航天日，看中國(guó)五十年璀璨“星”光

 今天是第五個(gè)“中國(guó)航天日”。回望50年前，即1970年4月24日，我國(guó)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(hào)”，由此成為世界上第五個(gè)自行研制和發(fā)射人造衛(wèi)星的國(guó)家。

　　半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)航天事業(yè)闊步前行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年，我國(guó)共發(fā)射各類(lèi)航天器500多個(gè)，在軌運(yùn)行的超過(guò)300個(gè)。諸多空間技術(shù)成果為推動(dòng)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步做出了重大貢獻(xiàn)。

　　當(dāng)前，中國(guó)的人造衛(wèi)星隊(duì)伍正在不斷壯大，在這個(gè)特殊的日子里，讓我們跟隨專(zhuān)家回望中國(guó)衛(wèi)星50年發(fā)展歷程。

　　技術(shù)儲(chǔ)備，為航天發(fā)展奠定基礎(chǔ)

　　中國(guó)航天科技集團(tuán)五院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)五院)總體部宇航協(xié)外任務(wù)領(lǐng)域總設(shè)計(jì)師范含林介紹，“東方紅一號(hào)”的研制工作最早啟動(dòng)于1958年，由此開(kāi)始，我國(guó)衛(wèi)星發(fā)展進(jìn)入了技術(shù)準(zhǔn)備階段。

　　1958年5月17日，毛澤東主席在黨的八大二次會(huì)議上宣布：“我們也要搞人造衛(wèi)星！”時(shí)任國(guó)務(wù)院副總理聶榮臻馬上責(zé)成中國(guó)科學(xué)院和國(guó)防部第五研究院落實(shí)。首顆人造衛(wèi)星項(xiàng)目被國(guó)家列為1958年頭號(hào)重點(diǎn)科研任務(wù)，代號(hào)“581”，錢(qián)學(xué)森受命擔(dān)任“581”項(xiàng)目組組長(zhǎng)。

　　在當(dāng)時(shí)的國(guó)際形勢(shì)下，中國(guó)想造衛(wèi)星，只能自力更生。但那時(shí)我國(guó)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(zhuān)門(mén)委員會(huì)原則批準(zhǔn)中國(guó)科學(xué)院《關(guān)于發(fā)展我國(guó)人造衛(wèi)星工作的規(guī)劃方案建議》，該報(bào)告計(jì)劃在1970年至1971年發(fā)射我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星，命名為“東方紅一號(hào)”。當(dāng)年10月，全國(guó)各科研院所的頂尖科學(xué)家齊聚北京友誼賓館，全面論證了我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星的方案。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)42天的激烈討論，會(huì)議確定了衛(wèi)星的基本方案，后來(lái)這個(gè)研制方案被凝練成12個(gè)字——“上得去、抓得住、聽(tīng)得到、看得見(jiàn)”。

　　“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(guān)測(cè)站能夠?qū)πl(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)和信息及時(shí)反饋給指揮中心；“聽(tīng)得到”是指衛(wèi)星能夠在太空播放的《東方紅》樂(lè)曲并被地面收音機(jī)接收；“看得見(jiàn)”指在地面上能用肉眼看到衛(wèi)星。為滿(mǎn)足研制要求，科研人員用手搖計(jì)算器完成了大量計(jì)算，將冷庫(kù)、庫(kù)房改造成地面模擬試驗(yàn)場(chǎng)，因陋就簡(jiǎn)、土法上馬、群策群力攻克了一道道難關(guān)。

　　“東方紅一號(hào)”的設(shè)計(jì)壽命為20天，順利升空后，各種儀器實(shí)際的工作時(shí)間均超出了設(shè)計(jì)要求。其樂(lè)音裝置和短波發(fā)射機(jī)連續(xù)工作了28天，取得了大量工程遙測(cè)參數(shù)，為后來(lái)衛(wèi)星設(shè)計(jì)和研制工作提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，“東方紅一號(hào)”是中國(guó)航天史上的一座豐碑，其意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一顆衛(wèi)星本身。范含林認(rèn)為，該衛(wèi)星的成功研制為后續(xù)航天發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，探索了工藝流程，培養(yǎng)了人才隊(duì)伍，同時(shí)為中國(guó)航天事業(yè)探索和發(fā)展建立起了一套完整的體系。

　　試驗(yàn)探索，多類(lèi)型衛(wèi)星從無(wú)到有

　　隨著“東方紅一號(hào)”發(fā)射升空，我國(guó)衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展進(jìn)入了技術(shù)試驗(yàn)階段。全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩介紹，從20世紀(jì)70年代到80年代中期，我國(guó)研制并發(fā)射了首顆返回式遙感衛(wèi)星、試驗(yàn)性通信衛(wèi)星以及數(shù)顆空間科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。

