方紅一號衛星的在軌時間將十分漫長，即便再飛100年，東方紅一號衛星也不會墜入大氣層。

科研人員與東方紅一號衛星

與東方紅一號衛星這樣軌道高度較高的航天器相比，那些軌道高度在300千米以下的航天器幾乎無法逃脫墜入大氣層的命運。當航天器的飛行高度低於300千米，對高速飛行的航天器而言，這裡的大氣足以扯住航天器，航天器的軌道高度將因此緩慢下降。以歐洲空間技術研究局在2009年發射的GOCE衛星為例，這顆衛星在2013年11月墜入大氣層，而在墜入大氣層的20多天前，GOCE衛星的軌道高度尚有230千米，大氣對衛星的阻力可想而知。

墨子號量子科學試驗衛星發射場景

除了在太空飛得久以外，東方紅一號衛星還有其他特點。第一，東方紅一號是一顆能用人眼看到的衛星，為了實現這一效果，當時的科研人員把東方紅衛星設計成近似球形的72面體，當衛星旋轉時，由於角度不同，就會產生一閃一閃的效果，進而方便人眼對這顆衛星的觀察。當然，僅僅做到這一點還不夠，為了讓東方紅一號更加閃耀，科研人員給三級火箭套了一個鍍鋁的布質氣球，當這個直徑數米的布氣球展開時，可以起到大面積反射太陽光的作用，讓衛星更亮。第二，東方紅一號是一顆‘’大質量‘’衛星，東方紅一號的重量高達173千克，比蘇聯、美國、法國、日本這四個國家的首顆衛星加在一起的重量還大。第三，東方紅一號是一顆聽得到的衛星，東方紅一號衛星在軌執行的28天內，全世界的人都能用普通收音機收聽東方紅一號傳送的《東方紅》樂音。雖然東方紅一號衛星的在軌工作時間僅有28天，但這短短的28天是我國航天技術進步的表現，在東方紅一號之後，我國的衛星技術發展進入快車道，到了今天，除了通訊衛星、氣象衛星等較為常見的衛星外，我國還擁有北斗導航衛星、墨子號量子科學試驗衛星、悟空號暗物質粒子探測衛星等多款處於世界頂尖水準的衛星。