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东方红一号还在唱歌吗?5个问题让你更懂它

半个世纪前,1970年4月24号,中国自主研制的第一颗人造卫星"东方红一号"发射成功,《东方红》乐曲响彻太空,拉开了中国探索太空的帷幕。为了纪念中国航天事业成就,发扬中国航天精神,2016年3月8日,经国务院批复,同意将每年4月24日设立为"中国航天日"。#东方红50年#

东方红一号还在唱歌吗?5个问题让你更懂它

2020年4月24日是第五个"中国航天日",也是"东方红一号"——中国第一颗自主研发卫星成功发射50周年的纪念日,对于第一颗发射成功的"东方红一号"卫星,我们有太多好奇和怀念。

经过前期的征集,我们选取了一些大家感兴趣的问题,进行回答。

问题一:提到"东方红一号"卫星,大家都会想起那首响彻太空的《东方红》乐曲,太空是真空,我们为什么还能听到《东方红》的乐曲呢?除了播放乐曲,"东方红一号"卫星当时的主要任务是什么?

虽然宇宙是真空,声音因为没有介质而无法传播,但电磁波可以传播。《东方红》乐曲"响彻太空",并不是说在太空中响彻着我们能听到的音乐声音,而是卫星一直在发射电磁波。

要想让地面上的人们听到乐声,主要有以下步骤:卫星在太空中用短波发射器发送《东方红》乐曲的电磁波波段的信号,信号通过发射机下行,由大型地面站接收,再通过广播电台转播。

因此,全国人民听到的铝板琴音色的《东方红》乐曲,都是经广播电台对卫星信号转播后呈现的。

为什么会想到让卫星播放《东方红》呢?

1965年9月,中科院卫星设计院提出,中国要超过苏联的卫星发射的电报码,就必须发射一个连续的信号。这个信号要有中国特色,而且要得到全球公认,所以提出了卫星播送《东方红》乐曲,并将卫星命名为"东方红一号"的建议,后来获得国家认可。在那个特殊的年代,让《东方红》乐曲响彻世界,也有一定的政治意义。

东方红一号还在唱歌吗?5个问题让你更懂它

除了播放音乐,东方红一号卫星最重要的任务是技术验证,验证中国的火箭发射和卫星技术。

"东方红一号"卫星原设计时,有效载荷包括东方红乐音装置、太阳软X射线探测仪、粒子辐射计、磁强计和舱内气压计等科学探测仪器。其任务是探测太阳辐射、空间磁场、空间电离层环境和地球大气密度,然后通过遥测系统把相关数据发送回地面。

它的发射成功,标志着中国成为世界上第5个独立研制和发射卫星的国家。

问题二:"东方红一号"至今仍然没有坠入大气层,它还在运行吗?它还在唱歌吗?

"东方红一号"采用银锌电池为电源,设计的工作寿命为20天,但它实际工作了28天,在1970年5月14日停止发射信号,与地面失去了联系。虽然实际发出的歌声已经在那一刻停止,但《东方红》的音乐早已写入了我们的记忆。

那为什么直到今天东方红一号还没有坠入大气层呢?

卫星能飞行至今是因为它所处的轨道较高,大气阻力很小,轨道衰减很慢。

早期的卫星设计的轨道高度都很高,"东方红一号"如果不发生撞击,再飞几百年也没问题,但它也不会飞离地球,因为没有动力,它的轨道只会在大气微小的阻力下慢慢下降。因此,所有在天上的航天器需要互相避让。

现在大部分已知卫星都在地面的监控之内,如果你想了解"东方红一号"现在在哪,可以通过这个网站进行查询:

https://heavens-above.com/orbit.aspx?satid=4382&lat=0&lng=0&loc=unspecified&alt=0&tz=cet

问题三:"东方红一号"为什么要做成球体?"球"上面的那些杆子是干嘛的?飞上去的时候杆子那么细不会被冲断吗?

