没想到，52年过去了，东方红一号卫星竟然还在天上飞？！
就在几天前，一段“世纪同框”的视频让网友集体破防：△图源：腾讯视频
视频中，“东方红一号”卫星与中国空间站擦身而过，发射相差了近半个世纪的两个人造天体在夜空中“遥遥相望”。但让更多网友惊奇的是，“东方红一号”竟然还在天上：毕竟，同时期美国、苏联和日本发射的第一颗人造卫星，都已经因为轨道、动力等各种原因坠毁。“东方红一号”本身的意义无需赘述，它是我国第一颗人造卫星。作为“两弹一星”中的“一星”，承载着几代航天人的梦想和初心。而“东方红一号”的发射，更标志着中国对于太空的探索就此拉开序幕。“东方红一号”卫星技术总负责人孙家栋，成为我国首任探月工程技术总负责人，开启了我国探月和深空探测之路；“东方红一号”卫星技术负责人之一戚发轫，担任神舟飞船技术总负责人，由此我国开始在载人航天上书写历史；“东方红一号”卫星测控系统技术总负责人陈芳允，成为北斗卫星导航系统创始人之一；但其实，这颗在太空中飞了52年的“东方红一号”卫星，最初是在从理论到工业几乎“一无所有”的基础上研发出来的。5000多人，在2亿元经费的基础上，用笔和算盘一步步“手工”完成了卫星从设计、生产、制造到发射的全过程。01
宇宙中第一次有了来自中国的声音
中国第一颗人造卫星东方红一号成功发射，开启了中国航天史的新纪元。因为卫星在太空中向全世界发出《东方红》的歌声而得名“东方红一号”。它重达173公斤，是一枚直径为1米的球形多面体，装有4根3米长的鞭状天线。该卫星升空后，绕地运行周期为114分钟，在用20.002兆赫频率播放乐曲《东方红》的同时，传送遥测参数和科学探测数据。如今每年的中国航天日，就定在发射当天——4月24日。
但回顾当时东方红一号从0到1的研制，一切都是那么不容易。在此之前，苏联已经成功发射了世界首颗人造卫星。美国紧随其后，在1958年将探险者一号送上太空。而这时候的中国， 在经济、人才等方面距发射卫星的条件还距离很远。就连在1959年十周年献礼时，对外展出的卫星和火箭模型，都是年轻学者用手工敲打出来的。据央视报道，当时这些年轻人对火箭、卫星知识的了解，还不如现在的中学生。而且即便模型做出来，还有一堆实际问题解决不了，比如设计参数无法抉择、测试条件差、所需生产加工设备供应不上…中国的科学家们也不是没有想过向苏联学习，还跑到了莫斯科去调研，但结果无奈遇冷。而且由于国力有限，他们决定先打基础，致力于火箭、高空物理探测等设备的研发上。直至东风2号中程导弹发射成功，标志着中国基本上具备了发射人造地球卫星的能力。在钱学森、 赵九章等人的带动下，东方红一号卫星研制工作正式提上了日程。
“东方红一号”音乐装置
他们还立了个起点更高的Flag：中国第一颗卫星要在100千克左右。当时苏联第一颗卫星重量83.6千克，美国的第一颗卫星仅8.2千克。卫星越重，对火箭发动机以及各设备的要求也就越高。直到1968年2月20日，中国空间技术研究院成立，东方红一号的研制才正式搬上了日程——钱学森担任第一任院长，研制队伍超5000人，中央拨款两亿人民币。△钱学森
据新华网报道，“东方红一号”卫星总体设计组副组长潘厚任回忆道：
比如像卫星制造中的一道重要工序——铆接，因为当时卫星厂是由科学仪器厂转产，没有干过这事儿，而且也没有铆枪和固定工件的桁架。工人们就靠一把小锤，用自己的身体当桁架，将铆钉一个个敲上去。在这种条件下，他们解决了多项工艺问题，之后就来到了多个环境模拟试验阶段。“东方红一号”卫星技术负责人之一戚发轫曾回忆起当时夏天试验的时候，因为卫星厂没有低温试验室，就穿着大棉袄去到海军的冷库里进行试验。
△图源：宇宙高歌《东方红》
1967年研究院成立前夕，中国摩擦学学科的开拓者与学术带头人党鸿辛，和团队一起解决了一个卫星传输的关键问题。他们选择了一种以铜为基础的导电干膜，成功解决了-100℃至100℃下超短波天线信号传输困难的问题。地球之所以能接收到东方红一号的音乐信号，就少不了党鸿辛团队的功劳。△图源：宇宙高歌《东方红》
信号的问题解决了，但卫星本身还要经受住极端温度变化的考验。为此，中国科学家们研制出了一套完整的温控系统来平衡卫星内部的温度，但系统正常运转需要耗费大量的电力，而卫星携带的电量很有限。最后，他们想到利用其他仪器在工作时产生的热量，帮助卫星控制温度，其外部材料采用的是按照温控处理的铝合金材料，如此一来解决了耗电大的难题。很快在两三年之后，他们就完成了首颗人造卫星的目标。1970年4月24日，长征一号运载火箭搭载东方红一号卫星成功进入预定轨道，完成为期二十多天的探测任务，至同年5月14日停止发射信号。中国至此成为世界上第五个独立研制和发射卫星的国家。从正式立项到卫星成功发射，中国完成的时间仅不到五年。而且时至今日，东方红仍在太空中飞行，俯瞰这中国航天的发展。同时期的卫星大多已坠入大气层当中去了。02
