通天蓋地45年——中國衛星通信事業發展的偉大徵程

今天是太空與您相伴的【第936期】

2020年11月12日23時59分，我國在西昌衛星發射中心用長徵三號乙運載火箭成功發射天通一號02星。天通一號02星是我國天通一號衛星移動通信系統的第二顆衛星，基於東方紅四號平臺，主要為我國周邊海域提供穩定、可靠的衛星移動通信服務。

天通一號02星成功發射

穿越時空的長廊，對於全人類來說，衛星通信是從科幻走向現實的絕妙構想；對於中國人來說，衛星通信是從無到有，從追趕到領先的偉大曆程。回望我國衛星通信事業發展的徵程，從「331工程」立項到今天，中國衛星通信事業「通天蓋地」的歷程已經走過45年。這45年，是一部敢於在一窮二白中戰天鬥地的波瀾壯闊鬥爭史，是一部凝聚意志、敢於較真碰硬的尖端科技攀登史，更是一部中國航天人「特別能吃苦、特別能戰鬥、特別能攻關、特別能奉獻」的精神史詩。

01

衛星通信：從科幻走向現實——人類遠距離通信方式的絕妙構想

時光回溯到1945年，英國。當時，一位年僅28歲的英軍空軍雷達技術人員，在期刊《無線電世界》上發表了一篇具有歷史意義的科學設想論文：《地球外的中繼——衛星能給出全球範圍的無線電覆蓋嗎？》（Extra-Terrestrial Relays，Can Rocket Stations Give World-wide Coverage?）

文中，作者首先從當時的通信情況出發，分析了實現全球範圍的全天候通信和電視廣播的必要性，繼而首先提出了衛星通信的可行性：如果人工發射衛星到地球軌道上，就可以將它作為接收和反射地面信號的中間站，實現將廣播和電視信號遠距離通信和跨海通信的能力。為此他建議採用三顆相互等距離間隔的同步衛星，組成除兩極以外的全球通信網，並提出了可以利用衛星同時向幾個地區轉播廣播節目的設想。這篇論文首次用清晰的術語解釋同步衛星系統在通信中的運用，在當時的學術領域引起過不小的反響。他對衛星通訊的描寫與實際發展驚人的一致，幾十年後，這位全球衛星通信理論的奠定人，成了當今最著名的太空題材科幻作家。他便是科幻大師阿瑟·克拉克（1917—2008），地球同步衛星軌道因此被命名為「克拉克軌道」。

全球衛星通信理論的奠定人——阿瑟·克拉克

1961年7月10日，美國發射了第一顆商業通信衛星「電星1號」。它成功地進行了橫跨大西洋的美國與英法兩國的首次電視中繼轉播、照片傳真和電話通信試驗，驗證了阿瑟克拉克的絕妙構想，衛星通信這種遠距離通信方式開始大範圍進入人類社會生活各個方面。

02

中國衛星通信事業的偉大起步——代號「331工程」

我國為什麼一定要發展衛星通信事業呢？我們這樣一個國土廣袤、地形複雜的國家，對於通信衛星的急切需求是天然存在的。我國邊疆、海島、山區、沙漠、森林等地區的通信，無論用什麼樣的傳統手段，通信質量和成本都是難以控制的。相較地面明線、海底電纜、光纜、中長短波、微波中繼等通信方式，衛星通信容量大，信號質量好，不受地形限制，成本還相對低廉，具有明顯的優勢，是解決這些地區通信問題的重大基礎設施。

早在第一顆人造衛星東方紅一號發射成功後，我國就已經提出了利用衛星進行通信的要求，衛星研製部門也展開了相應的預先研究。1974年5月19日，一封信遞到了周恩來總理的面前，信中詳細闡述了中國發展通信衛星的重要意義，建議由國家統一組織安排中國的通信衛星研製問題。周總理迅速作出批示：「請計委、國防科委儘快將衛星通信的製造、協作和使用方針定下來，然後再按計劃分工做出規劃，督促進行。」

「5·19」批示後，圍繞中國衛星通信的相關工作開始迅速開展。1975年3月31日，中央軍委召開第八次常委會，會上批准了國家計委和國防科委上報的《關於發展中國通信衛星問題的報告》，並呈報毛主席批准。至此，中國發展通信衛星這一工程終於落地，由於報告被籤署的日期是3月31日，因此，「331工程」也就成了中國通信衛星工程的代號。

毛主席親自批准了《關於發展我國通信衛星問題的報告》

就這樣，331工程立項了，衛星、運載火箭、發射場、測控、地面通信站五大系統的建設全面起步。同步通信衛星要上到36000公裡高度的赤道上空去，這是個對中國人、中國衛星來說從來沒有到過的高度，雄關漫道，路遠且阻，這必然是一個偉大的徵程。

