航天日，看中國五十年璀璨“星”光

 今天是第五個“中國航天日”?；赝?0年前，即1970年4月24日，我國自主研制并成功發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星——“東方紅一號”，由此成為世界上第五個自行研制和發(fā)射人造衛(wèi)星的國家。

　　半個世紀以來，中國航天事業(yè)闊步前行。據統計，截至2019年，我國共發(fā)射各類航天器500多個，在軌運行的超過300個。諸多空間技術成果為推動國防現代化建設、國民經濟發(fā)展和科技進步做出了重大貢獻。

　　當前，中國的人造衛(wèi)星隊伍正在不斷壯大，在這個特殊的日子里，讓我們跟隨專家回望中國衛(wèi)星50年發(fā)展歷程。

　　技術儲備，為航天發(fā)展奠定基礎

　　中國航天科技集團五院(以下簡稱五院)總體部宇航協外任務領域總設計師范含林介紹，“東方紅一號”的研制工作最早啟動于1958年，由此開始，我國衛(wèi)星發(fā)展進入了技術準備階段。

　　1958年5月17日，毛澤東主席在黨的八大二次會議上宣布：“我們也要搞人造衛(wèi)星！”時任國務院副總理聶榮臻馬上責成中國科學院和國防部第五研究院落實。首顆人造衛(wèi)星項目被國家列為1958年頭號重點科研任務，代號“581”，錢學森受命擔任“581”項目組組長。

　　在當時的國際形勢下，中國想造衛(wèi)星，只能自力更生。但那時我國科研條件十分有限，白手起家的道路舉步維艱，加上受各方因素影響，研制工作一度中斷。

　　1965年，中央專門委員會原則批準中國科學院《關于發(fā)展我國人造衛(wèi)星工作的規(guī)劃方案建議》，該報告計劃在1970年至1971年發(fā)射我國第一顆人造衛(wèi)星，命名為“東方紅一號”。當年10月，全國各科研院所的頂尖科學家齊聚北京友誼賓館，全面論證了我國第一顆人造衛(wèi)星的方案。經過長達42天的激烈討論，會議確定了衛(wèi)星的基本方案，后來這個研制方案被凝練成12個字——“上得去、抓得住、聽得到、看得見”。

　　“上得去”指火箭發(fā)射成功，并把衛(wèi)星送入既定軌道；“抓得住”指地面觀測站能夠對衛(wèi)星進行實時跟蹤測量，并將測得的數據和信息及時反饋給指揮中心；“聽得到”是指衛(wèi)星能夠在太空播放的《東方紅》樂曲并被地面收音機接收；“看得見”指在地面上能用肉眼看到衛(wèi)星。為滿足研制要求，科研人員用手搖計算器完成了大量計算，將冷庫、庫房改造成地面模擬試驗場，因陋就簡、土法上馬、群策群力攻克了一道道難關。

　　“東方紅一號”的設計壽命為20天，順利升空后，各種儀器實際的工作時間均超出了設計要求。其樂音裝置和短波發(fā)射機連續(xù)工作了28天，取得了大量工程遙測參數，為后來衛(wèi)星設計和研制工作提供了寶貴經驗。

　　毫無疑問，“東方紅一號”是中國航天史上的一座豐碑，其意義遠遠超出一顆衛(wèi)星本身。范含林認為，該衛(wèi)星的成功研制為后續(xù)航天發(fā)展奠定了技術基礎，探索了工藝流程，培養(yǎng)了人才隊伍，同時為中國航天事業(yè)探索和發(fā)展建立起了一套完整的體系。

　　試驗探索，多類型衛(wèi)星從無到有

　　隨著“東方紅一號”發(fā)射升空，我國衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展進入了技術試驗階段。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩介紹，從20世紀70年代到80年代中期，我國研制并發(fā)射了首顆返回式遙感衛(wèi)星、試驗性通信衛(wèi)星以及數顆空間科學與技術試驗衛(wèi)星。

　　1971年3月3日，我國成功發(fā)射“實踐一號”衛(wèi)星，這是我國“實踐”系列科學探測與技術試驗衛(wèi)星的首發(fā)星，它的主要任務是考驗太陽電池、鎘鎳電池、輻射式主動熱控制系統和遙測系統的長期工作可靠性。在軌運行期間，它還對空間物理環(huán)境進行了探測。

