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中国航天大事记:东方红卫星的上天

从2016年起,每年的4月24日为"中国航天日"。那么中国航天日为什么设为4月24日? 那是因为1970年的这一天,长征1号火箭将中国第一颗人造地球卫星东方红1号送入太空.这标志着中国成为继苏联、美国、法国、日本之后,世界上第5个用自制火箭发射国产卫星的国家,拉开了中华民族进军太空的序幕。 竖起了中国航天事业发展的第一个里程碑。


早1958年5月17日,毛泽东主席在中国共产党八大二次会议提出:苏联人造卫星上天,我们也要搞人造卫星,我们也要搞一点,要搞就搞得大一点。

在中国运载火箭技术取得一定进展的情况下,1965年9月,中国科学院开始组建了由赵九章任院长、代号叫"651"的卫星设计院(公开名称为"科学仪器设计院"),并把中国第1颗卫星命名为东方红1号。从此,中国人造地球卫星研制工作正式开始。

1965年10月20日至11月30日,召开了中国第1颗人造地球卫星总体方案论证会,把东方红1号的发射时间定在1970年。其成功的标志是:"上得去,抓得住,听得到,看得见"。所谓"上得去"就是首先要保证卫星飞上天;"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,以便鼓舞人心。

1967年初,中央正式确定中国第1颗人造地球卫星播送《东方红》乐曲,以便让全世界人民都能听到中国卫星的声音。1967年底,中央最后审定了中国第1颗人造地球卫星的方案,规定该卫星不小于150千克(最终确定为173千克),用长征1号运载火箭发射,并正式命名为东方红1号。该卫星上天后要"上得去、抓得住、测得准、看得见、听得到"。为此,后来想了不少办法,攻克了不少技术难关。

东方红1号的具体任务是测量卫星本身的工作参数;探测空间环境参数;为中国奠定卫星轨道测量和无线电遥测技术基础。为了实现上述目标和达到这些要求,经专家们多次论证,最后确定东方红1号由结构、温控、能源、《东方红》乐音装置和短波遥测、跟踪、天线、姿态测量7个分系统组成。由于是首次研制,所以对每一个分系统的研究、设计、试制、试验、生产都是十分艰难的攻关过程。

该卫星外形为近拟球体的72面体,直径约1米,质量为173千克,采用自旋姿态稳定方式,转速为120转/分,利用太阳角计和红外地平仪测定姿态。

那么,东方红1号为什么采用近拟球体的72面体?据东方红1号总体设计组副组长的潘厚任研究员介绍,当时东方红1号采用这种设计外形主要有以下考虑:一是可使卫星有较大的结构利用空间;二是在平面上粘贴太阳电池片比在曲面上粘贴更方便可靠;三是由于卫星采用自旋稳定方式,即卫星自旋轴相对于太阳的取向是不断变化的,在72面球体上粘贴太阳电池片可便于太阳电池片在不同径向的面上适当地均匀布设,使任何时刻太阳电池的总输出变化很小,这对整星能源系统的设计很有利(虽然后来因卫星任务和技术方案有所变化,东方红1号上最终未粘贴太阳电池片,而采用所携带的银锌电池供电,但结构设计未改动。另外,在与东方红1号相同外形的中国第2颗人造卫星——实践1号上成功地使用了这一设计方案,寿命超过8年);四是采用球形设计,可使卫星飞行时的弹道截面基本不变,所以不用在星上安装探测仪器,就能用卫星的测轨跟踪数据反演推算卫星飞经高度的大气密度值及其变化,从而多得到一些科学数据。

东方红1号卫星直径只有1米,为了使地面"看得见",技术人员把卫星外形设计成由72面体组成的一个球体,目的之一是使卫星在轨运行时能闪光,因为该卫星是采用自旋稳定方式稳定,所以当它转起来以后,由于角度不同,就会产生一闪一闪的效果,这样在地面就比较容易观测。但研究表明,由于卫星太小,即使这样,在天气不好时仍看不见卫星,因为实际上卫星本体的亮度只有六等星左右。所以,技术人员集思广益又想出一个新办法:把第3级固体火箭的"外衣"由锥形的"裙"变成球状的"体",通过第3级固体火箭的旋转运动和观察体结构自身的伸展运动,最终成为4米直径的球台。换句话说就是,为了在地球上用肉眼看见卫星,在末级火箭上加上"观测裙",使末级火箭的亮度提高为2—3等星,从而便于人们观看。具体做法是:

