五十载后犹巡天：揭秘“东方红一号”决策研发背后的故事｜草地·说人解史
1970年4月24日，我国用“长征一号”运载火箭成功发射第一颗人造卫星“东方红一号”。新华社资料片
那个温饱尚未解决的年代，为什么要发射“东方红一号”？
它的发射成功，经历了怎样的艰难困苦与技术突破？
人类在地球上生活了几百万年，未来的美好生活与梦想何处安放？
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作者：新华每日电讯记者李牧鸣
3月底，北京海淀某小区的中心花园，记者见到了在家蛰居两个月的纪录片导演王松。之前看王导在抖音上频更的“百变松君”账号，以为他筹划一年拍摄过半的航天大片折戟沉沙了。毕竟，疫情之下，太多人主动或被动地调整着自己的生活节奏甚至工作方向。
“其实除了在抖音上‘戏说电影’，一直没停止（这部影片的）工作。片子因为疫情无法在航天日前完成，那剧本也得随着调整。这件事的意义不仅为了踩上‘点儿’，毕竟，‘东方红一号’在天上等了50年了……它的故事，它对现在和未来的影响，需要更多的人知道。”王松直言，“这次疫情对文化产业，尤其电影业冲击很大，但这部片子，铁定要做下去。”
这是一个怎样的故事？王松不计得失要坚持讲下去？
那个温饱尚未解决的年代，为什么要发射“东方红一号”？
“东方红一号”发射成功，经历了怎样的艰难困苦与技术突破？
人类在地球上生活了几百万年，未来的美好生活与梦想何处安放？
伴着战火而生的现代航天
这部本该在4月24日中国航天日首映的纪录电影，主题来源于《道德经》，“天下难事必作于易，天下大事必作于细” 。一部讲述当今顶尖科学领域的影片，核心理念却充满哲学味道。
中国古代，关于飞天的梦想与传说乃至实践，并不少见：从敦煌壁画中的“飞天”到悔偷灵药的嫦娥，从屈原的《天问》到王嘉的《拾遗记》，从《韩非子》所载“墨子为木鸢，三年而成，飞一日而败”，到明朝的万户。而万户因为美国火箭专家赫伯特·S·基姆1945年出版的《火箭和喷气发动机》一书的传播，已经成为国际航天界公认的人类航天鼻祖。
1969年，国际天文联合会把月背的一座环形山（1959年苏联发射的“月球三号”卫星，发回了月背70%的图像）命名为“万户”，这是月球上数座以中国人名字命名的环形山中最大的一座。
“万户”环形山
工业社会后，第一个准备跨进太空的，是德国。一战后，因为大炮研制受到《凡尔赛和约》限制，“火箭”这一没人关注的新事物成为当时德国钻空子的利器。火箭是卫星的兄弟，没有能够摆脱地心引力的火箭，卫星如无本之木。
二战后期，德国的很多先进武器，严重刺激了盟国。德国战败后，美国率先抢到了他们的火箭专家，也是后来被誉为现代火箭之父的冯·布劳恩。1945年7月，被派往德国执行这个“回行针”计划的科学家中，就有未来的“中国航天之父”钱学森。
苏联迟到一步，可他们从古拉格召回了蹉跎十年的科罗廖夫，科罗廖夫正是世界公认的航天学、火箭理论先驱齐奥尔科夫斯基的传人。
其间各种惊心动魄按下不表，记者在不同场合听不同专家学者讲述过背后的故事，不亚于精彩大片，俄罗斯前几年拍摄的电影《天际行者》和《搏击太空》就参考了刚刚解密的苏联航天档案。
1957年10月4日晚，距离莫斯科两千多公里的秘密基地，一枚R-7火箭在探照灯发出的耀眼光芒中升空，世界上第一颗人造地球卫星Sputnik1发射成功，90分钟后，它携带发报机清脆的“嘀嘀”声响彻了整个世界。航天时代的序幕彻底拉开了。
此时，一向喜欢打桥牌的美国总统艾森豪威尔正在和几位同僚玩牌，接到秘书递来的电文，手中的牌哗啦啦撒落一地。他更没想到的是，仅仅一个月不到，11月3日，苏联第二颗人造卫星又发射了，还带着一只叫莱卡的小狗。
其实在冯·布劳恩的科研班子降美后，对发射第一颗人造卫星早有设想，并一直进行研究。但美国海军先提出了人造卫星计划，国防部把此重任交给了海军。