我们在照片上看到的"东方红一号"是一个发黄的球体,发黄是因为外表涂层的颜色,"东方红一号"表面是铝阳极氧化高反射热控涂层,就是照片中这种发黄的颜色。

东方红一号还在唱歌吗?5个问题让你更懂它

"东方红一号"看似是球形,其实是一个近似球形的72面体。采用这种设计外形主要是基于以下考虑:

(1)内部有较大空间;

(2)在这72个面上可以粘贴太阳电池片,可以为卫星供能;

(3)卫星采用自旋稳定,在72面球体上粘贴太阳电池片可便于均匀布设,使任何时刻太阳电池的总输出变化很小,这对整星能源系统的设计很有利;但是当时中国还没有太阳能帆板这样的技术,最终没有粘贴,而是采用银锌电池作为它的电源。

(4)采用球形设计,可使卫星飞行时的弹道截面基本不变,所以不用在星上安装探测仪器,就能用卫星的测轨跟踪数据反演推算卫星飞经高度的大气密度值及其变化,从而多获得一些科学数据。

至于那些细细的"杆子",其实是天线,每根长度有3米,有4根天线是用来发送东方红乐曲和遥测数据信号的。

这么长、这么细的杆子之所以在发射的时候没断,是因为就像伞的开合一样,卫星发射的时候已经把它收起来了,到天上才再把它打开。

问题四:"我爸说他亲眼看见过东方红卫星!他是不是在吹牛?"

"东方红一号"的直径只有1米,本体亮度比六等星还要暗,肉眼非常难以辨别。但当时采用了"借箭显星"的办法,长征一号第三级火箭跟卫星一起入轨,如果能找到火箭,就能找到东方红一号。

为了让大家能看到卫星,专家们当时还做了一条聚酰亚胺绸"围裙",把第三级火箭包起来,表面镀上铝。火箭随卫星入轨后,"围裙"撑开直径达4米,阳光照射下,亮度接近可观察的二等星,它与卫星前后相距不远,仔细寻找也许能看到卫星。

因此,卫星发射当天,地面上的人们是可以亲眼看到火箭、聚酰亚胺绸"围裙"和"东方红一号"卫星的!

其实,当时专家将"东方红一号"设计成近球形的72面体,还有一个考虑就是,近似球形的72面体旋转时会闪闪发光,他们希望,从地面上能用肉眼直接看到东方红一号,当然,这个后来也被证明并不可行。但是基于其他的优势,还是选择将它设计成了这样的形状。

"东方红一号"卫星轨道倾角为68.5度,也就是说它会飞越地球上南北纬68.5度的范围,几乎可以遍历全球,中国当时还对它经过其他国家首都的时间进行播报,便于人们观测。

但是,因为距离太遥远,现在想要肉眼找到"东方红一号"几乎是不可能了。

问题五:"东方红一号"上天以后,现在已经到了东方红几号,东方红系列取得了哪些进展呢?

1984年4月8日,"东方红二号"卫星发射成功,开启了中国用自己的通信卫星进行卫星通信的历史。

1997年5月12日,"东方红三号卫星"由中国运载火箭技术研究院研制的长征三号甲运载火箭发射升空,这是中国第一代采用三轴稳定技术的地球同步卫星,定点于东经125°赤道上空,主要用于电视传输、电话、电报、传真、广播和数据传输等业务。

之后,"东方红"系列逐渐发展成了大型卫星平台。

"鑫诺二号"(SINOSAT-2)卫星是"东方红四号"大平台的首发星;2019年12月27日发射成功的"实践二十号卫星"则是基于"东方红五号"公用平台研制的实验卫星,2020年1月5日成功定点于东经105.5度,这也是中国目前研制的发射重量最重、技术含量最高的高轨卫星。

结语

东方红一号还在唱歌吗?5个问题让你更懂它

"东方红一号"是中国科学院与全国各相关单位部门大力协同的成果。当时,中科院70多个所、厂,全院三分之二的科技力量都参与到了"东方红一号"的研制和组织工作中,从元件、材料、工艺到星体的设计研制、装配;从测轨、定轨的原理、方法到地面站系统的布局、轨道倾角的选择,从发射卫星的各种条件保障工作到卫星系列规划的制定和返回式卫星的预研,包括回收方案、姿控方案、照像机、胶片等的研制……到处都是他们忙碌攻关的身影,他们为中国卫星事业的开创、及航天技术打下了坚实的基础!他们的精神,仍然照耀着中国今天的卫星事业、航天事业,历久弥新,更加闪亮!

资料整理:王铮(中国科学院国家空间科学中心博士、助理研究员)

审核:孙辉先(中国科学院国家空间科学中心研究员)

特别顾问:潘厚任(原“东方红一号”总体设计组副组长)

资料来源:《国防科技工业》《中国科学院国家空间科学中心所史》、互联网等

文章中未特殊标注的图片均来源于中国科学院国家空间科学中心

出品:科普中国

制作:中国科学院国家空间科学中心

监制:中国科学院计算机网络信息中心

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