　　1971年3月3日，我國(guó)成功發(fā)射“實(shí)踐一號(hào)”衛(wèi)星，這是我國(guó)“實(shí)踐”系列科學(xué)探測(cè)與技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星的首發(fā)星，它的主要任務(wù)是考驗(yàn)太陽(yáng)電池、鎘鎳電池、輻射式主動(dòng)熱控制系統(tǒng)和遙測(cè)系統(tǒng)的長(zhǎng)期工作可靠性。在軌運(yùn)行期間，它還對(duì)空間物理環(huán)境進(jìn)行了探測(cè)。

　　“實(shí)踐一號(hào)”衛(wèi)星在空間科學(xué)和空間技術(shù)方面均做出了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。它開(kāi)展的高空磁場(chǎng)、宇宙射線(xiàn)和外熱流等空間物理環(huán)境參數(shù)測(cè)量，讓我國(guó)第一次直接探測(cè)到宇宙空間環(huán)境。在長(zhǎng)達(dá)8年的在軌運(yùn)行期間，“實(shí)踐一號(hào)”衛(wèi)星進(jìn)行的硅太陽(yáng)能電池供電系統(tǒng)、主動(dòng)式無(wú)源熱控制系統(tǒng)等長(zhǎng)壽命衛(wèi)星技術(shù)試驗(yàn)，為我國(guó)設(shè)計(jì)和制造長(zhǎng)壽命衛(wèi)星提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

　　大多數(shù)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(shù)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(jìn)行分析，因此各航天大國(guó)在軍事偵察及國(guó)土普查中均需利用返回式衛(wèi)星。后來(lái)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)逐漸成熟，可以從衛(wèi)星上直接傳送影像數(shù)據(jù)到地面，返回式衛(wèi)星的用途也演變成開(kāi)展空間試驗(yàn)，并回收試驗(yàn)品。

　　龐之浩介紹說(shuō)，我國(guó)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(shù)難點(diǎn)后，我國(guó)于1975年11月26日發(fā)射首顆返回式衛(wèi)星。衛(wèi)星正常運(yùn)行后，按預(yù)定計(jì)劃于12月2日成功返回地面。它標(biāo)志著我國(guó)成為世界上第三個(gè)掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國(guó)家，在宇航技術(shù)的研究上取得新的突破。

　　“東方紅一號(hào)”發(fā)射后不久，我國(guó)通信部門(mén)就表達(dá)了對(duì)通信衛(wèi)星的迫切需求，希望改變我國(guó)通信技術(shù)落后的狀況。1970年6月，五院組織隊(duì)伍開(kāi)始了通信衛(wèi)星新技術(shù)的研究。經(jīng)過(guò)幾年探索，我國(guó)確定選用地球靜止軌道試驗(yàn)通信衛(wèi)星方案。

　　1984年4月8日， 搭載2臺(tái)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的試驗(yàn)通信衛(wèi)星“東方紅二號(hào)”成功發(fā)射，邁出了中國(guó)通信衛(wèi)星的第一步，開(kāi)始了用我國(guó)自主研發(fā)通信衛(wèi)星進(jìn)行電視廣播信號(hào)傳輸?shù)臍v史。此后我國(guó)又發(fā)射多顆采用“東方紅二號(hào)”小容量自旋穩(wěn)定平臺(tái)的通信衛(wèi)星，大大改變了當(dāng)時(shí)我國(guó)邊遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)了我國(guó)相關(guān)類(lèi)型衛(wèi)星從無(wú)到有的跨越。

　　全面發(fā)展，衛(wèi)星應(yīng)用百花齊放

　　20世紀(jì)80年代后期，我國(guó)衛(wèi)星發(fā)展從技術(shù)試驗(yàn)轉(zhuǎn)向工程應(yīng)用階段。

　　幾年間，五院研制的“風(fēng)云一號(hào)”太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星和“東方紅二號(hào)”甲實(shí)用通信衛(wèi)星相繼成功發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域拓展和實(shí)用化水平躍升的開(kāi)門(mén)紅；“資源一號(hào)”衛(wèi)星開(kāi)啟了傳輸型遙感衛(wèi)星的新時(shí)代；“實(shí)踐四號(hào)”衛(wèi)星正式拉開(kāi)了我國(guó)以小衛(wèi)星平臺(tái)開(kāi)展空間科學(xué)試驗(yàn)的序幕。

　　隨著我國(guó)衛(wèi)星通信事業(yè)迅速發(fā)展，基于“東方紅二號(hào)”平臺(tái)的通信衛(wèi)星已不能滿(mǎn)足需要。1986年，我國(guó)正式啟動(dòng)第二代通信衛(wèi)星——“東方紅三號(hào)”的研制工作。龐之浩介紹，1997年5月12日，“東方紅三號(hào)”衛(wèi)星成功發(fā)射，它裝載了24臺(tái)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，采用了許多當(dāng)時(shí)的前沿技術(shù)，使中國(guó)通信衛(wèi)星水平一下跨越了20年。該衛(wèi)星不僅解決了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)衛(wèi)星通信服務(wù)的迫切需求，樹(shù)立起當(dāng)時(shí)我國(guó)衛(wèi)星水平的標(biāo)桿，還帶動(dòng)了“天鏈”等多型通信衛(wèi)星的蓬勃發(fā)展。

