50年前被忽視的一項中國成就:東方紅衛星專業知識,科普給幾億人

今年4月24日，是中國第一顆人造衛星「東方紅一號」發射成功的50周年紀念日。在半世紀前的這一天，中國正式宣告成為世界上第五個能夠發射人造衛星的國家！

回首過去，我們可以注意到很多歷史的細節之處——50年前，中國就已非常重視大眾的科普工作。關於「東方紅一號」衛星的種種專業知識，全面地向普通老百姓甚至少年兒童們傳播，利用衛星發射有效提升了國民的科學素養。

這裡我們談到的科普資料，就是著名的《十萬個為什麼》1970年版（第三版）。這套科普叢書的第六冊（航天類）在1971年出版時，「東方紅一號」發射上天已經一年了，書中記錄的很多資料都是珍貴的歷史回憶，體現了不少時代特徵。

關於中國第一顆人造衛星，1971年版《十萬個為什麼》一口氣編寫了20多條「為什麼」的問題，從「東方紅一號」的運行原理、發射方式、研究目的乃至於如何在地面進行觀測，都進行了通俗而專業的解讀，知識量堪稱豐富全面。

在這裡，筆者將其中的一些知識點做個簡明的介紹，幾乎所有內容現在也不過時：

《為什麼說我國人造衛星上天，標誌著科學技術達到了一個新的水平？》

1970年4月24日，我國成功發射了第一顆人造地球衛星。次日，新華社發布新聞公報，公開衛星數據：衛星運行軌道，距地球最近點四百三十九公裡，最遠點二千三百八十四公裡，軌道平面和地球赤道平面的夾角六十八點五度，繞地球一周一百一十四分鐘。衛星重一百七十三公斤，用二零.零零九兆周的頻率，播送《東方紅》樂曲。

這篇是有關「東方紅一號」的第一個「為什麼」，向公眾講解了發射人造衛星是一件很不容易的事情——

「要把人造衛星送上幾百公裡乃至幾萬公裡的高空，必須要有強大的火箭發動機，以及優良的高能燃料作為推進劑；由於火箭的噴氣速度很高，火箭的外殼及發動機的噴口都需要特殊材料製造；為了精確地設計衛星的軌道，必須由許多學科（如天體力學、數學、計算技術等）緊密配合；而要使衛星準確進入預定的軌道，就必須嚴格控制火箭的運行方向和速度，這需要高精度的自動控制系統以及高精度的測速、定位系統等。……

因此，要做到這一切，就要有高度發達的冶金工業、電子工業、精密機械工業、化學工業、儀表工業……，以及先進的天文學、氣象學、數學等。」（節選）

這篇文章，可以說是一篇哲學意義上的科普，放到今天也有很深刻的指導意義。它告訴我們，國家的富強進步，取決於完整的科學體系進步，而不能單純只靠某一項技術，用當前流行的詞彙形容就是「科技樹」。

這篇科普文章也有體現了很好的價值觀，它用最直接的證據表明：人類的進步，哪怕只是一顆衛星的上天，都不能只靠一兩個英雄人物，必須依賴千千萬萬的科技工作者和產業工人。

《為什麼世界各地都能收聽到我國第一顆人造衛星播送的《東方紅》樂曲？》

「東方紅，太陽升……」我國第一顆人造衛星載著紅色電波，把這時代的最強音播送到世界各地。世界各地都能很容易收聽到歌聲，例如英國的一個鄉村小學的小學生也收聽到了這支雄壯的樂曲。

這篇問題，是一篇非常貼近老百姓關注點的科普文章。至今很多人可能都想知道，50年前的一顆古老衛星為何有能力將歌曲播送到全世界？這篇文章就做了非常專業而通俗的解讀——

「一是我國衛星發射天線電波的功率相當大；二是由於用20.009兆周（兆赫）的頻率，播送《東方紅》樂曲的緣故。一般電臺的廣播採用的是都是中波，就是常遇到的自500千周（千赫）到1500千周這一段頻率。中波是靠地面傳播到，容易受到障礙而傳送不遠，同時因為發射天線的長度與頻率高低成反比，頻率越低天線就要越長，這樣電臺設備就很龐大，顯然在衛星上是不適合的。當無線電波頻率大於這個範圍，而漸漸升高到達短波段時（一般指3兆周-30兆周），無線電波損耗就很小，而能夠穿過稠密低空大氣層，到達電離層（距地約50公裡），由於電離層有反射或折射短波的作用，短波被反射或折射回地面，這樣電波就能在地球表面和電離層之間來回反射而傳送到遠處。……