苏联两次成功发射给艾森豪威尔的压力，马上传递到海军。1957年12月6日，海军发射人员点燃了仓促上马的火箭，不出意外，发射失败。
正是这一系列事件，促生了至今众所周知的NASA，以整合资源。
冯·布劳恩临危受命。1958年1月30日清晨，载着“探险者一号”的丘比特C火箭在一片紧张的气氛中点火升空。8分钟后，卫星传回声音——发射成功。
中国的航天梦与卫星梦
1958年5月，中共八大二次会议上，有代表在发言中提到了中国的人造卫星问题，并展开了热烈讨论。最后，毛泽东沉默良久后大声说出了那句众所周知的“我们也要搞人造卫星！”
其实，科技强国的种子，早已种下。1939年5月，延安成立了自然科学研究院，首任院长是李富春。一年后，又成立了陕甘宁边区自然科学研究院。抗战胜利前后，在周恩来的关心下，重庆还成立了中国科学工作者协会。北平和平解放后不久，钱三强带团赴欧洲参加世界和平理事会，他申请五万美元，为未来的中国科研事业购买仪器和书籍。尽管当时中央人民政府尚未成立，党中央还在西柏坡，财政上也相当困难，还是得到了周恩来的批准。
钱三强。新华社资料片
新中国成立后第二个月，就正式建立了中国科学院。周恩来先后写过几百封信，呼吁留学海外的仁人志士回国。几年内中科院迅速由刚成立时的几百人，发展到了九千多人，研究机构由四十多个发展到了三百八十多个。
1956年，中国第一个导弹研究机构——国防部第五研究院正式成立，1955年辗转回国的钱学森任院长。可当中国还在为研制导弹苦苦跋涉时，苏联的人造卫星一夜间已经飞天，探索目标转向了太空……
苏联人造卫星上天后，天文学家张钰哲和他的助手们很快建立了人造卫星运动理论研究室，在多地建立观测站。他们利用观测数据计算做出的轨道预报，比当时苏联提供的还要精准。与此同时，钱学森、赵九章等学者也纷纷发表文章谈人造卫星的意义。
早在1935年，只有24岁的钱学森在题为《火箭》的论文中就写下过这样的激扬文字：“你在一个晴朗的夏夜，望着繁密的闪闪群星，有一种可望而不可即的失望吧。我们真的如此可怜吗？不，绝不！我们必须征服宇宙。”记者去年夏天参观中科院力学所保留的“钱学森所长办公室”，简朴的布置、掉漆的书架，抚今追昔，令人动容。
当毛泽东发出“我们也要搞人造卫星”的号令后，全国沸腾了。中科院将此列为1958年的第一项任务，“581”小组成立。然而，后来由于种种原因，几经波折与搁置。其间，加加林第一次从太空俯视了地球，短短108分钟的飞行，再次震撼世界。
不过，确立中国大国地位的“两弹一星”整体工程，依然在时代的洪流中稳步前行。1964年10月16日，中国第一颗原子弹爆炸成功，10月下旬，赵九章提交了一份几千字的建议书，再次说到中国的人造卫星计划。1965年5月，中央正式批准，这个迟到了7年的计划代号“651”。
中国科学院当年9月组建了赵九章任院长的卫星设计院，对外称科学仪器设计院，专门负责人造地球卫星的研制。
赵九章。新华社资料片
相关的技术论证会议从1965年10月20日起，整整开了42天，很多与会专家后来回忆说，这是他们有生以来开得最长的会。
会议还没结束，11月26日，法国发射了一颗卫星。日本也在准备了（于1970年2月11日成功发射）。
会议最后确定，第一颗人造卫星命名为“东方红一号”，直径为1米，重量约100千克（最后实际达173千克，比前四个国家发射卫星的总重还多），而且要做到“上得去，抓得住，看得见，听得到” 。
12个字里的大门道
1966年开始的“文革”，打乱了很多进度。
在聂荣臻的努力和争取下，1968年2月20日，中国空间技术研究院正式成立，钱学森兼任院长，列入军队编制，七机部一院的孙家栋以及“18勇士”就是在这一时期被抽调到空间技术研究院的。“18勇士”中的戚发轫后来接受采访时说：“‘航天18勇士’，实际上就是18个相关专业的人。”