　　“實踐一號”衛(wèi)星在空間科學和空間技術方面均做出了開創(chuàng)性的貢獻。它開展的高空磁場、宇宙射線和外熱流等空間物理環(huán)境參數測量，讓我國第一次直接探測到宇宙空間環(huán)境。在長達8年的在軌運行期間，“實踐一號”衛(wèi)星進行的硅太陽能電池供電系統、主動式無源熱控制系統等長壽命衛(wèi)星技術試驗，為我國設計和制造長壽命衛(wèi)星提供了寶貴經驗。

　　大多數衛(wèi)星發(fā)射入軌后只需在太空工作，不需要返回地面，返回式衛(wèi)星卻是例外。早期由于技術限制，要利用底片才能拍攝高清晰度的照片，必須讓衛(wèi)星帶同底片或者用回收筒將底片送回地面進行分析，因此各航天大國在軍事偵察及國土普查中均需利用返回式衛(wèi)星。后來數據傳輸技術逐漸成熟，可以從衛(wèi)星上直接傳送影像數據到地面，返回式衛(wèi)星的用途也演變成開展空間試驗，并回收試驗品。

　　龐之浩介紹說，我國的返回式衛(wèi)星研制工作始于1966年。在攻克衛(wèi)星姿態(tài)控制、再入防熱、回收等技術難點后，我國于1975年11月26日發(fā)射首顆返回式衛(wèi)星。衛(wèi)星正常運行后，按預定計劃于12月2日成功返回地面。它標志著我國成為世界上第三個掌握衛(wèi)星回收技術的國家，在宇航技術的研究上取得新的突破。

　　“東方紅一號”發(fā)射后不久，我國通信部門就表達了對通信衛(wèi)星的迫切需求，希望改變我國通信技術落后的狀況。1970年6月，五院組織隊伍開始了通信衛(wèi)星新技術的研究。經過幾年探索，我國確定選用地球靜止軌道試驗通信衛(wèi)星方案。

　　1984年4月8日， 搭載2臺C頻段轉發(fā)器的試驗通信衛(wèi)星“東方紅二號”成功發(fā)射，邁出了中國通信衛(wèi)星的第一步，開始了用我國自主研發(fā)通信衛(wèi)星進行電視廣播信號傳輸的歷史。此后我國又發(fā)射多顆采用“東方紅二號”小容量自旋穩(wěn)定平臺的通信衛(wèi)星，大大改變了當時我國邊遠地區(qū)收視難、通信難的狀況。

　　范含林表示，這些衛(wèi)星的研制與發(fā)射，實現了我國相關類型衛(wèi)星從無到有的跨越。

　　全面發(fā)展，衛(wèi)星應用百花齊放

　　20世紀80年代后期，我國衛(wèi)星發(fā)展從技術試驗轉向工程應用階段。

　　幾年間，五院研制的“風云一號”太陽同步軌道氣象衛(wèi)星和“東方紅二號”甲實用通信衛(wèi)星相繼成功發(fā)射，實現了我國衛(wèi)星應用領域拓展和實用化水平躍升的開門紅；“資源一號”衛(wèi)星開啟了傳輸型遙感衛(wèi)星的新時代；“實踐四號”衛(wèi)星正式拉開了我國以小衛(wèi)星平臺開展空間科學試驗的序幕。

　　隨著我國衛(wèi)星通信事業(yè)迅速發(fā)展，基于“東方紅二號”平臺的通信衛(wèi)星已不能滿足需要。1986年，我國正式啟動第二代通信衛(wèi)星——“東方紅三號”的研制工作。龐之浩介紹，1997年5月12日，“東方紅三號”衛(wèi)星成功發(fā)射，它裝載了24臺C頻段轉發(fā)器，采用了許多當時的前沿技術，使中國通信衛(wèi)星水平一下跨越了20年。該衛(wèi)星不僅解決了國民經濟發(fā)展對衛(wèi)星通信服務的迫切需求，樹立起當時我國衛(wèi)星水平的標桿，還帶動了“天鏈”等多型通信衛(wèi)星的蓬勃發(fā)展。

　　至1999年，我國不僅在科學實驗衛(wèi)星、返回式遙感衛(wèi)星、地球靜止軌道通信衛(wèi)星、太陽同步軌道氣象衛(wèi)星等應用衛(wèi)星領域邁向全面應用，還成功發(fā)射并回收了“神舟一號”試驗飛船，在若干重要的衛(wèi)星技術領域達到較高水平，為我國空間技術躋身世界先進行列奠定了基礎。

