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我国东方红一号卫星成功发射45周年

时间:2015年04月24日 信息来源:腾讯太空 点击: 【字体:

1.我们也要搞人造卫星


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。


1965年1月8日,钱学森建议中国暂停研制的人造地球卫星应该重新上马并列入国家任务,并得到了聂荣臻副总理的赞同。1965年5月,周恩来总理指示中国科学院拿出第1颗人造卫星的具体方案。负责卫星总体组的钱骥带领年轻的科技工作者很快便拿出了初步方案。该方案由钱骥等直接向周恩来总理作了汇报。当周总理知道钱骥姓钱时风趣地说:我们的卫星总设计师也是姓钱啊,我们搞尖端的,原子、导弹和卫星,都离不开“钱”啊!。1965年7月,在周恩来总理主持的中央专委会议上原则批准了中国科学院《关于发展中国人造卫星工作规划方案建议》,确定将人造卫星研制列为国家尖端技术发展的一项重大任务,还确定整个卫星工程由国防科委负责组织协调,卫星本体和地面检测系统由中国科学院负责,运载火箭由七机部负责,卫星发射场由国防科委试验基地负责建设。因为是1965年1月份正式提出建议(即钱学森的建议时间),国家就将人造地球卫星工程的代号定名为“651”任务。这样,中国的人造地球卫星事业从多年的学术和技术准备,转入有计划、有步骤地开展工程研制的时期。


2.上得去,抓得住,听得到,看得见

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广大群众争相仰望天空搜寻东方红一号卫星轨迹


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一号。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,最后确定东方红一号卫星属于科学探测性质。


东方红一号的发射时间定在1970年,成功的标志,即第1颗人造地球卫星的总体要求是:“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),用长征一号运载火箭发射,并正式命名为东方红一号。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。


3.近拟球体的72面体

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东方红一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,最后确定东方红一号由结构、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,东方红一号为什么采用近拟球体的72面体?据东方红一号总体设计组副组长的潘厚任研究员介绍,当时东方红一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,东方红一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,在与东方红一号相同外形的中国第2颗人造卫星——实践一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。


4.给人造卫星加“围裙”

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东方红一号卫星直径只有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一号卫星了。在东方红一号上天后,遵照周恩来总理的要求,中国对东方红一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。


5.来自太空的《东方红》乐音

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东方红一号卫星乐音装置


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一号卫星播发的《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。设计人员曾打算在东方红一号卫星上镶满毛泽东像章,但后来在周恩来总理的指示下,为了减轻卫星质量这些像章没有一起升空。


由于当时正处于“文化大革命”的动乱中,播送《东方红》乐音不仅是科研任务,也成了责任重大的政治任务。如果卫星上天后,乐音变调或不响,则无疑是重大的政治问题,研制者有可能被抓起来坐牢。在沉重的思想负担和精神压力下,卫星总体组组长何正华和乐音装置的主要设计者刘承熙冒着政治风险,开始了他们技术上的探索,解决了乐音错乱和乐音变调等一系列问题。《东方红》”乐音最后采用电子线路产生模拟铝板琴声奏出。乐音装置的第一批正样产品是1968年上半年在重庆一家工厂生产的,由于当时生产秩序极不正常,产品中许多元件出现虚焊现象。最后上天的产品是由上海科学仪器厂重新生产的。


为了满足东方红一号卫星研制要求,技术人员依靠自己的力量采用了铆接、阳极化电抛光、光亮铝件大面积镀金、铝件热处理等多项新工艺,并进行了不少刀具设备的革新,为完成东方红一号卫星任务提供了物资保证。 


例如,在进行卫星蒙皮阳极化电抛光工序时,没有房子就在露天下进行;没有容器就铸造了三个大铝槽,在雪地里挖个坑,把铝槽架在上面用木柴烧。就是在这样的条件下,开展了阳极化电抛光试验。经过了两个月时间、上百次试验,终于使蒙皮的辐射率和吸收率达到了规定的技术指标。 


6.质量居世界各国第一颗之首

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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颗东方红一号卫星和1枚长征一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一号终于在1970年4月24日21时35分由长征一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。


东方红一号卫星的上天,使中国成为继苏联、美国、法国和日本之后,第5个完全依靠自己的力量成功发射卫星的国家。该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,东方红一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。


7.东方红一号目前仍在太空

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因为化学电池寿命有限,所以东方红一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。由于东方红一号卫星的近地点高度较高,因此东方红一号卫星目前仍在轨道上。观测表明,到2009年2月,东方红一号还运行在近地点430千米、远地点2075千米的轨道上。


那么,东方红一号卫星发射时间为什么比日本晚大约2月呢?东方红一号卫星技术负责人孙家栋院士在谈到这个问题的时候说:日本是2月,我们是4月。本来,按照原计划,我们应在1970年刚过年就发射,为此在年底准备要出场时,大家都在对质量精益求精;而到真正出厂后,领导又跟我们说,你们再反复想想,还有什么地方会出岔子。那时候还不像现在,有一套完整的管理办法,我们就只能把文件从头到尾整理、演算,拼命想,拼命查。查着查着,忽然传来消息,日本人已经发射了。当然,那时谁都不知道对方要发射,两国的卫星研发都在秘密进行,要是知道了,我们肯定要想办法抢在他们前头的。 


