我国第一颗人造地球卫星东方红一号为何至今仍在运行

　　2020年是为我国第一颗人造地球卫星东方红一号成功发射升空五十周年。东方红一号的发射是我国＂卫星时代＂的开端。半个世纪后中国航天事业取得了丰硕的成果：2020年中国成功实施了以嫦娥五号首次地外天体采样返回、北斗三号卫星导航系统部署完成并面向全球提供服务、天问一号探测器奔向火星为代表的航天任务.......一系列航天重大事件有力推动了航天强国建设，与此同时也引起了全世界的广泛关注。
　　如今我国的卫星技术比起半个世纪以前可是大大进步了。要知道我国能在1970年制造出东方红一号是相当不容易的事。新中国成立后就面临着西方资本主义国家的全面技术封锁。一开始我们还能得到来自苏联方面的支持，然而从60年代起中苏关系开始日渐恶化。中国的两弹一星事业完全是靠着国人自己的智慧和勤劳完成的。东方红一号的发射使我国成为继苏、美、法、日之后第五个能制造和发射人造卫星的国家。
　　东方红一号的成功发射以及传播数据足以说明全球航天事业的发展少不了我国，我们有能力在全球航天发展中占据一席之地。当然如今的北斗卫星系统也是世界性的工程：不少国家都已经在缓慢的接入我国北斗系统，而我们的宗旨自然也是服务全球。从东方红一号到如今的北斗卫星系统见证了中国人为全球航天事业所做出的伟大贡献。正是半个世纪前＂东方红一号＂卫星发射升空揭开了中国人探索宇宙奥秘的序幕。
　　中国航天史上的里程碑＂东方红一号＂成功发射背后有哪些故事？如今＂东方红一号＂又在何处？现在就让我们带着这些问题回顾中国第一颗人造地球卫星的前世今生。1957年10月4日苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星 ，随后美国、法国、日本相继发射了自己的人造卫星。1958年5月17日毛泽东主席在中国共产党第八次全国代表大会第二次会议上提出＂苏联人造卫星上天。我们也要搞人造卫星，要搞就搞得大一点＂。
　　1960年2月19日中国第一枚自制的液体燃料探空火箭T-7M在上海发射升空，但这枚火箭只飞行了8公里。短短的8公里当然没法和我们今天的火箭相比，然而这短短的8公里在中国航天史上的开创性意义是不容低估的。当时毛主席对此评价道：＂了不起，八公里也了不起，我们就要这样，八公里、二十公里、二百公里地搞上去＂。1964年中国相继成功发射了第一枚弹道式导弹、爆炸了第一颗原子弹。
　　这一系列进展为发展人造卫星奠定了基础。卫星计划开始被重新提上议事日程 。1965年1月8日钱学森建议中国暂停研制的人造地球卫星应该重新上马并列入国家任务。钱学森的提议得到了聂荣臻副总理的赞同。同年5月周恩来总理指示中国科学院拿出第1颗人造卫星的具体方案。负责卫星总体组的钱骥带领着年轻的科技工作者们很快就拿出了初步的方案。
　　1965年7月周恩来总理主持的中央专委会议批准了中国科学院《关于发展中国人造卫星工作规划方案建议》。1965年底科学院开始讨论卫星研制和测控问题，最终决定在测控方面不走美、苏等国的路子，而是采取光学、雷达、无线电多普勒测量多管齐下。1966年负责卫星跟踪测量任务的701工程处正式成立。701工程处集中了天文、电子和光学三方的人才。
　　由于我国经度跨度远不如苏联广阔，所以测控站选址难度相对较大。当时经测算认为卫星第二圈会在新疆上空，运行十多圈后会转回到东部沿海。因此先后在喀什、东北和胶东等地设立了8个站和1个测控中心。在卫星设计方面钱骥带队很快搞出了初步的三图一表：卫星主要技术参数和分析图构成表、卫星运行星下轨迹图以及卫星外形图。在1965年8月周总理亲自主持的有关卫星的中央专委会议上确定卫星项目代号为651。
　　1965年10月20日至11月第一颗人造卫星总体方案论证会在北京召开。会议确定卫星的任务是发展我国对地观测、通信广播、气象等领域的经验。卫星发射时间被定在1970年，同时会议还提出了四点要求：上的去、抓得住、听得见、看得见。这次会议上最大的争议是首颗卫星的重量：苏联第一颗卫星为83.6公斤，每个第一颗卫星只有7公斤。我们最开始提出的目标是100公斤左右。
　　后来在卫星技术专家和火箭技术专家的共同努力下使＂东方红一号＂的实际重量达到了173公斤。＂东方红一号＂这个名字以及播放乐曲的确定主要是参考了苏联卫星采用间断信号的经验。当时总体组组长何正华提出：＂苏联卫星采用的是间断信号，我们应当超越苏联，所以我们要发射连续信号，而且所发射的信号必须突出中国特色。建议采用中央人民广播电台对外呼号‘东方红’乐曲＂。
　　1966年5月国防科委、科学院、七机部联合商定后报请中共中央将中国第一颗人造地球卫星定名为＂东方红一号＂。1967年初中国第一颗人造地球卫星对外播放的乐曲被确定为《东方红》。1970年4月24日21时35分＂长征一号＂运载火箭搭载着＂东方红一号＂在酒泉卫星发射中心成功发射。21时50分国家广播事业局报告：收到《东方红》乐曲，声音清晰洪亮。
