東方紅一號,這顆在1970年發(fā)射升空的中國第一顆人造衛(wèi)星,它的成功發(fā)射打破了超級大國在太空領(lǐng)域的壟斷,向世界宣告中國在航天領(lǐng)域的實(shí)力。
然而,這個立下了汗馬功勞的“最遠(yuǎn)游子”,卻在太空中漂流了50多年了,如今我們在航天領(lǐng)域已是世界領(lǐng)先水平,還準(zhǔn)備在2030年登向月球,然而,似乎卻沒有提過要將它接回祖國。
那么,為什么我們沒有回收這樣一個具有重大歷史意義的物品?現(xiàn)在的中國有能力回收它嗎?這樣做又有沒有必要呢?
東方紅一號的命運(yùn)
當(dāng)時(shí),東方紅一號被送入了一個近地點(diǎn)約439公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)約2384公里的橢圓軌道,軌道傾角為68.5度。根據(jù)科學(xué)計(jì)算,這樣的軌道相當(dāng)穩(wěn)定,能保持幾十年甚至上百年。當(dāng)這顆衛(wèi)星的電池耗盡后,它無法再向地球發(fā)送信號,但物理實(shí)體仍然存在,繼續(xù)按照原定軌道運(yùn)行。
由于大氣阻力的微弱影響,東方紅一號的軌道正在緩慢降低,但這個過程非常緩慢。根據(jù)軌道動力學(xué)計(jì)算,它可能還需要幾十年時(shí)間才會重新進(jìn)入大氣層,屆時(shí)會在高溫中燃燒殆盡。在此之前,它將作為一個"太空垃圾"繼續(xù)在軌道上運(yùn)行。
至于為什么當(dāng)初沒有回收東方紅一號,這主要有幾個原因。首先,從技術(shù)角度看,東方紅一號是一顆不具備回收能力的衛(wèi)星,它沒有配備返回艙、降落傘或熱防護(hù)系統(tǒng)等回收必需的裝置。實(shí)際上,在衛(wèi)星設(shè)計(jì)之初,科學(xué)家們就沒有考慮過回收問題,因?yàn)楫?dāng)時(shí)的主要目標(biāo)是驗(yàn)證發(fā)射技術(shù)和軌道計(jì)算的準(zhǔn)確性。
從歷史背景來看,1970年的中國航天剛剛起步,還沒有掌握航天器回收技術(shù)。直到1975年,中國才成功發(fā)射并回收了第一顆返回式衛(wèi)星方東一號。相比之下,東方紅一號屬于更早期的探索階段,當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件不足以支持回收行動。
從國際慣例看,絕大多數(shù)國家在發(fā)射早期的科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星時(shí),都沒有考慮回收問題。衛(wèi)星完成使命后,要么自然衰減軌道最終燒毀在大氣層中,要么繼續(xù)留在太空成為歷史的見證。
世界各國都是把報(bào)廢衛(wèi)星當(dāng)垃圾嗎?
那么,其他航天大國是如何處理它們早期具有歷史意義的衛(wèi)星的呢?這個問題很有意思,因?yàn)槲覀兛梢詮闹锌吹讲煌瑖业募夹g(shù)路徑和價(jià)值取向。
美國的第一顆衛(wèi)星"探索者1號"于1958年發(fā)射,重約14公斤,主要任務(wù)是探測范艾倫輻射帶。這顆衛(wèi)星在軌工作了約4個月后失效,但物理實(shí)體繼續(xù)運(yùn)行了12年,最終于1970年3月31日重新進(jìn)入大氣層燒毀。美國沒有嘗試回收它,而是讓它自然結(jié)束生命。
相似地,蘇聯(lián)的第一顆人造衛(wèi)星"斯普特尼克1號"在1957年發(fā)射,重約83.6公斤,工作了21天后電池耗盡,3個月后于1958年1月4日重新進(jìn)入大氣層。蘇聯(lián)同樣沒有回收它。
不過,值得一提的是,美蘇在后來的太空活動中確實(shí)開展了一些回收任務(wù)。例如,美國在1984年使用航天飛機(jī)成功回收了兩顆失效通信衛(wèi)星,隨后進(jìn)行了修復(fù)并重新部署。1992年,航天飛機(jī)"奮進(jìn)號"還回收了因發(fā)射問題而被困在錯誤軌道的衛(wèi)星"歐洲通信衛(wèi)星"。蘇聯(lián)(后來的俄羅斯)則主要聚焦于其空間站設(shè)備的回收,例如從"和平號"空間站回收科學(xué)樣本和設(shè)備。
總的來說,航天強(qiáng)國對于早期具有歷史意義的衛(wèi)星,基本上都選擇讓它們自然結(jié)束生命周期,而不是進(jìn)行主動回收。這既有技術(shù)限制的原因,也體現(xiàn)了一種對太空探索歷史的尊重——讓這些開創(chuàng)性的航天器繼續(xù)在太空中"安息",成為人類太空探索歷程的永久紀(jì)念。
近年來,隨著太空碎片問題日益嚴(yán)重,各國都在積極探索減少太空垃圾的方法。2018年,國際空間站釋放了一顆名為"除垢器"的實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,測試使用網(wǎng)狀裝置捕獲太空垃圾的技術(shù)。
2023年,日本開展了使用木質(zhì)衛(wèi)星減少太空垃圾的實(shí)驗(yàn),因?yàn)槟静脑谥胤荡髿鈱訒r(shí)會完全燃燒,不會留下碎片。歐洲空間局則計(jì)劃在2025年發(fā)射世界首個太空垃圾清理任務(wù)"ClearSpace-1",目標(biāo)是移除一個廢棄的火箭上面級。
