文章來源：科技日報 發(fā)布時間：2020-04-27
4月24日，是第五個“中國航天日”。回望50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(jì)以來，中國航天事業(yè)闊步前行。據(jù)統(tǒng)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(shù)成果為推動國防現(xiàn)代化建設(shè)、國民經(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(shù)儲備，為航天發(fā)展奠定基礎(chǔ)
中國航天科技集團(tuán)五院（以下簡稱五院）總體部宇航協(xié)外任務(wù)領(lǐng)域總設(shè)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(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議上宣布：“我們也要搞人造衛(wèi)星！”時任國務(wù)院副總理聶榮臻馬上責(zé)成中國科學(xué)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(wù)，代號“581”，錢學(xué)森受命擔(dān)任“581”項目組組長。
在當(dāng)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(zhǔn)中國科學(xué)院《關(guān)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(dāng)年10月，全國各科研院所的頂尖科學(xué)家齊聚北京友誼賓館，全面論證了我國第一顆人造衛(wèi)星的方案。經(jīng)過長達(dá)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?qū)πl(wèi)星進(jìn)行實時跟蹤測量，并將測得的數(shù)據(jù)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(guān)。
“東方紅一號”的設(shè)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(shè)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(shù)，為后來衛(wèi)星設(shè)計和研制工作提供了寶貴經(jīng)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(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(jìn)入了技術(shù)試驗階段。全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩介紹，從20世紀(jì)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(shù)顆空間科學(xué)與技術(shù)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(xué)探測與技術(shù)試驗衛(wèi)星的首發(fā)星，它的主要任務(wù)是考驗太陽電池、鎘鎳電池、輻射式主動熱控制系統(tǒng)和遙測系統(tǒng)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(jìn)行了探測。
“實踐一號”衛(wèi)星在空間科學(xué)和空間技術(shù)方面均做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。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(shù)測量，讓我國第一次直接探測到宇宙空間環(huán)境。在長達(dá)8年的在軌運行期間，“實踐一號”衛(wèi)星進(jìn)行的硅太陽能電池供電系統(tǒng)、主動式無源熱控制系統(tǒng)等長壽命衛(wèi)星技術(shù)試驗，為我國設(shè)計和制造長壽命衛(wèi)星提供了寶貴經(jīng)驗。
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，因此各航天大國在軍事偵察及國土普查中均需利用返回式衛(wèi)星。后來數(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(shù)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(yù)定計劃于12月2日成功返回地面。它標(biāo)志著我國成為世界上第三個掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國家，在宇航技術(shù)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(dá)了對通信衛(wèi)星的迫切需求，希望改變我國通信技術(shù)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(shù)的研究。經(jīng)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(zhuǎn)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(jìn)行電視廣播信號傳輸?shù)臍v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(dāng)時我國邊遠(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，實現(xiàn)了我國相關(guān)類型衛(wèi)星從無到有的跨越。
全面發(fā)展，衛(wèi)星應(yīng)用百花齊放
20世紀(jì)80年代后期，我國衛(wèi)星發(fā)展從技術(shù)試驗轉(zhuǎn)向工程應(yīng)用階段。
幾年間，五院研制的“風(fēng)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(xiàn)了我國衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)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(xué)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(zhuǎn)發(fā)器，采用了許多當(dāng)時的前沿技術(shù)，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(jīng)濟(jì)發(fā)展對衛(wèi)星通信服務(wù)的迫切需求，樹立起當(dāng)時我國衛(wèi)星水平的標(biāo)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(xué)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(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”試驗飛船，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)，我國載人航天、北斗、探月等重大工程相繼實施，范含林認(rèn)為，中國衛(wèi)星技術(shù)已進(jìn)入全面發(fā)展階段。
如今，我國空間技術(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”探測器即將實施月球采樣返回任務(wù)。在通信衛(wèi)星領(lǐng)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(lǐng)域，“高分”系列衛(wèi)星相繼發(fā)射，推動我國空間分辨率邁進(jìn)亞米級時代；“風(fēng)云”“海洋”系列衛(wèi)星均有多星在軌運行，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平，此外，近年來“悟空”暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星、“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星、“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡、“太極一號”空間引力波探測技術(shù)實驗衛(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行的人造衛(wèi)星1957年進(jìn)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(shù)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(yīng)用產(chǎn)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(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)星頻率主要指無線電頻譜用于空間無線電業(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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(shù)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(jù)國際電聯(lián)制定的規(guī)則進(jìn)行開發(fā)利用，頻軌的使用必須進(jìn)行國際協(xié)調(diào)。在這種方式下，各國首先根據(jù)自身需要，依據(jù)國際規(guī)則向國際電聯(lián)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(quán)；然后，按照申報順序確立的優(yōu)先地位次序，相關(guān)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(yīng)采取措施，保障不對先申報國家的衛(wèi)星產(chǎn)生有害干擾。隨著資源申報的數(shù)量越來越多，國際談判難度也越來越大。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時間。
美國、俄羅斯等航天強國從20世紀(jì)五六十年代就已向國際電聯(lián)申報并依照國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屬不易。
【責(zé)任編輯：趙藝涵】