人們發現，電離層有反射短波的作用，但也有一些頻率的短波，卻能穿過電離層。科學工作者用大量不同頻率的短波進行科學實驗，研究電離層的性質，發現有一些特殊頻率的短波，電離層對它網開一面，頗加照顧，衛星用它來傳播通訊所受反射極少，就像光線能穿過窗口照進屋子裡一樣。這幾個頻率也就稱之為「窗口」頻率。20.009兆周正是這種窗口頻率的一個。……

這顆科學實驗人造衛星，用了20.009兆周和19.995兆周兩個頻率來發回信號和進行聯絡，一個衛星使用兩個頻率，當然它的結構更要複雜和精密。」（節選）

這篇文章相當專業，在50年前就用這種淺顯的文字，將「窗口頻率」這個概念教會了幾億中國人。在1970年代初期，幾乎每個識字的中國人，都會對「宇宙速度」、「火箭燃料」、「窗口頻率」等專業詞彙說上幾句。可以說，「東方紅一號」衛星的發射不僅是中國航天技術的進步，同時也藉機提升了中國人的整體科學素養。

類似的文章，還有《人造衛星為什麼要發遙測訊號》》、《為什麼我國第二顆人造衛星的遠、近地點同第一顆相比，差得比較多，而運行周期只差8分鐘？》、《為什麼天文臺要把我國第一顆人造衛星的軌跡拍攝出斷口？》、《為什麼第二三級火箭不需要定向舵》等等問題。這些解讀文章的專業度，放在今天都是不可小視的，然而這些都是給1970年代廣大老百姓看的！50年前的中國這種科普工作的廣度、力度和精神，至今都非常令人神往。

《為什麼在不同時間裡，人造衛星是從不同方向飛來的？》

「東方紅一號」升空後，在全中國掀起了一場大規模的「觀星熱」，而且官方報紙還會提前做出預報，方便大家觀測。

在1970年4月29日傍晚，「東方紅一號」人造衛星首次飛經北京、上海等地上空。當天夜幕剛剛降臨，人們就紛紛聚集在廣場、田野、街道上，仰望等待著……突然，有人喊道「來了」，大家不約而同地朝預報的方向看去，果然看到一個亮點飛快地穿越夜空。「萬歲」的歡呼聲迅速響遍了大地。

針對觀測衛星的問題，《十萬個為什麼》也編寫了好幾條很有意思的科普文章。包括《為什麼有時候看到人造衛星後面有一個亮點跟著？》、《為什麼人造衛星在空中的飛行速度有快有慢？》、《為什麼一般只能在黎明和黃昏看到人造衛星？》等，還有《為什麼在不同時間裡，人造衛星是從不同方向飛來的？》——

「我國第一顆人造衛星上天后，我們有時看到它從西北向東南飛過，而有時它又從西南向東北飛過。報紙上刊登人造衛星觀察的預報時，各地看到衛星的飛經方向也不同。

從圖中我們可以看出，衛星在圍繞地球運行時，由南半球穿過赤道飛往北半球，這一段軌道，我們稱為「升段」；然後又從北半球穿過赤道飛往南半球，這一段軌道，我們稱為「降段」……衛星就是這樣連續不斷地繞地球運行的。我國第一顆人造衛星繞地球一周需要114分鐘（也就是說衛星運行周期是114分鐘）。由於地球每天自傳一周，因此我國每天總有兩次最接近衛星軌道，一次在升段，一次在降段。我國第一顆衛星處在升段時，飛行方向由西南向東北，例如，先經過昆明、重慶上空，再經過西安、北京，最後從東北上空飛離我國；當衛星處在降段時，它從西北向東南飛行，例如，經過北京、天津、青島，飛過上海而離開我國。自然，各地每次觀測到的衛星飛行方向是不同的。」（引用）

《十萬個為什麼》是最早在1960年代編寫的少兒科普讀物，至今已經發行了六版以上，累計發行一億冊。其中，1970年版是第三版，這套書是各版本裡最有特色的。由於時代的特殊原因，1970年版將少兒讀物重新定位為「工農兵讀物」，覆蓋面一下擴大到了幾乎全年齡段。此舉恰恰符合當時中國科普工作的需要——學習科學知識的願望，並不僅限於少年兒童。不少中國青年甚至成年人，也是靠《十萬個為什麼》激發了對動植物、微生物、航天、航空、電子、機械、數學、化學、物理等等細分學科的愛好。

在各版本《十萬個為什麼》裡，1970年版的影響可以說是最大的，因為讀者用戶覆蓋面是最廣泛的。據估計，1970年版在歷史上發行了近四千萬冊，考慮到圖書館和借閱的因素，幾乎半數中國人都閱讀過部分內容。

中國科學技術的不斷進步，以及人們科學素養的持續提高，與國家半個多世紀的科學普及工作是分不開的。《十萬個為什麼》以及其他大量科普讀物，都發揮了重要作用。從這個角度講，科普的巨大意義甚至不亞於衛星上天。（作者：陶慕劍）