當(dāng)情懷與技術(shù)相遇
那么,現(xiàn)在的中國有能力回收東方紅一號嗎?從技術(shù)角度看,隨著天宮空間站的建成和運(yùn)營,中國航天技術(shù)已經(jīng)取得了長足進(jìn)步,具備了一定的太空回收能力。我們已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了航天器的交會對接、貨運(yùn)飛船的自動對接,以及月球樣本的采集返回等技術(shù)。
理論上,我們可以設(shè)計(jì)一個專門的任務(wù),發(fā)射一個裝有機(jī)械臂或捕獲裝置的航天器,通過精準(zhǔn)的軌道計(jì)算和交會對接技術(shù)接近東方紅一號,然后將它捕獲并帶回地球。不過,這樣的任務(wù)面臨著幾個技術(shù)挑戰(zhàn):
首先是東方紅一號沒有為回收而設(shè)計(jì),沒有任何可供抓取的標(biāo)準(zhǔn)接口或裝置,捕獲難度很大;其次是經(jīng)過五十多年的太空環(huán)境侵蝕,衛(wèi)星表面材料可能已經(jīng)變得脆弱,稍有不慎就可能造成破損;還有就是由于缺乏主動控制系統(tǒng),東方紅一號可能處于不受控的自轉(zhuǎn)狀態(tài),增加了接近和捕獲的難度;最后是如果將捕獲的衛(wèi)星安全帶回地球,需要克服再入大氣層時(shí)的高溫和壓力,這需要額外的熱防護(hù)系統(tǒng)和精確的軌道控制。
那么,回收東方紅一號是否有必要呢?這需要從多個角度進(jìn)行評估。
從歷史和文化價(jià)值看,東方紅一號無疑具有極高的意義。作為中國航天的起點(diǎn),它承載著特殊的情感和象征價(jià)值。如果能將它回收并在博物館展出,將極大地激發(fā)公眾對航天事業(yè)的熱情和民族自豪感。
從科學(xué)研究角度看,東方紅一號經(jīng)歷了五十多年的極端太空環(huán)境,對它進(jìn)行材料老化和空間環(huán)境影響的研究,可能會獲得有價(jià)值的科學(xué)數(shù)據(jù),幫助我們改進(jìn)未來衛(wèi)星的設(shè)計(jì)。
但從實(shí)際操作和成本效益角度考慮,這樣的回收任務(wù)將非常昂貴和復(fù)雜。專門設(shè)計(jì)、制造和發(fā)射一個回收航天器的成本可能高達(dá)數(shù)十億元,而且存在很高的失敗風(fēng)險(xiǎn)。這筆資金和資源是否能帶來相應(yīng)的回報(bào),需要慎重評估。
值得一提的是,中國近年來發(fā)射的一些航天器確實(shí)有回收設(shè)計(jì)和實(shí)踐。例如,2020年底,嫦娥五號任務(wù)成功從月球表面采集約2千克月球樣本并返回地球,這是中國首次實(shí)現(xiàn)從地外天體的采樣返回。樣本被密封保存,送往國家航天局月球樣品實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析研究,部分樣本也被展示在國家博物館,供公眾參觀學(xué)習(xí)。
再比如,中國的可重復(fù)使用航天器計(jì)劃也取得了重要進(jìn)展。2020年9月,一種可重復(fù)使用的實(shí)驗(yàn)航天器在軌飛行兩天后成功返回,這被認(rèn)為是中國版"航天飛機(jī)"的技術(shù)驗(yàn)證。近年來,中國返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星"實(shí)踐"系列也多次成功實(shí)施在軌實(shí)驗(yàn)和樣本返回,為航天新材料和生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了寶貴的太空研究平臺。
對于已回收的航天器,中國通常有三種處理方式:一是進(jìn)行科學(xué)研究,分析它們在太空環(huán)境中的變化;二是進(jìn)行工程分析,檢查各系統(tǒng)的工作狀況和材料老化情況,為未來設(shè)計(jì)提供依據(jù);三是作為展品保存在航天博物館或科技館,用于科普教育。
綜合考慮,雖然回收東方紅一號在技術(shù)上具有可行性,但在現(xiàn)階段可能并不是最優(yōu)選擇。一種更為現(xiàn)實(shí)的方案是:利用現(xiàn)有技術(shù)對東方紅一號進(jìn)行近距離觀測和拍攝,獲取高分辨率圖像和數(shù)據(jù),然后制作精確的復(fù)制品用于展覽和教育。
同時(shí),可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),讓公眾"親身體驗(yàn)"東方紅一號的太空之旅,這樣既能滿足人們對歷史的尊重和情感需求,又能避免高風(fēng)險(xiǎn)、高成本的實(shí)際回收行動。
航天事業(yè)是一個國家綜合實(shí)力的體現(xiàn),也是人類探索未知、追求夢想的偉大事業(yè)。無論東方紅一號最終是繼續(xù)在太空中漂流,還是有朝一日被帶回地球,它作為中國航天的拓荒者,已經(jīng)在歷史上寫下了濃墨重彩的一筆。它的精神遺產(chǎn),將繼續(xù)激勵著一代又一代中國航天人,向著更遙遠(yuǎn)的太空不斷進(jìn)發(fā)。
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