　　至1999年，我國(guó)不僅在科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、返回式遙感衛(wèi)星、地球靜止軌道通信衛(wèi)星、太陽(yáng)同步軌道氣象衛(wèi)星等應(yīng)用衛(wèi)星領(lǐng)域邁向全面應(yīng)用，還成功發(fā)射并回收了“神舟一號(hào)”試驗(yàn)飛船，在若干重要的衛(wèi)星技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到較高水平，為我國(guó)空間技術(shù)躋身世界先進(jìn)行列奠定了基礎(chǔ)。

　　進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)載人航天、北斗、探月等重大工程相繼實(shí)施，范含林認(rèn)為，中國(guó)衛(wèi)星技術(shù)已進(jìn)入全面發(fā)展階段。

　　如今，我國(guó)空間技術(shù)繼續(xù)高歌猛進(jìn)。在重大工程方面，載人航天工程即將進(jìn)入空間站任務(wù)飛行階段，北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)即將完成組網(wǎng)，“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器即將實(shí)施月球采樣返回任務(wù)。在通信衛(wèi)星領(lǐng)域，“東方紅五號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)首發(fā)星已成功定點(diǎn)，該平臺(tái)將帶動(dòng)我國(guó)大型衛(wèi)星公用平臺(tái)升級(jí)換代，能力跨越式提升。在遙感衛(wèi)星領(lǐng)域，“高分”系列衛(wèi)星相繼發(fā)射，推動(dòng)我國(guó)空間分辨率邁進(jìn)亞米級(jí)時(shí)代；“風(fēng)云”“海洋”系列衛(wèi)星均有多星在軌運(yùn)行，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平，此外，近年來(lái)“悟空”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星、“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、“慧眼”硬X射線(xiàn)調(diào)制望遠(yuǎn)鏡、“太極一號(hào)”空間引力波探測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星等“科學(xué)新星”冉冉升起，將為科學(xué)界仰望星空、探索宇宙發(fā)揮重要作用。

　　延伸閱讀

　　衛(wèi)星數(shù)量激增，頻軌資源“先到先得”

　　隨著第一顆繞地球運(yùn)行的人造衛(wèi)星1957年進(jìn)入軌道，人類(lèi)邁出了通過(guò)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(lèi)探索太空的熱情。隨著衛(wèi)星數(shù)量的猛增，衛(wèi)星頻軌資源也成為了各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

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

　　衛(wèi)星頻率主要指無(wú)線(xiàn)電頻譜用于空間無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)的部分。任何衛(wèi)星系統(tǒng)的信息感知、信息傳輸以及測(cè)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(chēng)為“無(wú)線(xiàn)電窗口”；在30GHz附近頻段損耗相對(duì)較小，通常被稱(chēng)為“半透明無(wú)線(xiàn)電窗口”。目前，各類(lèi)衛(wèi)星應(yīng)用也主要使用這些頻段，其他頻段相對(duì)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(guò)高，航天器將進(jìn)入或接近地球輻射帶；若軌道過(guò)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(jìn)劑消耗量。大部分通信衛(wèi)星會(huì)運(yùn)行在高軌道，即赤道上空約3.6萬(wàn)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(guó)共處的宇宙空間，是全人類(lèi)共有的國(guó)際資源，隨著衛(wèi)星數(shù)目不斷增長(zhǎng)，衛(wèi)星頻軌資源供需矛盾日益突出已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。

　　目前，頻軌資源的獲取須依據(jù)國(guó)際電聯(lián)制定的規(guī)則進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，頻軌的使用必須進(jìn)行國(guó)際協(xié)調(diào)。在這種方式下，各國(guó)首先根據(jù)自身需要，依據(jù)國(guó)際規(guī)則向國(guó)際電聯(lián)申報(bào)所需要的衛(wèi)星頻軌資源，先申報(bào)的國(guó)家具有優(yōu)先使用權(quán)；然后，按照申報(bào)順序確立的優(yōu)先地位次序，相關(guān)國(guó)家之間要遵照國(guó)際規(guī)則開(kāi)展國(guó)際頻率干擾談判，后申報(bào)國(guó)家應(yīng)采取措施，保障不對(duì)先申報(bào)國(guó)家的衛(wèi)星產(chǎn)生有害干擾。隨著資源申報(bào)的數(shù)量越來(lái)越多，國(guó)際談判難度也越來(lái)越大。衛(wèi)星生產(chǎn)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(zhǎng)時(shí)間。

　　美國(guó)、俄羅斯等航天強(qiáng)國(guó)從20世紀(jì)五六十年代就已向國(guó)際電聯(lián)申報(bào)并依照國(guó)際程序獲取了大量的頻軌資源，以支撐其數(shù)量龐大的衛(wèi)星系統(tǒng)，這也導(dǎo)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(shí)屬不易。