东方红一号设计寿命20天却飞了52年，空间站为什么做不到？

东方红一号飞了52年

1970年4月24日21时35分，长征-1号运载火箭搭载东方红一号卫星在酒泉卫星发射中心发射升空，10分钟后顺利进入预定轨道。这是中国人第一次量将一枚重达173千克的卫星送上太空，举国欢腾！

东方红一号连续飞行52年

作为一颗科学技术试验卫星，东方红一号的设计寿命只有20天，在轨运行28天后，星上电池耗尽，卫星停止向地面发送信号，宣告寿命终结。然而时隔近52年，这颗“古老”卫星依然在太空运行，并且与它之前的轨道并没有偏离多少。这引起了许多人的兴趣：许多卫星在寿命结束之后很快坠毁，东方红一号没有携带燃料，无法进行轨道维持，它是怎么做到半个世纪不落地的？

东方红一号为什么不掉下来？

与大多数早期卫星相同，东方红一号（国际代码1970-034A）在一个环绕地球的椭圆轨道上运行，它最接近地面的高度为441千米，而远地点高度达2368千米。在运行了半个世纪后，远地点高度下降到了2040千米（N2YO数据），轨道倾角保持在68.4°；另一个机构Skyrocket的检测数据则是远地点高度2286千米，近地点高度维持在441千米不变。

N2YO关于东方红一号实时轨道数据

从轨道数据看，东方红一号经过近52年的飞行，它的轨道高度下降得不多，可以预见在未来几百年的时间里依然能保持在太空中飞行。这是一件很不容易的事，要知道前苏联的第一颗人造卫星只飞了92天就坠毁，而现在大多数卫星也需要依靠发动机才能保持自己的高度，为什么没有燃料没有发动机的东方红一号能做到呢？

国际空间站每天下落100米

每隔一段时间，货运飞船都要向国际空间站送去大量补给品。其中包括一些仪器设备、压缩空气、水和食物，还少不了空间站飞行所需要的燃料。空间站几乎每个月都需要开动发动机，增加它的飞行速度，从而提升自己的轨道高度，这需要消耗大量燃料，否则要不了多久它就会掉下来，坠毁在大气层里。

国际空间站需要保持轨道高度

为什么会这样？我们知道地球包裹着大气层，一般情况下我们将距离地面100千米的高度视为大气层的边界，100千米以上称为太空。实际上地球的大气层很厚，在空间站运行的400千米高度依然有稀薄的空气。空间站体积庞大，它还有几块面积巨大的太阳能帆板，所以在空气阻力的作用下，国际空间站的速度每天都会减少5厘米/秒，高度下降达100米左右。为了维持轨道高度，国际空间站每年要烧掉大约7.5吨燃料，耗资2.1亿美元，这是笔不小的开销。

空间站严重依赖货运飞船补给

你可能会说，如果让国际空间站、包括咱们中国未来的空间站，进入到东方红一号的轨道运行，不就可以节省下许多燃料了吗？这看起来是个好主意，因为东方红一号的轨道高度更高，那里的空气阻力更小，它可以不消耗燃料也不用担心掉下来。

为什么空间站不用椭圆轨道？

调整轨道高度，将空间站推到更高的椭圆轨道上去，这件事并难做到，但科学家不会做。原因是多方面的。

东方红一号的椭圆轨道

与卫星不同，空间站实际上是一个巨大的太空实验室，它需要维持几名航天员长时间在上面生活和工作。宇航员们利用空间站开展一系列科学研究，这些研究需要利用太空微重力环境和辐射环境，因此我们需要让空间站始终保持“失重”的状态。

空间站需要保持微重力环境

包括前苏联的“和平号”、美国的“空间实验室”、中国的“天宫”、国际空间站，以及中国接下来发射的新天宫空间站，它们都在距离地面约400公里的近圆轨道上运行。近圆轨道不是完全的圆，比如说国际空间站目前的近地点高度418千米、远地点高度是419千米，偏心率仅0.001128，考虑到地球自身的形状，你可以认为它接近一个完美的圆。

恒定的轨道速度维持400公里轨道高度

为什么要这么做？因为空间站追求的是一个稳定的微重力状态，当空间站以圆形轨道绕地球飞行时，地心引力与空间站飞行的“离心力”之间达到稳定的平衡，空间站里的人和实验品在大部分时间里感觉不到重力。

但椭圆轨道不同，当卫星接近地球时，在重力作用下它的速度会越来越快；而从近地点飞向远地点时，地球的引力会拖着它不断减速，一直到远地点时达到力的平衡。在这个不断的循环之中，卫星所受的力是不断变化的，如果里边有人，他会不断经历超重和失重，这显然不利于科学实验。

椭圆轨道的速度和受力会不断变化

另一个原因是椭圆轨道在远地点时会失去地球磁场的保护。在400千米的高度，地球的磁场足够强，带电的太阳风粒子和宇宙射线受磁场的屏蔽，对空间站内宇航员的伤害比较小。而在几千公里高度下长时间飞行，宇航员会很容易受到射线伤害，从而导致严重的健康问题。

空间站轨道是妥协的结果

400公里的高度空气阻力大，升高到800公里怎么样？确实，当轨道高度每上升100公里，空间站受到的阻力会大幅度降低，这样更有利于保持高度、节省燃料。但同时我们也要看到高轨道带来的新问题。

空间站的主要功能是载人的科学研究，我们需要经常进行人员的轮换，也要经常提供补给品，这都需要依靠载人飞船和货运飞船进行往返运输，每一次飞行都得花钱。随着轨道的升高，运送人员和补给物资的飞船也需要飞到更高更远的地方，于是你需要更大的火箭和更多的燃料，次数一多就很不划算了。

人员物资往来频繁，低轨道更划算

另外，空间站还承担许多对地科学研究任务，你距离地面越近就观察得越清楚，所以我们的轨道高度也不能太高。经过周密的计算，科学家们将空间站的运行高度定在400千米左右，火箭的运载能力强一些，轨道可以适当抬高，比如中国的空间站预计要比现在的国际空间站高大约50千米。