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东方红一号与中国卫星家族

2021-06-28 11:52今日中国

简介1970年,中国在极其困难的条件下发射了第一颗人造卫星东方红一号,之后陆续发射通信广播卫星、对地观测卫星、科学探测与技术试验卫星、导航定位卫星等不同种类的卫星,组成了庞大的卫星家族。如今人造卫星已经给人们生活的方方面面带来了便利。 今天,我们足...

1970年,中国在极其困难的条件下发射了第一颗人造卫星东方红一号,之后陆续发射通信广播卫星、对地观测卫星、科学探测与技术试验卫星、导航定位卫星等不同种类的卫星,组成了庞大的卫星家族。如今人造卫星已经给人们生活的方方面面带来了便利。

今天,我们足不出户,就能在电视上收看一场全球瞩目的世界杯决赛,第一时间获取全球新闻资讯,在手机上实时掌握天气预报,这都归功于人造卫星所带来的发达通信技术。

半个多世纪以来,全球共有数以千计的人造卫星发射升空,在地球以外织成了一张大网,充当着人类社会互联互通的枢纽。

从1970年发射第一颗人造卫星至今,中国拥有的卫星总数已仅次于美国,各种用途的卫星组成了庞大的卫星家族,给人们生活的方方面面带来便利。

东方红一号

1957年10月4日,苏联发射了世界上第一颗人造卫星,成为人类探索太空的里程碑。1958年1月,美国也紧随其后,发射了人造卫星,加入争夺太空资源。

1958年5月,毛泽东在中共八大二次会议上提出:苏联人造卫星上天,我们也要搞人造卫星。于是,中科院派科学家赵九章率代表团去苏联访问,希望参观苏联研製卫星的情况。但在当时的中苏关係背景下遭到拒绝,代表团想参观的东西大部分没有看到。

大家感到发射卫星靠外援是不可能的,只能自力更生地依靠国家的现代工业基础和现代科技水平。而在发展卫星之前,须有成熟的探空火箭技术。直到1964年东风二号中程导弹及中国第一颗原子弹研製成功,赵九章、钱学森两位科学家才决定向中央建议,开始卫星研製工作。

1965年,中央批准了发展人造卫星的方案建议,并把第一颗卫星命名为东方红一号。同年10月,召开了中国第一颗人造地球卫星总体方案论证会,会议最终确定的总体要求只有简单的十二个字:上得去,抓得住,听得到,看得见。就是这短短的十二个字,让众多科研人员煞费苦心。

所谓上得去就是要保证卫星飞上天;抓得住就是卫星上天以后地面设备能对卫星实施测控;听得到就是卫星要播送音乐,且可被地面接收和听到;看得见就是卫星在轨飞行时能让地面上的人用肉眼直接看得见。

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东方红一号
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上得去需要靠大量精密的计算来保证,那时用的大多是手摇计算器,工作人员日以继夜,工作量很大,计算一条轨道甚至要用一年的时间。而搭载东方红一号的长征一号运载火箭第三级固体火箭,也是科研人员在内蒙古呼和浩特简陋的土房子里研製出来的。

卫星要播送的音乐,确定为《东方红》乐曲。苏联第一颗人造卫星的呼叫信号是嘀嘀哒哒的电报码,遥测信号是间断的。为了超过苏联,中国卫星的遥测信号便设置成这样一段乐曲。但要如何让地球上的人们听到卫星发出的音乐呢?设计人员研究决定,通过改变卫星上振蕩器的频率幅度,发出抑扬顿挫的乐音,再由抓得住的卫星遥测系统传回地面。就在东方红一号发射入轨的两分钟后,国家广播事业局就报告收到了来自太空的《东方红》乐曲。

看得见的要求也让技术人员费尽了心思。东方红一号的外型是直径只有一米的,近似球体的72面体,反射阳光后其亮度也只相当于六等星,很难观测。为此,专家们想出了一个办法:将卫星末级火箭上的外衣由锥形的裙状改成球状,撑开后比一米的卫星大得多。同时,把这个布气球外头镀上铝,反射阳光后就能达到二等星到三等星的亮度(相当于北斗七星)。

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星等(magnitude),是指星体在天空中的相对亮度,星等值越小,星星就越亮,一般人的肉眼能够分辨的极限大约是6.5等。

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东方红一号与末级火箭模拟图
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最终在1970年4月24日,东方红一号发射成功,中国成为继苏联、美国、法国、日本之后世界上第五个独立发射人造卫星的国家。东方红一号实际工作了28天,远超设计额定的20天,取得了大量工程遥测参数,为后来的卫星设计和研製提供了重要依据。从2016年开始,国务院将每年的4月24日设立为中国航天日。

