东方红1号能否用天宫空间站

　　东方红1号卫星，是我国于1970年4月24日发射的第一颗卫星，当时正处于美苏争霸的白热化时期，两个国家在诸多领域包括太空探索上都展开了激烈的竞争，谁在某个方面占据了上风，那么就会在国际大舞台上的话语权和权威性都提高一分。在两个国家相互竞争的影响下，世界上很多国家也相继开展航空航天领域的科技攻关和实践探索，我国自然也不例外。

　　那个时期，正是我国经济复苏的关键期，正需要一些重大事件来提气。我国的科学家们夜以继日，奋发图强，自主研发和建造了我国第一颗卫星，并以“东方红1号”加以命名，向全世界展示了我国冉冉升起的东方大国形象。4月24日，随着长征一号运载火箭徐徐升空，将这颗重达173公斤、比其他很多国家发射的第一颗卫星都要重的“巨无霸”卫星送上了近地轨道，标志着我国成为继前苏联、美国、法国和日本之后，第5个能够掌握卫星的独立研发和发射的国家，并且为之后我国航空航天事业的迅速发展，打下了坚实的基础，提供了丰富的经验。

　　“东方红1号”属于一颗实验性质的通讯卫星，卫星本身采用72面体设计，直径在1米左右，总重量173公斤。在运行时的姿态调整方式为自旋模式，转一圈的时间仅为0.5秒左右，卫星携带的主要仪器，主要包括供测量之用的太阳角计、供稳定姿态之用的红外地平仪，另外，卫星还携带了音乐播放设备，持续着播放“东方红”乐曲。由于卫星所携带的电池电量，仅能供其正常工作20天左右，所以该卫星在实际运行28天之后电池电量耗尽，与地面彻底失去了信号联系，也无法再播放“东方红”歌曲了。

　　那么，为什么50多年过去了，“东方红1号”卫星没有像其他很多卫星在“退役”后，坠入大气层而被焚毁呢？这与卫星在近地轨道内的运行速度有直接关系。伟大的物理学家牛顿在提出万有引力之时，曾经做过一个思想实验，即在地面上的一处高地上架起一门大炮，沿着水平面方向射出炮弹，如果炮弹的速度越快，那么炮弹落到地面上的点距离发射点就会越远。当炮弹的初始速度达到一定程度，那么炮弹因引力而下坠的趋势，就会与地球表面的曲率相“平行”，虽然炮弹一直在坠落，但永远也落不到地面上。这个时候的炮弹水平速度临界值，就是后来的地球表面的第一宇宙速度。

　　按照万有引力充当物体围绕地球运行的向心力之间的关系，我们可以轻松地计算出，在地球表面的第一宇宙速度，即最低环绕运行速度V＝√（GM/R），其中G为万有引力常数，M为地球质量，R为物体与地心的距离。从这个公式可以看出，物体能够实现环绕地球飞行的最低极限速度，仅与和地心的距离有关，与物体的质量大小没有关系。理论上，物体距离地球表面越近，那么这个最低环绕速度就会越大，反之就越小。而物体能够环绕地球运行的第一宇宙速度，即理论上贴在地球表面飞行的最小值，为7.9公里/秒。

　　然而，在现实中，要想以7.9公里/秒的速度沿着地球表面飞行而不落下来，是不可能的，因为越是靠近地表，地球的大气层密度就越大，物体在以如此高的速度飞行时，所受到的空气阻力是非常明显的，所以发射的卫星，在距离地表越近，则所需的环绕速度值就越大。而随着高度的增加，由于空气变得越来越稀薄，阻力效应就会越来越弱，进一步拉低了环绕速度的数值。

　　“东方红”1号环绕地球飞行的轨道，实际上是一个椭圆形，其近地点距离地球约为439公里，远地点距离地球达到2384公里。即使在近地点，该区域的大气密度仅为地球表面的数百亿分之一，空气非常稀薄，几乎不受到空气的阻力作用。而且卫星环绕飞行的速度，均超过了所在高度的最低环绕速度，所以卫星能够长时间没有坠落，仍然驰而不息地环绕着地球飞行。

　　我国的天宫空间站已经进入到全面建造的阶段，预计明年年底前完成建造任务。在“天和”核心舱的上部，就安装有可以“爬行”的七自由度机械臂，所谓七自由度就是能够像人的手一样，具备七自由度的活动水平，通过机械臂的旋转，可以上下前后左右的各个方向、各个角度来抓取物体，从而有效地实施伸缩、转动、抓握和拖拽的目的。

　　“天和”核心舱的机械臂全部展开，可以达到10.2米，并且还可以与实验舱上部的机械臂进行“合体”，合体之后的大机械臂总长可以达到15米，定位的精度可以控制在45毫米以内，最大抓举、拖拽物体的重量可达25吨。我国空间站上的这个“活宝”，对于空间站各个舱体之间的转位、辅助对接飞行器、货物搬运、飞行器捕获、支持航天员出舱执行太空行走等，将会发挥出越来越重要的作用。

　　“东方红1号”卫星的总重量只有173公斤，距离天宫空间站最大抓举能力25吨还相差甚远，所以理论上，应用空间站的机械臂来捕获该卫星，完全不在话下。最大的问题就是“东方红1号”和天宫空间站的运行轨道相隔较远，在卫星的近地点上垂直相距都有40公里左右，如果在不同的垂直面、以及远地点，相隔得就更远了。

　　如果真的想抓住卫星，由于卫星已经“退役”，那就只能驱动和调整空间站变换运行轨道了，这就需要耗费相当多的能量，然后在不断靠近的过程中，随时调整与卫星之间的合适距离，在距离足够近、二者相对速度很低的情况下才能实施“抓捕”，这个过程对空间站的安全来说，也有很大的风险。因此，虽然理论上从技术层面看可以做到，但考虑到执行任务的目的性、性价比和安全性，现在完全没有必要这么做，用不着这么冒险。

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