文 / 楊成

50年前，新中國第一代航天人在1970年的春天，發(fā)射了一顆名叫“東方紅一號”的衛(wèi)星，讓《東方紅》的樂曲響徹寰宇。

50年后，這顆衛(wèi)星仍在天際運行，沿著近地點高度約430公里、遠地點高度約2033公里、軌道傾角約68.4度的橢圓軌道飛行。

“中國第一星”上天，數(shù)十萬人于天安門廣場親眼目睹

1970年4月24日21時35分，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，搭載東方紅一號衛(wèi)星的長征一號運載火箭點火起飛，約10分鐘后衛(wèi)星進入預(yù)定軌道。不久，地面臺站就收到清晰嘹亮的《東方紅》樂曲。

4月25日，衛(wèi)星按計劃將于20時29分經(jīng)過北京上空。數(shù)十萬人聞訊聚集到天安門廣場，在探照燈光柱的指引下，翹首望天，親眼目睹了東方紅一號衛(wèi)星過境時的震撼一幕。

發(fā)射至太空的航天器，能否被人們在地面用肉眼看到和多個因素相關(guān)。中國空間技術(shù)研究院總體部研究員汪中生介紹，主要受5個方面影響，分別是軌道高低（即距離地面的遠近）、個體尺寸大小、表面材料對陽光的反射特性、觀測時的氣象條件、觀測時航天器是否處于地影內(nèi)等。對高度接近、表面反射特性類似的航天器，越大越容易被看到。

▲ 2015年，東方紅一號衛(wèi)星過境北京記錄 朱進攝

在1967年設(shè)計的東方紅一號衛(wèi)星的方案中，衛(wèi)星在太空運行時的亮度預(yù)計為5～8等。由于人肉眼的觀星極限是6等，因此，當時的科研人員在末級火箭上加了“觀察傘”，希望它的亮度達到4～7等。這個跟在衛(wèi)星身后直徑約4米的“太空反光球”，大大增加了反射太陽光的面積。這樣，地面上的人們就更容易“看得見”了。

50年后的今天，“東方紅一號”還能被看到嗎？

答案是肯定的。

東方紅一號衛(wèi)星的實際表現(xiàn)超出了科研人員預(yù)期。在帶有“觀察傘”的三子級火箭于2000年12月29日隕落后，人們?nèi)匀豢梢栽谒^境時欣賞到其風采。

生日與東方紅一號衛(wèi)星發(fā)射是同一天的北京天文館名譽館長朱進表示，由于這個特別的緣分，對其格外關(guān)注，就在“前幾年還用肉眼看到過它”。

2018年的9月14日，東方紅一號衛(wèi)星在近地點100%被照亮時，最大亮度可達3.6等。

衛(wèi)星的亮度為何在變化？北京四中天文教師葉楠解釋，東方紅一號衛(wèi)星表面是一個72面體，初始以每分鐘約120周的速度自旋，只有在與太陽角度合適的時候才能夠出現(xiàn)閃光，所以亮度有一個變化過程。

“即使在同一天，處在不同經(jīng)緯度位置的觀測者看到的衛(wèi)星過境亮度也可能不一樣?！北本┨煳牟┪镳^的張超補充說。

世界前五星今只剩二星，“東方紅一號”為何50年不掉？

回顧世界上5個最先發(fā)射第一顆衛(wèi)星的國家，蘇聯(lián)的斯普特尼克1號衛(wèi)星、法國的阿斯特克斯1號衛(wèi)星、日本的大隅號衛(wèi)星均早已隕落，仍然在軌運行的只剩下中國的東方紅一號衛(wèi)星和美國的探險者一號衛(wèi)星。其中，探險者一號衛(wèi)星由于體積較小而很難被看到。

那么，東方紅一號衛(wèi)星為何能夠長期在軌運行呢？這要從它的軌道說起。

在近地點高度439公里、遠地點高度2384公里（發(fā)射初始數(shù)據(jù)，后有衰減）的橢圓軌道上，東方紅一號衛(wèi)星入軌后隨即開始了周而復(fù)始的旋轉(zhuǎn)，繞地球一圈大約需要110分鐘。