为何东方红一号仍在轨运行
当时设计东方红一号卫星，主要任务是进行卫星技术试验、探测电离层以及大气层密度。因而在轨道设计上是一个近地点在441公里左右，远地点在2368公里左右，与地球赤道平面成68.5度角的近地椭圆轨道。我们知道，卫星在太空绕地球飞行不需要动力，完全靠惯性飞行。理论上，如果没有任何阻力，就没有能量消耗，会永久飞行下去。但实际上，太空并非空无一物，尤其是在地球近地轨道上仍然有痕量的气体存在，越靠近地球气体分子越多，这也是为什么目前空间站每隔一段时间就要主动升轨的原因。上面我们提到，东方红一号运行在近地点441公里，远地点达2368公里的轨道上。作为比较，目前国际空间站运行在420公里高的轨道上。由此可见，即便东方红一号的近地点也比国际空间站的轨道还高。因此，东方红一号在轨道上运行受到的阻力很小。至于另一种更普遍的归宿——进入到大气层（100公里~300公里左右区间）烧毁解体，那也是要等待猴年马月的。据最新数据显示，东方红一号卫星最新近地点高度为428公里，远地点高度为2030公里。也就是说，经过半世纪的运行，东方红一号的近地点仅降低了13公里。但要发射这么高轨道的卫星并不简单，起初“长征一号”的理论基础东风四号导弹，并不具备将卫星发射到400多公里高度的动力。因此，“长征一号”在东风四号基础上进行了大幅优化，包括将火箭升为三级等……最终成功将东方红一号送到指定的轨道。而这次任务的成功，也为我国后续航天技术的发展打下了坚实的基础。03
半世纪的中国航天路
“东方红一号”卫星发射结束，中国航天之旅才刚刚启程。
在往后的50年里，最初参与“东方红一号”卫星项目的科学家们，带着摸索出来的航天技术深入更复杂的领域，完成了一个又一个不可能的任务——从载人航天，到探月和深空探测任务，朝着星辰大海一步步前进。提出运载东方红一号卫星上天的“长征一号”运载火箭技术方案、并组织将之研制出来的王希季，在东方红一号任务结束后，再次撑起了我国第一颗“返回式卫星”技术总负责人的重担。△王希季在办公室（2016年4月18日摄）。新华社记者白国龙摄1975年，我国第一颗返回式卫星发射并回收成功，成功走出了载人航天的第一步。在这之后，“东方红一号”卫星测控系统技术总负责人陈芳允，与合作者共同提出“双星定位系统”，成为北斗卫星导航系统的重要理论基础；
△学习中的陈芳允院士
“东方红一号”卫星技术负责人之一戚发轫，受命担任神舟飞船技术总负责人，前后一共进行了四次无人飞船试验，还有无数次地面试验。
△戚发轫院士
2000年，2颗北斗导航实验卫星成功发射，中国终于拥有了自主的卫星导航系统。2003年，“神舟五号”搭载杨利伟成功升天，中国第一次真正实现载人航天飞行任务。负责发射“东方红一号”卫星的“发射将军”胡世祥，在当时也担任着中国载人航天工程的副总指挥，见证了我国从发射第一颗卫星、到成功载人航天的历史进程。
△1970年4月24日21时35分，发射控制台操纵员胡世祥按下发射按钮，“东方红一号”随后升天
也是这一年，“东方红一号”技术总负责人孙家栋出任中国探月工程技术总负责人，进一步将我国的航天梦从近地轨道延伸出去。
△年轻时的孙家栋在工作中，图源新华社
2007年，我国第一颗探月卫星“嫦娥一号”发射升空，成功进入环月轨道并绕月飞行，我国正式开启探月时代。2008年，“神舟七号”发射升空并进入预定轨道，中国航天员第一次实现太空行走，掌握了空间出舱活动技术。2017年，天宫二号与天舟一号完成交会对接，中国空间站建设迈出重要一步；2020年“嫦娥五号”探测器发射升空并成功携带月球样品返回；同年北斗三号全球卫星导航系统正式开通…就在前几天，一段东方红一号与中国空间站“同框”的视频引爆全网。它由北京天文馆研究员、《天文爱好者》杂志主编朱进，和清华大学天体物理专业博士王卓骁共同拍摄，采用的是长焦跟踪和广角短曝光的方式。
△左为朱进，右为王卓骁这天刚好是4月24日，东方红一号卫星发射日期，也是朱进生日。每年这个日子里，他都会去看看东方红一号是否过境。而在前2天，朱进恰好也拍到了中国空间站（天宫空间站）与东方红一号同框的照片。照片中，东方红一号与中国空间站的轨迹被共同定格于夜空，这也被网友们称为传奇般的“世纪同框”。
当谈及这些年我国太空探索的进展和影响时，朱进感慨：
这些年，中国的深空探测、探月还有载人航天有了不少的发展，也影响了一些小孩儿去关注星空，进而可能去关注天文。
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来源：科普中国、量子位
本文审稿：刘艳，中国科学院空间应用工程与技术中心
编辑：羊
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