　　進入21世紀，我國載人航天、北斗、探月等重大工程相繼實施，范含林認為，中國衛(wèi)星技術已進入全面發(fā)展階段。

　　如今，我國空間技術繼續(xù)高歌猛進。在重大工程方面，載人航天工程即將進入空間站任務飛行階段，北斗全球衛(wèi)星導航系統即將完成組網，“嫦娥五號”探測器即將實施月球采樣返回任務。在通信衛(wèi)星領域，“東方紅五號”衛(wèi)星平臺首發(fā)星已成功定點，該平臺將帶動我國大型衛(wèi)星公用平臺升級換代，能力跨越式提升。在遙感衛(wèi)星領域，“高分”系列衛(wèi)星相繼發(fā)射，推動我國空間分辨率邁進亞米級時代；“風云”“海洋”系列衛(wèi)星均有多星在軌運行，技術指標達到世界先進水平，此外，近年來“悟空”暗物質粒子探測衛(wèi)星、“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星、“慧眼”硬X射線調制望遠鏡、“太極一號”空間引力波探測技術實驗衛(wèi)星等“科學新星”冉冉升起，將為科學界仰望星空、探索宇宙發(fā)揮重要作用。

　　延伸閱讀

　　衛(wèi)星數量激增，頻軌資源“先到先得”

　　隨著第一顆繞地球運行的人造衛(wèi)星1957年進入軌道，人類邁出了通過發(fā)射人造衛(wèi)星連接地球和宇宙的第一步，這極大地激發(fā)了人類探索太空的熱情。隨著衛(wèi)星數量的猛增，衛(wèi)星頻軌資源也成為了各國競爭的焦點。

　　衛(wèi)星頻軌是指衛(wèi)星電臺使用的頻率和衛(wèi)星所處的空間軌道位置，是衛(wèi)星應用產業(yè)發(fā)展的基本要素，既是全人類所共有的自然資源，也是所有衛(wèi)星系統建立的前提和基礎以及衛(wèi)星系統建成后能否正常工作的必要條件。

　　衛(wèi)星頻率主要指無線電頻譜用于空間無線電業(yè)務的部分。任何衛(wèi)星系統的信息感知、信息傳輸以及測控單元，都需要使用電磁頻譜。不同的頻段傳播損耗不同，其中在0.3—10GHz頻段間損耗最少，被稱為“無線電窗口”；在30GHz附近頻段損耗相對較小，通常被稱為“半透明無線電窗口”。目前，各類衛(wèi)星應用也主要使用這些頻段，其他頻段相對損耗較大。

　　人造地球衛(wèi)星軌道按離地面的高度可分為低軌道、中軌道和高軌道。若軌道過高，航天器將進入或接近地球輻射帶；若軌道過低，殘余大氣阻力明顯增加，將大大提高保持航天器軌道的推進劑消耗量。大部分通信衛(wèi)星會運行在高軌道，即赤道上空約3.6萬千米處的地球靜止軌道，以保證連續(xù)通信。

　　頻軌資源是一種有限的、不可再生的自然資源，而且衛(wèi)星軌道位于世界各國共處的宇宙空間，是全人類共有的國際資源，隨著衛(wèi)星數目不斷增長，衛(wèi)星頻軌資源供需矛盾日益突出已成為不爭的事實。

　　目前，頻軌資源的獲取須依據國際電聯制定的規(guī)則進行開發(fā)利用，頻軌的使用必須進行國際協調。在這種方式下，各國首先根據自身需要，依據國際規(guī)則向國際電聯申報所需要的衛(wèi)星頻軌資源，先申報的國家具有優(yōu)先使用權；然后，按照申報順序確立的優(yōu)先地位次序，相關國家之間要遵照國際規(guī)則開展國際頻率干擾談判，后申報國家應采取措施，保障不對先申報國家的衛(wèi)星產生有害干擾。隨著資源申報的數量越來越多，國際談判難度也越來越大。衛(wèi)星生產周期通常只需一年半左右，而獲取頻軌資源的談判則需要幾年甚至更長時間。

　　美國、俄羅斯等航天強國從20世紀五六十年代就已向國際電聯申報并依照國際程序獲取了大量的頻軌資源，以支撐其數量龐大的衛(wèi)星系統，這也導致目前很多好用的頻段和軌道位置都已被占用，再想從中分得一杯羹實屬不易。