回想起当年的的经历,科学家潘厚任感歎道,研製东方红一号的工作真的是从零开始,所有人都不了解发射卫星的具体要求,就好似要吃馒头得先开荒种麦子,边干边学。而那时的科研条件也相当差,离心力实验是用发电机带动旋转,低温试验是在解放军海军后勤部的冷库里进行的,但所有工作人员都怀着满腔热情,甚至有工人半夜回到车间检查白天的垫片有没有拧紧。

今天,位于北京中关村的北京卫星製造厂,还保留着生产东方红一号部分零件和完成总装的老厂房。当年这里没有空调,也没有净化设备,以至于后来不少来这参观的外国同行都无法相信,这间简陋的厂房是生产中国第一颗卫星的地方。

卫星家族

东方红一号拉开了中国卫星研製的序幕,通信、气象、导航、科学试验等不同种类和功能的卫星陆续发射升空,中国卫星的族谱正在不断扩充。

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通信广播卫星是设在太空中的无线电信息转发站,它用来实现远距离的广播通信、电视传输、数据採集等等。

在东方红一号发射成功后,科学家就已经着手研究通信卫星。1972年美国总统尼克松(Richard Milhous Nixon)和日本首相田中角荣访华时带来的卫星通讯地面站,也引起了周恩来和中国科学家的极大兴趣,坚定了中国领导人发展通信卫星的决心。之后,中国买下了美、日带来的卫星通讯地面站,为发展自己的卫星地面站提供了借鑒。

1984年至1990年,中国共研製和发射了五颗东方红二号和东方红二号甲卫星,可在每天24小时内进行全天候通信,包括电话、电视和广播等,使中国成为世界上第五个自行发射地球静止轨道通信卫星的国家。1997年东方红三号成功发射并定点,代替了仅具实验性质的东方红二号。东方红三号的技术和性能都达到了国际同类卫星的先进水平,还改善了国际通信以及西部边远山区的通信状况。

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东方红三号卫星模型
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进入二十一世纪,中国空间技术研究院研製了第三代大型静止轨道卫星共用平台——东方红四号卫星平台,其具有输出功率大、承载能力强和服务寿命长等特点。自2002年起,国内外的多个通信卫星系列均採用东方红四号卫星平台,为用户提供商业卫星服务。

对地观测卫星是指对地球和大气层各种特徵和现象进行观测的卫星,包括气象卫星、地球资源卫星、海洋卫星、环境与灾害监测卫星等等。

早期由于技术所限,为了获得卫星照相的底片,各国均发射返回式卫星进行观测任务。从1975年以来,中国共研製和发射了6种型号的返回式卫星,在国土资源普查、大地测量、地质资源勘探、军事侦察等领域发挥了重要作用。1999年后,中国与巴西共同研製及发射的资源卫星系列,以及中国空间技术研究院研製的遥感卫星系列,则是新一代传输型遥感资源卫星。

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海南三亚,中科院遥感与数字地球研究所三亚卫星接收站
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天有不测风云。为了更好地预测天气,中国从1988年开始发射风云气象卫星系列。其中风云一号和风云三号两个系列为极地轨道气象卫星,风云二号和风云四号两个系列为地球静止轨道气象卫星。前者能观测获得全球领域的气象资料,后者则是观测卫星正对的地球上三分之一的地区,可捕捉到快速变化的天气情况。中国气象局与香港天文台每天播报的天气信息正是依靠着风云系列卫星的观测结果。

科学探测与技术试验卫星,或许较少出现在人们的视线当中。1971年开始发射的实践卫星系列、中欧合作的地球空间双星探测计划,以及近年发射的悟空号、墨子号、慧眼号等,它们可以携带探测和实验仪器,研究发生在地球、日地空间、星际空间乃至整个宇宙空间的各类自然现象及规律。基于这类卫星所开展的国际合作也愈来愈多。

导航定位卫星则主要是北斗卫星导航定位系统。它是四大全球卫星导航系统之一,可为全球使用者提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务。至2019年6月,已发射了46颗北斗导航卫星,应用在一带一路沿线30多个国家和地区、以及农业、数字市政等多个领域,前景广阔。

早已停止工作的东方红一号,如今仍然在引力作用下绕着地球飞行,我们还能通过望远镜观测到它的身影。它就像是中国航天的灯塔,照射出中国一代代航天人探索前进的道路,也迎接着一颗颗远航的中国卫星进入太空,造福人类社会。

参考资料:

《军工记忆Ⅰ-东方红一号人造卫星》 CCTV纪录

中国空间技术研究院

《太空中,越来越多中国星》 人民网 2018/6/22

《东方红一号发射46周年:实际工作28天,现在仍在太空飞行》 新华网 2016/4/21

《东方红一号卫星上天的台前幕后》 裴高才 武汉文史资料 2000年09期

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