東方紅－1衛星還能在軌道上運行多久

潘厚任（中國科學院空間科學與應用研究中心）

東方紅－1衛星還能在軌道上運行多久

潘厚任（中國科學院空間科學與應用研究中心）

1970年4月24日，我國第一顆人造地球衛星東方紅－1發射升空，至今已在軌運行了整整45年，大家都很關心還能運行多久？

影響人造地球衛星軌道壽命的主要因素是地球周圍的大氣層和衛星本身的外形、質量，尤其是軌道。

衛星繞地球運行時，大氣的阻力會不斷消耗它的動能，使其高度逐漸降低，特別是遠地點高度降得更快，軌道逐漸趨圓，最后在稠密大氣層中像流星一樣隕落。而阻力的大小取決于大氣密度、衛星軌道的高度、扁率和衛星的質量及彈道截面（垂直于速度方向的面積）。

地球大氣密度隨高度依指數律遞減。粗略地說，在120km以下，每增加16km高度，大氣密度降低約1個數量級；從120～3000km，大氣密度每降低1個數量級，高度間隔從40km遞增到1200km。因此，衛星的近地點越高、軌道扁率越大，軌道壽命就越長。按經驗估算，對近地點為400km的軌道，扁率從0.0增大到0.2，軌道壽命可延長約100倍。

因為地球大氣的結構十分復雜，其密度值隨太陽活動程度有很大起伏。不同的高度、地理緯度和季節，變化也不盡相同，甚至每日不同的時刻也不一樣，再加上衛星運行時，隨著姿態取向，其彈道截面也不是常量，所以要精確計算軌道壽命非常困難，充其量是粗略的估算。

東方紅－1衛星的初始軌道：遠地點2384km、近地點439km，扁率0.125。衛星質量173kg，外形為直徑1m的72面球體，還有4根3m長的短波天線、1 根0.4m的超短波天線，以及連接環等凸出物。方案設計時之所以采用72面近球形，除為了在初期考慮使用太陽電池時的方便之外，也是為了盡可以能減小行進時彈道截面的起伏變化。這樣還可以從軌道跟蹤數據反演衛星運行區的大氣密度值及其變化。

依照這些數據估算，東方紅－1衛星在軌道上“活”到60大壽應無問題。

從2009年2月東方紅-1衛星遠地點和近地點分別降至2075km和430km高度的數據來看，39年的運行結果與最早的理論分析相符合，而大氣阻力對軌道壽命的實際影響看來比估算的要小些。由此，東方紅－1衛星在軌道上“活”到80歲也不是不可能的。

當然，也不能排除撞上較大的流星體、空間碎片等意外傷害的可能性。

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