從事月球和深空探測軌道設(shè)計工作的汪中生介紹，如果衛(wèi)星的高度低于400公里，地球大氣對衛(wèi)星的阻力會導(dǎo)致衛(wèi)星速度逐漸降低、高度逐漸衰減，直到進入離地面120公里以下的稠密大氣層燒毀。當初東方紅一號衛(wèi)星的設(shè)計師希望衛(wèi)星能夠長期在太空飛行，所以將它的近地點高度設(shè)在大于400公里。

東方紅一號衛(wèi)星軌道比較高，所處位置空氣非常稀薄。不過稀薄的空氣還是會給衛(wèi)星一定阻力，因此，“東方紅一號”的軌道也略有衰減，只不過過程比較緩慢，目前它的近地點高度只比當初降低了10公里左右。一般人造衛(wèi)星軌道高度降低到300公里以下時，才會比較快速地丟失高度，最終再入大氣層燒毀。

曾參與長征一號運載火箭研制工作的中國運載火箭研究院的韓厚健研究員表示：“只要沒有人打擾它，東方紅一號衛(wèi)星今后的在軌時間將超過50年?！?/p>

地面“追星”，拍攝東方紅一號衛(wèi)星難不難？

2019年4月，北京四中的學生任芊澍和丁恒宇參加了第二十屆北京市中小學生航天科技體驗與創(chuàng)意設(shè)計大賽，兩人兩張同一天拍攝的東方紅一號衛(wèi)星過境的照片都得了航天器攝影項目的獎項。

▲ 東方紅一號過境 北京四中丁恒宇攝

為何兩張主題內(nèi)容相同的照片能在同一賽事中獲獎？他們的指導(dǎo)老師葉楠介紹：“因為確實比較難拍到，而且也難拍好看?！?/p>

有多難？

2020年3月28日，同一天晚上的8點40分左右，同為北京師范大學天文系校友的葉楠和朱進，一個在延慶，一個在順義，一個拍到了東方紅一號衛(wèi)星過境，一個沒有拍到。

看到葉楠拍攝的東方紅一號衛(wèi)星飛躍北斗七星中的開陽雙星照片時，學長朱進非常遺憾。他說：“今年比較好的過境只有3月和9月兩次，如果錯過這次機會，就得再等半年。”

第二天，抱著試試看的心態(tài)，朱進帶著相機又出發(fā)了。

堅持帶來了好運，東方紅一號衛(wèi)星在朱進相機里的20多張照片上都留下了痕跡，一道白線穿過小熊座，經(jīng)過天權(quán)下面一點又穿過北斗七星！

其實，此前一直關(guān)注東方紅一號衛(wèi)星的朱進，已經(jīng)多次成功拍攝到了衛(wèi)星過境的照片。作為《天文愛好者》的主編，他認為，“對人造航天器的觀測和拍攝，是天文愛好者一個非常好的入門方式和機會”。未來，中國空間站建成后，將成為一顆“我們站在自家陽臺上，抬頭即可見的星”。

根據(jù)中科院院士謝光選的記錄，1970年4月3日，在東方紅一號衛(wèi)星升空前，專家們曾向周恩來總理報告：衛(wèi)星將“存在軌道上約16年”。如今，超長的在軌時間給了所有關(guān)注中國航天事業(yè)、熱愛天文觀測的人更多的機會去了解它。

中國航天技術(shù)水平發(fā)展到今天，已經(jīng)積累了非常強的空間探索能力，因此，無論是航天圈還是天文圈，很多人都有一個期待——能否送一個伙伴去代大家看看這位遙望了故鄉(xiāng)50年的老朋友呢？

▲ 2020年3月29日，朱進拍攝照片的全景圖

▲ 2020年3月29日，朱進拍攝照片的局部圖

▲ “東方紅一號”過境 北京四中任芊澍攝