东方红一号仍在飞行！天宫空间站已值班，能用机械臂带它回家吗？

提起东方红一号卫星，很多上了年纪的朋友一定会想起那个听到村头喇叭播放来自太空的东方红乐曲，顿时澎湃的回忆会迅速从脑海中涌现出来，因为在那个一穷二白的年代，中国人居然折腾出了卫星，而且还在太空播放音乐，还有什么比这个跟鼓舞人心的？

如果有人告诉你，东方红一号还在天上飞，你会惊讶吗？

2020年3月28日，北京天文馆名誉馆长朱进和北京四中天文教师叶楠以及国家天文台沙河科普教育基地教师一起，拍下了我国第一颗卫星东方红一号过境北京的轨迹。

在3月份清冷的北京夜空中，光污染也淹没不了东方红一号的轨迹，尽管有些暗淡，但它的运动轨迹稳稳地落在了单反相机的CCD中，在夜空中留下了那一抹亮色。

为何50多年了，东方红一号还在飞？

从知名的在轨航天器查询网站LeoLabs查到的信息，东方红一号的的轨道数据为近地点高度432千米，远地点高度为2028千米，轨道倾角为68度，运行宇宙为110分钟，雷达反射直径为1.5米，如下图：

从另一个查询在轨航天器的网站N2YO的数据也是类似，不过轨道数据却有些差异，如下图：

究竟哪个才是准确的呢？从维基查到的数据是近地点429千米，远地点2036千米，那么一N2YO的数据才是正确的？其实不然，因为这是东方红一号卫星在1970年4月24日入轨时的数据，现在轨道数据衰减，远地点已经变成了2028千米，但近地点却升高到了432千米。

为什么不会掉下来？近地点轨道为何会升高？

卫星在轨运行不需要消耗一滴燃料，因为火箭将其送入轨道时其速度已经达到了第一宇宙速度，此时的引力与“离心力”相等，理论上可以永远运行下去，但实际却会受到近地轨道的空气分子阻力影响，或者地球引力波动（质量分布不均）或者受到太阳风影响高层大气波动而影响高度，轨道难以保持而坠入大气层。

但东方红一号的轨道比较特殊，一个大椭圆轨道，近地点达到了429千米，远地点更是高达2036千米，这种轨道在“低空稀薄大气”分子比较密集的区域运行时间短，大部分时间阻力极小，而且东方红一号的质量达到了173千克，存轨能力很强。

而卫星轨道有个非常有趣的现象，我们很少会见到正圆形的轨道，大部分天体或者卫星都带一些椭圆，但这个椭圆的轨道会在阻力以及引力波动与潮汐引力的作用下逐渐趋向于正圆形，而东方红一号的远地点轨道下降会导致近地点轨道抬升，未来它的近地点会继续抬升，远离空气分子比较稠密的区域，这会让它的寿命更久。

天宫空间站已然值班，能否用机械臂带它回家？

东方红一号对我们有非常特殊的感情，这是中国人送上太空的第一个飞行器，现在它还在天上飞，尽管在地面上有一个一模一样的结构星（结构星用于地面的各种试验，验证卫星结构是否合理），但如果能将天上的卫星弄回来，其意义非同小可。

天宫空间站机械臂抓卫星，可以吗？

2021年4月29日，天宫空间站的天和核心舱发射并成功入轨，轨道高度为389.2千米，6月17日，神舟十二号发射成功，第一批航天员入驻核心舱，为期三个月，10月16日凌晨，神舟十三号发射成功，第二批航天员入驻，为期6个月。

天和号核心舱全长16.6米，大柱段直径4.2米，小柱段约2.8米，总重约22.5吨，这个尺寸比国际空间站的任何一个舱段都要大，当然我们最关心的是其核心舱后方的机械臂，因为它可以拿来抓取“东方红一号”。

天和核心舱配置的机械臂是目前中国同类航天产品中复杂度最高、规模最大、控制精度最高的空间智能机械系统。其展开长度为10.2米，最多能承载25吨的重量。其肩部设置了3个关节、肘部设置了1个关节、腕部设置了3个关节，每个关节对应1个自由度，具有七自由度的活动能力

当然它还有一项绝技是可以沿着空间站舱壁爬行，从一头“走”到另一头，这个神技简直绝了，一个机械臂即可满足整个空间站的需求，所以用它来抓“东方红一号”，绝对是一点问题都没有！

只是需要开发一个抓取卫星的装置即可，当然以航天员站在上面，将卫星系留也能达到同样的目的。

轨道差距那么大，如何达成目的？抓进来放在哪里？

核心舱有一套离子推进轨道维持装置，用它来变轨理论上也不是不可以，主要是因为离子电推非常节省燃料，它的比冲达到了化学燃料的数倍甚至数十倍。

假如抓到了东方红一号，那么如何将其放回空间站呢？东方红一号卫星的直径为1米左右，当然不包含天线，种花家查了国际空间站上的对接口，主要以800毫米直径为主，也就是说直径大约在0.8米左右。

不过在俄罗斯舱段有一个混合对接系统的直径可达1000毫米，也就是1米，这个标准是APAS-95，据WIKI页面介绍，内部的最大直径可以增加至1.3米，但需要修改设计，我国的神舟飞船对接系统使用了类似于APAS-89/95的系统，估计尺寸可能差不多。

笔者查不到空间站的对接口规格，但从了解到的信息来看，应该尺寸也类似。让天宫空间站变轨抓取东方红一号卫星，理论上可行，但抓到之后拖不进空间站，不如挂在空间站外面？当然抓到后的目的是带回地球，飞船对接口是同样的规格，放不进去，这倒成了一个大难题。

只能未来加大接口直径，或者开发空天飞机了，不过尽管理论上是可行的，同时也将消耗大量燃料与时间！但有个问题必须要提醒下，首先空间站轨道和东方红一号轨道倾角相差比较大，另一个是变轨后空间站将会经过范艾伦辐射带，这会让航天员遭受的辐射大增，也会影响空间站电子设备出错的概率，所以这一趟任务着实有些不太好办。

#科普有料#