8.研制过程中鲜为人知的故事

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闵桂荣(中国科学院和工程院双院士, 东方红一号温控系统负责人):卫星的热控系统很特别,我记得有一次,总技术负责人钱骥找我,说热控系统能不能少耗电?因为卫星上的电量非常有限,主要是能保证《东方红》乐音装置的供电需求。我当时就是负责热控系统的,于是接受了钱骥同志的建议,回去认真的论证分析,采取了很多措施,利用星上各种仪器的废热,最后做到了星上热控系统的零耗电。


戚发轫(中国工程院院士,东方红一号技术负责人):我国航天事业的开创者钱学森先生最早提出第一颗卫星的任务,中国科学院赵九章同志进行了科学论证,钱骥同志进行了卫星的总体方案设计,这些老先生都去世了。还有一些搞具体工作的同志,像张翰英、刘承熙等,他们确实做出了很多努力。1 9 6 7 年毛主席批示军工系统成立18个院,于是建立了中国空间技术研究院,孙家栋同志调了过来,为了建立一个工程,需要各个专业的人,搞总体的、搞总装的、搞测试的、搞测控的、搞管理的等,组成了“十八勇士”。孙家栋作了一个比较大的决策,把一个比较复杂的、涉及面很大的卫星方案简化了。为了保证可靠,我们做了充分的地面试验,保证一次成功,这是值得我们骄傲的当时,提出在卫星上播放《东方红》乐音的时候,还没有开始文化大革命。后来文化大革命期间,这个问题确实给我们带来了巨大的政治压力,万一火箭不能加速到第一宇宙速度,卫星唱着《东方红》乐音掉到大海里去,在当时可是“弥天大罪”。因此,做这件事情是冒着极大的风险的。另外一件让我受到教育的事情:卫星在技术阵地测试完之后,是平放着的,其中蓄电池的电解液立着放是不漏的,平着放则是要漏的。最初做过试验,能够保证电解液4天不漏,可哪知到了北京,向周总理汇报后,还要等政治局讨论。我怕蓄电池不行了,向总理说只做了4天试验,没有让蓄电池生产单位做更长时间的试验。周总理批评道:你们搞总体的人就要象货郎担子、赤脚医生那样,走出大楼到部件的研制单位把你们的要求告诉人家,人家不就给你做试验了嘛。我觉得这件事情对我来讲终生难忘。


潘厚任(东方红一号卫星总体设计组副组长): 1965年10月20日-11月30日主持召开全国各有关单位参加的6 5 1会议。会上全面论证了我国第一颗人造卫星东方红一号的方案,把实现目标归结为12个字“上得去,抓得住,听得到,看得见”。这次会议是在友谊宾馆开的,很多单位都参加了,中国科学院、国防科委、总参、七机部、四机部等十几个大单位及下属有关院所,共1 2 0人参会,我们总体组的3人也都去了。一开始没想到会开那么长,也没定结束时间,白天开会,晚上计算、论证,一直开了42天,这是我开过的最长的一次会议。会议期间,何正华、胡其正和我(潘厚任)合住在一个套间内。11月中旬的一天晚上,时任卫星本体组负责人的钱骥来到我们房间,说马上要去向周(恩来)总理汇报,来不及回家换衣服,还给我们看,罩衣里面穿的薄棉衣棉花都露出来了,问我们有没有毛衣借他用一下。当时我正好有一件毛衣挂在衣柜里。在三年困难时期,这件毛衣还是在研究室里抓阄抓到毛衣票,花了差不多半个月的工资买的出口苏联不成转内销的“高级品”。没想到有幸为钱骥同志救了急。第二天一早,钱骥同志来还毛衣,说:“昨晚临时去向总理汇报,因没有充分准备,很是紧张。在汇报前总理拿了名单认人。见到我时,总理一语双关地说,你也姓钱啊,看来我们搞原子弹、导弹和人造卫星都离不开‘钱’啊。”钱骥又说:“总理这么一说,逗得大家大笑,我也就不紧张了。”


9.东方红一号发射的重大意义

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准备发射东方红一号卫星的长征一号火箭


当中国人在西北大漠里竖起第一座发射架时,西方一些发达国家认为那是开玩笑;当中国人用运行速度只有每秒几十万次的老式计算机编制卫星轨道程序时,洋专家又断言:不可能!但是,中国人就是将“不可能”变成了“可能”。


东方红一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:中国的社会主义制度具有集中力量办大事的优势;航天事业的发展可以带动了中国科技水平的整体跃升;切合实际制定科学合理的方案能使我们的努力能够成功;不等条件,创造条件,立足自己,自主创新,一定能开辟高科技的新天地。


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。东方红一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一号卫星、长征一号火箭的同时,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。


东方红一号卫星的升空,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。


研制和发射东方红一号卫星,是以毛泽东同志为核心的党的第一代领导集体做出的伟大决策,是广大航天科技工作者自力更生、奋发图强的豪迈壮举。东方红一号卫星发射成功,打破了超级大国对航天尖端技术的垄断,显示了中国人民不畏艰险、勇攀高峰的坚强决心和伟大力量,进一步奠定了中国在国际上的大国地位。在东方红一号卫星研制和发射过程中形成的“两弹一星”精神,是中华民族的宝贵财富,也是全国各族人民在现代化道路上奋勇开拓的力量源泉。


(作者:庞之浩)
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