　　东方红一号发射成功开创了中国航天史的新纪元：中国就此成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。由于电池寿命有限，所以＂东方红一号＂的设计寿命只有20天，但实际上＂东方红一号＂一共工作了28天。1970年5月14日东方红一号卫星随着电池耗尽停止发射信号，然而已结束工作的东方红一号却仍在空间轨道上继续运行着。
　　时至今日在天气晴好的日子里天文爱好者还可以拍摄到这颗卫星经过祖国上空的照片，而且有专家估计＂东方红一号＂照目前的趋势应当还能在太空中运行上百年的时间。为什么已停止工作的＂东方红一号＂没坠入地球大气层呢？要知道苏联第一颗人造地球卫星只在太空运行了92天就坠毁了。2011年我国发射升空的天宫一号在运行7年后坠入了地球大气层。
　　2016年我国发射升空的天宫二号空间实验室也在2019年的7月受控坠入了大气层。在与大气层的摩擦中天宫二号大部分的结构被烧毁，只剩下少量残骸坠入到南太平洋的预定海域。按说经过近半个世纪的发展后天宫二号的技术优势远远超过了东方红一号，那么究竟是什么原因让已失去动力的东方红一号依旧在太空中飞行呢？首先我们不妨先了解一下为什么要让天宫二号坠入大气层中呢？
　　这主要是因为当时的天宫二号发射后变轨进入到了高度约380千米的运行轨道，后来降到了200多千米。地球的大气密度一般是随着高度的降低呈指数递增的：如果飞得越低，那么大气对卫星的影响就越大。如果航天器的轨道高度低于300千米，那么就只有坠入大气层这一个结局。与其让其随机坠落，那么不如让它坠落到无人区，从而确保人民群众的生命财产安全。
　　东方红一号的体型相当于一个直径一米的72面球体（重量达到了173公斤）。我们一次性就发射了这么个大家伙上天，还利用火箭的高推力将卫星发射到了较高的轨道，因而所受到的地球引力就比其他卫星要小。东方红一号发射升空时近地点的高度是439千米，远地点的高度是2384千米。由于最低高度已超过了400千米，所以受到的大气影响几近全无。
　　惯性定律告诉我们：任何物体在受到外力作用之前会一直保持原来的匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变原来的运动状态为止。东方红一号的飞行轨道所处区间受外力作用的影响是相当小的。这一区间所受到的地球引力作用已相当有限，所以在这一区间运行的物体所受阻力也相对较小。在外力作用有限的情况下这一区间内的物体将长期保持一种稳定的运动状态。
　　半个世纪前发射升空的东方红一号本身在技术水平上肯定没我们如今的卫星先进。东方红一号其实并没什么可控制的设备在里面。当东方红一号进入到一定区间后在不受较强外力的影响之下只能保持在上面。当然最初设计时也不可能想到这么远。截至到2017年东方红一号的近地点高度变成了429千米，远地点高度变成了2036公里。照东方红一号目前的运行趋势可能会在地球的引力下和地球越靠越近。
　　那么东方红一号最后很可能会像天宫二号一样坠入大气层中销毁，不过也有可能因为速度太快而渐渐远离地球从而进入到宇宙空间。当然围绕地球运行的航天器大多数最后都是坠入地球大气层中销毁，这也可能是东方红一号的最终结局。东方红一号采用了银锌电池，而不是其他卫星的太阳能电池板。银锌电池虽然电能储量有限，但没太阳能电池板那样硕大的面积。
　　这就不会让卫星受到太大的迎风力，而较大的迎风力恰恰是导致卫星更快坠落的原因之一。太阳能板加低轨道是导致卫星坠毁的两个主要原因。＂东方红一号＂躲过了这两个地方：不仅发射的轨道高，而且还采用了银锌电池。＂东方红一号的＂在外形上是个球体，从而最大程度减少了所受到的阻力。当时科研人员设计东方红一号的电池在20天后就会耗尽能源，但它足足工作了28天就跟这颗卫星的球形结构有关。
　　如今其他国家发射的第一颗卫星早已坠毁，只有中国的＂东方红一号＂依然在太空翱翔。我们现在的确拥有回收东方红一号的技术当然是没问题的，不过让这颗承载着中国航天最初使命的卫星在太空中继续飞行不是更有意义吗？东方一号之所以如今还没坠落到大气层之中主要是因为没太多的外力阻碍。东方红一号发射升空时近地点的高度是439千米、远地点的高度是2384千米。
　　到了2017年东方红一号的近地点高度变成了429千米、远地点高度变成了2036公里。这说明东方红一号在地球的引力作用下向地球大气层靠拢是大的趋势。不过这样的外力作用实在是太小太小了，所以东方红一号向地球大气层移动的速度相当缓慢。即使有朝一日东方红一号坠落到地球大气层中也是相当久远的事。这意味着我们这一代人很可能是看不到那一天的。