蕭箫 楊淨 發自 凹非寺
量子位 | 公衆号 QbitAI
沒想到，52年過去了，東方紅一号衛星竟然還在天上飛？！
要不是真有人拍到了，說實話我還有點不敢相信。
就在幾天前，一段“世紀同框”的視訊讓網友集體破防：
△圖源：騰訊視訊
視訊中，“東方紅一号”衛星與中國空間站擦身而過，發射相差了近半個世紀的兩個人造天體在夜空中“遙遙相望”。
有網友感慨這相隔半世紀的兩顆“星星”相聚的奇迹：
但讓更多網友驚奇的是，“東方紅一号”竟然還在天上：
畢竟，同時期美國、蘇聯和日本發射的第一顆人造衛星，都已經因為軌道、動力等各種原因墜毀。
“東方紅一号”本身的意義無需贅述，它是大陸第一顆人造衛星。作為“兩彈一星”中的“一星”，承載着幾代航天人的夢想和初心。
而“東方紅一号”的發射，更标志着中國對于太空的探索就此拉開序幕。
在這之後，大陸航天發展一路“開枝散葉”——
“東方紅一号”衛星總設計師孫家棟，成為大陸首任探月工程總設計師，開啟了大陸探月和深空探測之路；
“東方紅一号”衛星技術負責人之一戚發轫，擔任神舟飛船總設計師，由此大陸開始在載人航天上書寫曆史；
“東方紅一号”衛星測控系統總設計師陳芳允，成為北鬥衛星導航系統創始人之一；
……
但其實，這顆在太空中飛了52年的“東方紅一号”衛星，最初是在從理論到工業幾乎“一無所有”的基礎上研發出來的。
5000多人，在2億元經費的基礎上，用筆和算盤一步步“手工”完成了衛星從設計、生産、制造到發射的全過程。
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——
中國第一顆人造衛星東方紅一号成功發射，開啟了中國航天史的新紀元。
因為衛星在太空中向全世界發出《東方紅》的歌聲而得名“東方紅一号”。
它重達173公斤，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。
該衛星升空後，繞地運作周期為114分鐘，在用20.002兆赫頻率播放樂曲《東方紅》的同時，傳送遙測參數和科學探測資料。
如今每年的中國航天日，就定在發射當天——4月24日。
但回顧當時東方紅一号從0到1的研制，一切都是那麼不容易。
上世紀五十年代末，中國正式提出要做人造地球衛星。
在此之前，蘇聯已經成功發射了世界首顆人造衛星。美國緊随其後，在1958年将探險者一号送上太空。
而這時候的中國， 在經濟、人才等方面距發射衛星的條件還距離很遠。
就連在1959年十周年獻禮時，對外展出的衛星和火箭模型，都是年輕學者用手工敲打出來的。
據央視報道，當時這些年輕人對火箭、衛星知識的了解，還不如現在的中學生。
而且即便模型做出來，還有一堆實際問題解決不了，比如設計參數無法抉擇、測試條件差、所需生産加工裝置供應不上……
中國的科學家們也不是沒有想過向老大哥蘇聯學習，還跑到了莫斯科去調研，但結果無奈遇冷。
而且由于國力有限，他們決定先打基礎，緻力于火箭、高空實體探測等裝置的研發上。
直至東風2号中程飛彈發射成功，标志着中國基本上具備了發射人造地球衛星的能力。
在錢學森、 趙九章等人的帶動下，東方紅一号衛星研制工作正式搬上了日程。
△圖源：新華網，樂音裝置
他們還立了個起點更高的Flag：中國第一顆衛星要在100千克左右。
當時蘇聯第一顆衛星重量83.6千克，美國的第一顆衛星僅8.2千克。衛星越重，對火箭發動機以及各裝置的要求也就越高。
但最終他們完成了，而且實際重量達到了173千克。
直到1968年2月20日，中國空間技術研究院成立，東方紅一号的研制才正式搬上了日程——
錢學森擔任第一任院長，研制隊伍超5000人，中央撥款兩億人民币。
△錢學森
據新華網報道，“東方紅一号”衛星總體設計組副組長潘厚任回憶道：
兩億人民币在那個時候，真是不容易的。
因為除了經費，老一輩航天人幾乎一無所有。