03

開創「通天蓋地」歷史的「東方紅二號」衛星：中國第一代通信衛星

從1975年3月，我國通信衛星研製經歷了三大階段：至1977年3月為方案初步研製階段；1977年3月至1979年11月為初樣研製階段；1979年11月至1984年4月為正樣衛星研製和發射階段。

1984年1月29日，我國利用長徵三號火箭發射了一顆通信衛星試驗星，可惜的是，衛星並沒有進入預訂軌道。但這次任務驗證了衛星變軌飛行、姿態控制、軌道控制和精度控制系統可靠性，證明東方紅二號通信衛星設計理念的正確性，並驗證了各設計數據。

1984年4月8日，我國在西昌衛星發射中心由長徵三號火箭成功發射了第一顆靜止軌道試驗通信衛星——東方紅二號，使中國成為世界上第五個自行發射地球靜止軌道通信衛星的國家。東方紅二號衛星由中國空間技術研究院研製，主體為圓柱形，高3.6米，直徑2.1米，起飛重量達900千克（有效載荷為461千克）。星上有2個C波段覆球波束天線，還有遙控全向天線和遙測全向天線，衛星平臺採取了經過在軌飛行驗證的雙自旋穩定方式，保證射頻功率16W的覆球波束通信天線始終保持對地定向，可在每天24小時內進行全天候通信，包括電話、電視和廣播等各項通信試驗，開始了用我國自己的通信衛星進行衛星通信的歷史，邁出了中國通信衛星的第一步。

東方紅二號甲實用通信廣播衛星

該衛星能覆蓋中國全境及周圍一些地區，其設計壽命為4.5年。通過東方紅二號，一舉實現了覆蓋全國的信號傳輸，解決了軍用遠距離通信和遠洋船隻的通信問題，徹底改變了邊遠地區通信落後的狀況。

1984年4月18日，黨中央、國務院、中央軍委向全體參試人員發出賀電，對我國第一顆通信衛星發射成功表示熱烈祝賀，希望全體參試人員認真總結經驗，戒驕戒躁，再接再厲，為加速我國社會主義建設和國防現代化做出更大貢獻。當天10時，時任國防部長的張愛萍在北京指揮所通過我國第一顆通信衛星與新疆自治區第一書記王恩茂通了電話。1984年4月20日，張愛萍部長親臨原總參衛星通信地球站視察，並欣然命筆題詞：「通天蓋地」，這是對全國所有參與建設中國自主衛星通信系統的人們莫大的褒獎。

張愛萍1984年4月20日為原總參衛星通信地球站題詞

「當時，我們國家工業基礎較差，技術水平發展不高，但人們始終堅持把研製工作搞到底。」2016年夏天，北京白石橋，經歷了許多重大航天工程的戚發軔院士在回憶331工程時，仍不免有些感慨。

孫家棟是331工程第一顆地球靜止軌道試驗通信衛星東方紅二號衛星的總設計師，戚發軔是副總設計師。這顆衛星在研製之初就制定了軍民結合、綜合利用的方針，也就是說，衛星發射成功後，全國各個部門都可以使用。幹航天，就意味著手中每花出一分錢，都要以國計民生為考量。

孫家棟（左）與戚發軔（右）

1986年2月1日，在西昌衛星發射中心由長徵三號火箭發射了東方紅二號實用通信廣播衛星，和試驗衛星相比，該衛星提高了波束的等效輻射功率，使通信地球站的信號強度明顯提高，接收的電視圖像質量大為改善，傳輸質量得到改善，達到兩個頻道電視轉播和1000路電話傳輸能力，衛星設計壽命3年。

1988年3月7日發射的東方紅二號A衛星是東方紅二號衛星的改型星，這是我國首次研製成功的實用通信廣播衛星，該星有4個C波段轉發器，可以傳輸4路彩色電視信號和3000路的電話傳輸能力。通過東方紅二號A衛星，全國有幾億人通過數千個地面接收站收看電視節目，大大改善了我國的通信和廣播電視傳輸條件。東方紅二號A衛星採用拋物面通信天線，置於星體上部，採取機械消旋裝置，以保持通信衛星天線始終定向地球，表面貼有近2萬片太陽能電池片以提供衛星工作的電源。

1988年12月22日、1990年2月4日又成功發射了兩顆東方紅二號甲通信衛星，但是第四顆星由於運載火箭第三級故障而未能進入預定軌道。至此，全部五顆東方紅二號通信衛星發射完畢，解決了中國通信衛星「有」與「無」的問題。但是這代衛星是試驗性質的通信衛星，因此，在轉發器數量、轉發能力、使用工作壽命等方面，與國外差距較大。同時期國外的通信衛星，已經達到了24個轉發器的載荷能力，使用壽命都超過了10年。