做一个布的大气球(或叫"围裙")把第3级火箭包上,发射的时候先不把它放开,等上天以后再吹大,让它能撑开涨到3米或者更大一点;同时,这个布气球外头也镀上铝,大面积反射太阳光,那样的话视觉效果就比1米大得多,大大提高了观测亮度,因而就能看见了。不过用肉眼看到的是气球,或称带着"围裙"的末级火箭,而不是卫星本身。气球起引导作用,看见气球之后,由于第3级火箭是跟卫星一块入轨的,与卫星一前一后,速度轨道差不多,前后距离并不远,所以在其附近很容易就找到东方红1号卫星了。在东方红1号上天后,遵照周恩来总理的要求,中国对东方红1号卫星飞经各国首都上空的时间进行了预报,以便各国观测,因而在当时引起许多国家的强烈反响。


对于如何产生《东方红》乐音,曾提出过几种方案,经比较决定,采用可靠性高、工作寿命长、消耗功率小、乐音悦耳嘹亮的电子音乐。对于如何发送《东方红》乐音,也曾提出过3种方案,最后经研究决定,采用1台发射机交替发送《东方红》乐音。不过,要让普通收音机直接收听到东方红1号卫星播发的《东方红》乐音,需在卫星上安装大功率发射机,但那将使卫星的重量超过1吨,这对于当时中国火箭的运载能力来说是不可行的。为此,采用先由大型地面站接收,再通过广播电台转播的办法来实现。所以,在卫星发射上去后,全国人民听到的《东方红》乐音都是经广播电台转播的卫星信号。

经过几年的自力更生,顽强拼搏,包括排除文化大革命的种种干扰,1970年4月1日,装载着2颗东方红1号卫星和1枚长征1号运载火箭的专列抵达中国酒泉卫星发射场。4月2日下午,周恩来总理在人民大会堂听取即将发射的中国第1颗人造卫星及其运载火箭情况的汇报。4月24日凌晨,毛泽东主席批准实施发射。因此,中国第1颗人造地球卫星东方红1号终于在1970年4月24日21时35分由长征1号运载火箭从甘肃酒泉卫星发射场发射,21时48分进入预定轨道。


东方红1号卫星不仅全部达到了设计要求,而且质量比前4个国家发射的第1颗卫星质量总和还要超出29.8千克(美国的第1颗卫星只有8.2千克)。同时,在卫星的跟踪手段、信号传输形式和星上温控系统等技术领域,也都超过了上述国家第1颗卫星的水平。由于能源系统的保证,东方红1号卫星上的各种科学仪器实际工作时间远远超过了设计额定要求,取得了大量的工程遥测参数,为后来的卫星设计和研制工作提供了重要依据。

因为化学电池寿命有限,所以东方红1号设计的工作寿命只有20天,但它实际在太空中工作了28天,至同年5月14日停止发射信号,与地面失去了联系。在运行期间,卫星把遥测参数和各种太空探测资料传回地面。由于东方红1号卫星的近地点高度较高,因此东方红1号卫星目前仍在轨道上。

长征一号

东方红1号卫星的成功发射是中国航天史上的一座丰碑,同时也积累了非常宝贵的经验。发射人造地球卫星是一项非常复杂的系统工程,它包括研制运载火箭、建设发射场、研制卫星本体和卫星所携带的科学仪器、建立地面观测网等,其每一部分都是高新技术的综合应用和集智创新。东方红1号卫星就是在攻克了结构系统、热控系统和能源系统、乐音装置及短波遥测系统、跟踪系统、天线系统和科学探测系统等一系列技术难关的基础上研制成功的。从1965年卫星工程研制任务列入国家计划并明确争取在1970年左右发射之后,中国在成功地研制了东方红1号卫星、长征1号火箭的同时,还于1970年建成了酒泉卫星发射中心和测控网。第1颗卫星成功升空运行的实践证明,这些系统技术性能可靠,不仅出色地完成了当时预定的任务,而且为中国航天事业后来的发展奠定了扎实的基础和提供了宝贵的经验。所以,它的发射成功,在中国航天史上具有划时代的意义。

东方红1号卫星的升空,在全世界引起了轰动,大大提高了中国在世界上的威望。用邓小平同志的话来说就是:没有"两弹一星"就没有中国的大国地位。


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