期間的很多困難都是用“土方法”來解決的。
比如像衛星制造中的一道重要工序——鉚接，因為當時衛星廠是由科學儀器廠轉産，沒有幹過這事兒，而且也沒有鉚槍和固定工件的桁架。
勞工們就靠一把小錘，用自己的身體當桁架，将鉚釘一個個敲上去。
在這種條件下，他們解決了多項工藝問題，之後就來到了多個環境模拟試驗階段。
“東方紅一号”衛星技術負責人之一戚發轫曾回憶起當時夏天試驗的時候，因為衛星廠沒有低溫試驗室，就穿着大棉襖去到海軍的冷庫裡進行試驗。
△圖源：宇宙高歌《東方紅》
條件是艱苦了些，但是技術卻始終在不停疊代。
1967年研究院成立前夕，中國摩擦學學科的開拓者與學術帶頭人黨鴻辛，和團隊一起解決了一個衛星傳輸的關鍵問題。
他們選擇了一種以銅為基礎的導電幹膜，成功解決了-100℃至100℃下超短波天線信号傳輸困難的問題。
地球之是以能接收到東方紅一号的音樂信号，就少不了黨鴻辛團隊的功勞。
△視訊源：宇宙高歌《東方紅》
信号的問題解決了，但衛星本身還要經受住極端溫度變化的考驗。
放在當時，這還是世界公認的難題。
為此，中國科學家們研制出了一套完整的溫控系統來平衡衛星内部的溫度，但系統正常運轉需要耗費大量的電力，而衛星攜帶的電量很有限。
最後，他們想到利用其他儀器在工作時産生的熱量，幫助衛星控制溫度，其外部材料采用的是按照溫控處理的鋁合金材料，如此一來解決了耗電大的難題。
很快在兩三年之後，他們就完成了首顆人造衛星的目标。
1970年4月24日，長征一号運載火箭搭載東方紅一号衛星成功進入預定軌道，完成為期二十多天的探測任務，至同年5月14日停止發射信号。
中國至此成為世界上第五個獨立研制和發射衛星的國家。
從正式立項到衛星成功發射，中國完成的時間僅不到五年。
而且時至今日，東方紅一号仍在太空中飛行，俯瞰這中國航天的發展。同時期的衛星大多已墜入大氣層當中去了。
這究竟是如何做到的？
為何東方紅一号仍在軌運作
還得從當時整個技術方案說起。
當時設計東方紅一号衛星，主要任務是進行衛星技術試驗、探測電離層以及大氣層密度。
因而在軌道設計上是一個近地點在441公裡左右，遠地點在2368公裡左右，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痕量的氣體存在，越靠近地球氣體分子越多，這也是為什麼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，東方紅一号運作在近地點441公裡，遠地點達2368公裡的軌道上。
作為比較，目前國際空間站運作在420公裡高的軌道上。由此可見，即便東方紅一号的近地點也比國際空間站的軌道還高。是以，東方紅一号在軌道上運作受到的阻力很小。
至于另一種更普遍的歸宿——進入到大氣層（100公裡~300公裡左右區間）燒毀解體，那也是要等待猴年馬月的。
據最新資料顯示，東方紅一号衛星最新近地點高度為428公裡，遠地點高度為2030公裡。
也就是說，經過半世紀的運作，東方紅一号的近地點僅降低了13公裡。
但要發射這麼高軌道的衛星并不簡單，起初“長征一号”的理論基礎東風四号飛彈，并不具備将衛星發射到400多公裡高度的動力。
是以，“長征一号”在東風四号基礎上進行了大幅優化，包括将火箭升為三級等……最終成功将東方紅一号送到指定的軌道。
而這次任務的成功，也為大陸後續航天技術的發展打下了堅實的基礎。
半世紀的中國航天路
“東方紅一号”衛星發射結束，中國航天之旅才剛剛啟程。
在往後的50年裡，最初參與“東方紅一号”衛星項目的科學家們，帶着摸索出來的航天技術深入更複雜的領域，完成了一個又一個不可能的任務——
從載人航天，到探月和深空探測任務，朝着星辰大海一步步前進。
提出運載東方紅一号衛星上天的“長征一号”運載火箭技術方案、并組織将之研制出來的王希季，在東方紅一号任務結束後，再次撐起了大陸第一顆“傳回式衛星”總設計師的重擔。