04

東方紅三號：中國衛星通信跨越發展的中堅型號，衛星進入平臺化實踐

進入80年代，在美國「星球大戰」背景下，世界主要強國在太空領域的角逐日益白熱化。自1986年2月中國第一顆實用通信廣播衛星發射成功以來，我國共成功發射了5顆通信衛星，共14個轉發器。到90年代初期，這5顆衛星的壽命全部到期，為了保證國內的通信和電視傳輸，只得租用和購買外國的衛星應急。與此同時，同期國外衛星通信事業發展迅速，最先進的通信衛星的容量在80年代中期已達到24個轉發器，工作壽命長達8年以上，而我國的東方紅二號甲衛星上只有4個轉發器。研製中容量通信衛星東方紅三號，是中國通信衛星發展的必然選擇。

1986年3月31日，在經歷了決定通信衛星發展方向和前途命運的「買星還是造星」之爭後，國務院正式批准了航天部關於研製東方紅三號衛星的方案，我國正式啟動第二代通信衛星——東方紅三號的研製工作。

東方紅三號通信衛星

截止到1988年全世界已發射近900顆通信衛星，其中200多顆是民用地球靜止軌道衛星，而屬於中國的，僅有5顆。經過中國航天人8年的拼搏奮戰，人們期盼已久的大容量、長壽命東方紅三號通信衛星終於在1994年9月15日踏上了去西昌衛星發射中心的徵程，並於11月30日順利升空。衛星經過多次成功的變軌飛行後進入36000公裡的地球同步軌道後，由於洩漏造成燃料耗盡，未能成功定點。

衛星專家和設計師們用了整整兩年時間對故障進行了認真的分析和模擬仿真試驗，確定了故障發生的原因和部位，採取了各項措施，進行了徹底的改進，更換了不可靠的部件和器件，進行了全星熱試車考核。為進一步提高衛星的可靠性，還根據其他型號所反饋的質量信息，舉一反三開展全面的質量複查，杜絕一切隱患，確保衛星質量。第二顆星於1996年11月出廠，在西昌衛星發射中心完成了多次技術區、發射區的各種檢測，於1997年5月12日發射升空，並於5月20日定點成功。東方紅三號裝載了24臺C頻段轉發器，採用了許多當時的新技術，使中國通信衛星水平一下子跨越了20年。

該星比東方紅二號甲衛星有了新的技術躍進，採用三軸穩定方式，裝有24個C頻段轉發器，衛星設計工作壽命8年以上。東方紅三號通信廣播衛星已納入中國衛星通信業務系統，主要用於電話、數據傳輸、電視傳輸等。該星的發射成功和投入使用，極大地緩解了國內通信衛星市場轉發器短缺的矛盾，僅公眾通信一項，每年就可以節省數千萬美元。東方紅三號衛星是我國新研製的一種中容量通信衛星，採用全三軸姿態穩定技術、雙組元統一推進技術、碳纖維複合材料結構等先進技術,是中國當時發射的通信衛星中，性能最先進、技術最複雜、難度最大的衛星，達到了國際同類衛星的先進水平。東方紅三號衛星改善了我國的國際通信以及西部邊遠山區的通信狀況。同時，科研人員探索通信衛星的平臺化發展之路，東方紅三號的服務艙部分設計成公用平臺，加上不同的有效載荷即可組成各類功能的衛星。

東方紅三號衛星在軌運行期間，設計人員一直對其精心「呵護」，日夜監視著衛星的電源切換，收集數據，隨時排除異常狀況，使衛星經受住了太陽風暴、流星雨、黑子大爆發等惡劣空間環境的嚴峻考驗，保證了衛星的正常運行；同時積累了大量的衛星運行經驗，為後續星的改進設計、提高衛星的可靠性打下了堅實基礎。2000年先後發射的中星22號、鑫諾三號、嫦娥一號、北鬥導航衛星等都採用了東方紅三號衛星平臺，至今均保持著良好的工作狀態，證明東方紅三號衛星平臺已經成熟，適用於各種用途的通信衛星，具有廣闊的應用前景。該衛星項目還獲得了國際科技進步一等獎。

東方紅三號衛星是我國自行研製的新一代通信衛星，衛星設計瞄準了當時（20世紀80年代）的國際先進水平，東方紅三號通信衛星的研製、發射成功和定點成功，標誌著我國通信衛星技術跨上了一個新臺階。對於緩解我國當時衛星通信資源的緊張狀況，促進我國衛星通信事業的發展，提高我國在國際航天領域的威望，鞏固我國在國際航天發射市場的地位都有十分重要的意義。衛星上所採用的許多先進技術和主要成果，為今後研製更先進、更大容量的通信衛星奠定了技術基礎。