孙家栋，“东方红一号”总负责人，毕业于苏联茹可夫斯基空军工程学院飞机设计专业，1958年回国后，并没有从事飞机设计工作，而是服从分配，转入导弹研制。就在孙家栋毕业前夕,苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星。不管是不是命运的安排，那个年代，临危受命、白手起家是知识分子最普遍的担当。
孙家栋。新华社资料片
距离预定的发射时间只有两年，而之前由于“文革”的干扰，研制工作进展不大。孙家栋决定精简计划，把一些科学探测项目先拿下来，放在第二颗星上。保证第一颗能上天，达到掌握航天技术的目的，把队伍培养起来。不过精简计划，并没有精简技术，甚至给团队提出了更高要求。
比如原定的发射倾角是42度，这是为了利用地球自转，降低运载火箭的难度。但这个倾角发射的卫星观测范围只能是南北纬42度之间，这就造成卫星的巨大浪费，后续的应用卫星，都需要观察更大的范围，42度倾角显然不可持续。这个倾角一旦确定，地面站都要照此部署，会造成很大浪费，最后定下来70度左右比较适合。倾角改变后，运载火箭难度加大，但卫星质量已经确定在100公斤以上。“上得去”是卫星发射最基本的要求，要靠大量精确的计算来保证。那个年代，比较先进的计算设备是自动计算器，多数是半自动手摇计算器。任务急的时候，连算盘都用上了。
时任七机部某研究院卫星轨道组组长李颐黎回忆，算一条轨道，三班倒整整算了一年，而且一个数据必须两人对着算，互相校验。
在最早上天的几颗卫星中，温控也是一个技术难点。孙家栋介绍，上天后飞到太阳照到的那面，温度达到一百七八十摄氏度，在太阳背面温度又很低，温差二百多摄氏度。法国、日本卫星虽然都在中国之前发射，但由于温控技术不过关，上天不久就失灵了，法国的卫星“冻死”了，日本卫星只转了6圈，不耐高温烧掉了。
东方红正常运行28天，没因温度问题造成故障，这项技术在当时就达到了世界先进水平。
卫星所有零件都要在地面做外太空环境模拟实验，这样才能确保上天后正常工作。振动实验、离心力实验、低温实验，一样都不能少。戚发轫回忆，没有低温实验室，就找到解放军海军后勤部的一个冷库，里面还存放着肉和鱼。夏天进去实验，就披件棉大衣，脚下穿着当年那种塑料鞋，出来都冻裂了。
“看得见”和“听得到”同时让很多人绞尽脑汁。
“东方红一号”直径只有1米，是非常接近球体的72面体，因为它是自旋方式运行，转起来会有72个面反光。这样设计主要原因之一就是让卫星在轨时能产生一闪一闪的效果。比较容易观测。
然而，即使这样，进入太空后，亮度可能只相当于六等星。天文学上的星等，数字越大，亮度越低。六等星，是天气好时视力极好的人肉眼可见最低限。
为此，科研人员集思广益，最后想出一个办法——给它穿裙子。其实，具体而言并不是给卫星穿裙子，是给末级火箭（最后和卫星分离，会紧跟其后）上加装观测裙，使其提高到二等或三等星的亮度。二等星亮度相当于北极星，就很容易观测到了。观测裙是用特殊材料的布做成的一个大气球，把三级火箭包上，等到火箭进入太空后撑开，直径达到3米，观测裙外表全镀上铝，可以更好地反射太阳光。这样，人们在地球上就可以此作为参照物，方便找到“东方红一号”。在末级火箭坠毁后，因“东方红一号”的闪光设计，高于预计的六等星，有经验的人很容易找到。
而几代人都耳熟能详，传回《东方红》旋律的音乐盒，实际上是“东方红一号”卫星遥测系统的一部分。遥测系统负责将卫星的工作状态和高空物理数据传回地面。没有遥测数据，卫星就是一个飞着的铁疙瘩。但加入音乐，数据传输的规模增加了很多倍，有几十K，今天看来简直微乎其微，而当时通道的带宽只有3K。既然如此，为什么还要自找麻烦？