1975年，大陸第一顆傳回式衛星發射并回收成功，成功走出了載人航天的第一步。
在這之後，“東方紅一号”衛星測控系統總設計師陳芳允，與合作者共同提出“雙星定位系統”，成為北鬥衛星導航系統的重要理論基礎；
“東方紅一号”衛星技術負責人之一戚發轫，受命擔任神舟飛船總設計師，前後一共進行了四次無人飛船試驗，還有無數次地面試驗。
2000年，2顆北鬥導航實驗衛星成功發射，中國終于擁有了自主的衛星導航系統。
2003年，“神舟五号”搭載楊利偉成功升天，中國第一次真正實作載人航天飛行任務。
負責發射“東方紅一号”衛星的“發射将軍”胡世祥，在當時也擔任着中國載人航天工程的副總指揮，見證了大陸從發射第一顆衛星、到成功載人航天的曆史程序。
也是這一年，“東方紅一号”總設計師孫家棟出任中國探月工程總設計師，進一步将大陸的航天夢從近地軌道延伸出去。
2007年，大陸第一顆探月衛星“嫦娥一号”發射升空，成功進入環月軌道并繞月飛行，大陸正式開啟探月時代。
2008年，“神舟七号”發射升空并進入預定軌道，中國航天員第一次實作太空行走，掌握了空間出艙活動技術。
2017年，天宮二号與天舟一号完成交會對接，中國空間站建設邁出重要一步；2020年“嫦娥五号”探測器發射升空并成功攜帶月球樣品傳回；同年北鬥三号全球衛星導航系統正式開通……
就在前幾天，一段東方紅一号與中國空間站“同框”的視訊引爆全網。
它由北京天文館研究員、《天文愛好者》雜志主編朱進，和清華大學天體實體專業博士王卓骁共同拍攝，采用的是長焦跟蹤和廣角短曝光的方式。
△左為朱進，右為王卓骁
這天剛好是4月24日，東方紅一号衛星發射日期，也是朱進生日。每年這個日子裡，他都會去看看東方紅一号是否過境。
△拍攝時（授權：喬輝）
而在前2天，朱進恰好也拍到了中國空間站（天宮空間站）與東方紅一号同框的照片。
照片中，東方紅一号與中國空間站的軌迹被共同定格于夜空，這也被網友們稱為傳奇般的“世紀同框”。
當談及這些年大陸太空探索的進展和影響時，朱進感慨：
這些年，中國的深空探測、探月還有載人航天有了不少的發展，也影響了一些小孩兒去關注星空，進而可能去關注天文。
期待大陸航天技術發展得越來越好。
參考連結：[1]https://view.inews.qq.com/a/20220424V02UZJ00[2]https://www.sciencenet.cn/skhtmlnews/2018/11/4063.html[3]https://mp.weixin.qq.com/s/zinTVi7zGBuADiqIqmuuvw[4]https://heavens-above.com/orbit.aspx?satid=4382&lat=0&lng=0&loc=Unspecified&alt=0&tz=CET[5]https://open.163.com/newview/movie/free?mid=TFTKM9INN&pid=JFTKM9IN5[6]https://weibo.com/1697045860/LpWogBBNY?type=comment[7]http://news.cctv.com/science/20060928/103731.shtml[8]http://www.xinhuanet.com/politics/2020-04/24/c_1125902168.htm[9]http://www.xinhuanet.com/politics/2020-04/24/c_1125897682.htm[10]http://news.cntv.cn/lm/655/11/39051.html[11]https://www.youtube.com/watch?v=-oEF6lmrz5c