这就是“听得到”的问题。如果传送工程信号，滴滴答答老百姓听不懂，传送文字，外国人不明白。设计团队最终综合考虑，乐曲最合适，而《东方红》在当时家喻户晓又具中国特色。不过，当时一般的收音机很少能接收卫星发出的短波信号，就由中央人民广播电台接收到卫星播放的乐曲后，再进行转播。
“抓得住”的问题也经过了重重攻关形成了中国独有的技术，在此不再赘述。
东方红一飞冲天
前期工作准备就绪后，1970年4月1日，装载着“东方红一号”卫星和长征一号运载火箭的专列抵达酒泉卫星发射场。架好火箭，一切准备就绪，已经是4月24日了。那天晚上，天气并不好，天上一直笼罩着厚厚的云层。到了晚上9点多，云层裂开了一道缝。天，终于晴了。现场工作人员听到星箭分离的口令时，都激动得跳了起来，因为，这代表着卫星已经进入预定轨道。
中国第一颗人造地球卫星，“东方红一号”于1970年4月24日21时35分成功发射。
新华社在第二天向全世界宣布：
我国成功地发射了第一颗人造地球卫星
新华社北京四月二十五日电 新闻公报
……
一九七○年四月二十四日，我国成功地发射了第一颗人造地球卫星。
卫星运行轨道，距地球最近点四百三十九公里，最远点二千三百八十四公里，轨道平面和地球赤道平面的夹角六十八点五度，绕地球一周一百一十四分钟。卫星重一百七十三公斤，用二○·○○九兆周的频率，播送《东方红》乐曲。
……
1970年4月25日晚8点，很多人从收音机里听到了这段熟悉的旋律。他们欢呼雀跃、奔走相告，中国的第一颗人造地球卫星上天了！
从1958年毛主席宣布中国也要搞人造卫星，到第一颗人造卫星顺利升空，走过了艰辛又漫长的12年。
东方红一号在太空中正常工作了28天，比原定时间长了8天，而其在轨时间，迄今已经整整50年。
和“东方红一号”同一天生日的北京天文馆名誉馆长朱进，曾在微博上晒过他拍摄的“东方红一号”过镜照片，“每年生日，只要时机许可，都会拍一个。今年正日子（东方红一号）没在北京过境，我在3月底4月初提前进行了拍摄。”
为什么一颗设计寿命只有20天的卫星，依依不舍环绕地球竟已过天命之年？甚至可能再跨一个世纪？
卫星的使用寿命和运行时间是两回事。
卫星是具有一定功能的，实现这些功能就得有能源供应，那些需要长时间工作的卫星一般都会携带太阳能电池板，作为能量来源。但“东方红一号”仅靠自带的化学电源供电，所以很快就能量耗尽，在超期服役8天后，音乐声和其他信号戛然而止。
但卫星绕地运行是靠惯性。“东方红一号”轨道远地点距地球2000多公里，近地点也有400多公里，空气阻力几乎可以忽略不计，基本只有万有引力作用。陪我们度过半百岁月亦属正常。
我国发射的北斗系列卫星都是高轨道卫星，所以理论上北斗都是永恒之星。
正因如此，天文圈也有很多人和朱进一样，除了关注遥远的外太空，对人造地球卫星同样痴迷。记者按朱进推荐，登陆了一个专门监控卫星轨道数据的网站Heavens-above，查到“东方红一号”最近的过境数据，星等低的时候，用双筒望远镜就可以看到。仰望星空，不要只瞄着光年之外，还可以寻找我们的地球“同胞”，同样会震撼心灵。
第四疆域，未来如何规划？
因为“东方红一号”在中国航天史上的里程碑式意义，自2016年起，我国将每年4月24日设立为“中国航天日”。
记者是年参加的世界空间周（每年10月4日-6日，纪念世界第一颗人造卫星发射成功）科普报告会上，戚发轫向与会者介绍了第四空间（疆域）的概念。
很多普通人分不清“航空”和“航天”，“航天”是钱学森在上世纪80年代最早使用的，他依据航海、航空而造此词。简单而言，“航天”是指航行在大气层外，而“航空”则是指在大气层内航行。
人们通常都熟悉领土、领海和领空的概念，而今，更多的太空资源可待开发利用。飞向太空，民用、国防和经济意义各有所重。
1978年5月，美总统国家安全事务顾问布热津斯基访华，带来了卡特总统向中国赠送的礼物——质量仅1克的月岩样品和一面由美国宇航员带上月球的中国国旗。这块月岩后来被一分为二，一半在北京天文馆的月球展厅供公众观赏，一半交由当时贵阳的中科院地球化学研究所，由天体化学与地球化学专家欧阳自远主持研究。
对这半块仅0.5克月岩样品进行研究后，中国学者发表了14篇相关研究文章，并推断出这是由阿波罗17号飞船采集回来的样品。在参考美国公布的数据后，他们还确定了这块月岩采自月球的什么位置，光照条件是向阳还是背阴。
正是对这0.5克月岩样品的研究成果，让世界认识到了中国当时的月球科学研究能力和水平。作为一个务实、理性的科学家，直到1992年，欧阳自远才提出开展月球探测的相关建议。今年10月，嫦娥五号即将登月并返回。
2020年是史无前例的“超级航天年”，就在4月24日，国家航天局发布了中国首次火星探测任务名称为“天问一号”，预计于7月底的窗口期发射。
这是我国首次火星探测任务标识。4月24日，第五个中国航天日之际，备受关注的中国首次火星探测任务名称、任务标识在2020年中国航天日线上启动仪式上正式公布。中国行星探测任务命名为“天问（Tianwen）系列”，首次火星探测任务命名为“天问一号”，后续行星任务依次编号。新华社发（国家航天局供图）
火箭、卫星、飞船，除了承载梦想，更承载大国的担当。截至2019年底，我国是世界上卫星数量最多的国家。在上世纪80年代，我国运载火箭就已投入国际市场，承揽对外发射业务。至今有能力自主发射卫星的国家，也只有10个左右。
今年的中国航天发射有望首次突破40次，即便在国际上也属罕见。
梦想同时也面临挑战，SpaceX刚刚成功发射60颗Starlink卫星，星链计划准备让人类走向太空互联网时代。
这些，在让人类生活更美好的同时，也引发了一些担忧——天文学家预计，SpaceX的卫星矩阵布局完成后，地球上可见光观测太空的理想时段可能会受到干扰。
当然，明年我们会迎来观测能力超过哈勃100倍的詹姆斯·韦伯空间望远镜（4月24日是哈勃空间望远镜30岁生日），天文爱好者也许需要逐渐适应互联网观星的状态了。毕竟，第谷时代已经过去500多年了。（生于1546年、55岁就去世的第谷是最后一位也是最伟大的一位用肉眼观测的天文学家，他几十年如一日的观测数据让其学生开普勒成为“天空的立法者”）
任何新的技术都可能是双刃剑，然而人类探索求知的执着精神却也是推动社会进步的原动力。
2020年的4月24日，大风，北京疫情就像被连续数日的风卷走一样，日渐清明。也许如 “东方红一号”一样，虽然错过了一个又一个时机，但终不辱使命，传递的科学精神和民族凝聚力历久弥新。没踩到时间节点的王松导演，或许并非受挫，值得回味的故事，值得翻看的细节，值得沉思的问题，又岂限于一个高光时刻。（记者最新得知，他的片子预计在嫦娥五号顺利返程后放映）
祝“东方红一号”50岁生日快乐，永远快乐，日日年年伴地球人在宇宙中同行！
（《中国航天报》魏京华对本文亦有贡献）
参考资料：
1.《中国航天事业发展的哲学思想》（2016.9，北京大学出版社）
2.《航天日历》（2018.1，北京大学出版社）
3.《航天简史》（龚钴尔，2012.11，天津科学技术出版社）
4.《别逗了，美国宇航局》（龚钴尔，2012.8，科学出版社）
5.《第一颗人造卫星的秘密》（李鸣生，2015.12，四川少年儿童出版社）
6.《太空探索》杂志（中国宇航协会主办）
7.《天文爱好者》杂志（中国天文协会、北京天文馆主办）
8.纪录片《军工记忆》（CCTV-9）
9. https://www.heavens-above.com/
10. https://www.nasa.gov/
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