05

東方紅四號：中國衛星通信走向國際商業航天

為加快我國自主研製通信衛星的市場競爭力，1998年新的國防科工委成立，即加緊開展新一代大型靜止軌道衛星公用平臺論證工作，在「九五」期間重點開展了大型地球靜止軌道衛星公用平臺（東方紅四號衛星平臺）的技術開發工作，並取得了突破性進展。用了一年的時間，於2001年1月完成了預發展階段任務，通過了國防科工委組織的專家評審，2001年10月國家正式批准東方紅四號衛星平臺立項，2002年1月通過了轉初樣設計評審，正式轉入初樣研製階段。2002年5月與鑫諾衛星公司籤署了鑫諾二號（SINOSAT-2）衛星採購訂貨合同。鑫諾二號衛星的主要服務對象是我國大陸、港澳臺地區的通信廣播用戶。該衛星使用我國正在研製的新一代大型靜止軌道衛星公用平臺，即東方紅四號衛星平臺，裝載22路Ku頻段大功率轉發器，設計壽命15年，使用長徵三號乙（CZ-3B）運載火箭由西昌衛星發射中心發射，整星指標和能力達到國際先進水平。

東方紅四號通信衛星

東方紅四號衛星平臺在東方紅三號衛星平臺的實踐基礎上更進一步，採用公用平臺設計理念，堅持通用性、繼承性、擴展性和先進性的原則，平臺的性能與國際上同類衛星先進平臺水平相當，設計壽命15年，適用於大容量通信廣播衛星、大型直播衛星、移動通信、遠程教育和醫療等公益衛星以及中繼衛星等地球靜止軌道衛星通信任務。東方紅四號衛星平臺的研發成功將使我國通信廣播衛星達到20世紀九十年代末國際通信廣播衛星水平，實現跨越式發展奠定了基礎。

在突破了衛星總體設計優化、大型中心承力筒、大容量貯箱、衛星電源及控制技術、衛星可靠性、星上綜合數據管理、大功率衛星熱控、大型靜止軌道衛星公用平臺高壓氣瓶研製等12項關鍵技術後，東方紅四號衛星公用平臺於2001年10月正式轉入工程研製階段。與1997年5月發射的東方紅三號通信衛星相比，東方紅四號衛星平臺能力大幅度提高，整星功率從1.7千瓦增加到10.5千瓦，為有效載荷提供的重量由220千克增加到600千克，衛星設計壽命由8年增加到15年，衛星起飛重量由2320千克提高到5100千克，衛星用推進劑充填量由1335千克提高到3100千克。

鑫諾二號衛星是東方紅四號大平臺的首發星，星上配置了22路Ku轉發器，載荷重量430Kg，整星重量5100Kg，整星功率7.6KW。將向中國大陸和港澳臺地區提供廣播電視直播業務，對滿足國民經濟發展和提升國際競爭力具有重要意義。

在東方紅四號衛星平臺基礎上，中國與奈及利亞籤署了「奈及利亞通信衛星一號」衛星整星出口項目。尼星一號項目是中國長城工業總公司在2004年通過國際公開競標獲得的第一個商業衛星在軌交付項目，也是中國研製的東方紅四號衛星平臺首次出口。尼星一號於2007年5月14日由長三乙運載火箭在西昌衛星發射中心發射升空，7月6日向奈及利亞宇航局進行在軌交付，衛星向非洲地區提供電視轉播和通信業務服務。

2005年11月2日中國長城工業總公司還與委內瑞拉科技部在委內瑞拉首都加拉加斯的總統府內籤署了「委內瑞拉衛星一號」通信衛星(簡稱「委星一號」)項目合同。這顆委星一號與上述的尼星一號等10個在研和待立項出口型號，這標誌著我國民用航天正全面進入國際市場。

利用東方紅三號、四號平臺，我國還先後研製、發射了兩代數據中繼衛星（新「天路」通啦！天鏈二號（01）星近日調試成功，我國第二代中繼衛星系統上線運行「天鏈」系列）、首顆移動通信衛星（天通一號01星）、首顆高通量衛星和首顆電視直播衛星，以及北鬥導航衛星和嫦娥一號、二號月球探測器。

此次發射成功的天通一號02星，同樣是基於東方紅四號平臺的國產移動通信衛星。

06

東方紅五號：面向未來的大型衛星公用平臺

2020年1月5日，我國研製的發射重量最重、技術含量最高的高軌衛星——實踐二十號衛星，經歷七次軌道機動後，在36000公裡高度的地球同步軌道成功定點，定點於東經105.5°，這標誌著東方紅五號衛星公用平臺首飛成功。

東方紅五號衛星平臺

東方紅五號衛星平臺是我國自主開發的新一代大型地球同步軌道衛星平臺，技術指標國際領先，具有「高承載、高功率、高熱耗、高控制精度」的特點，主要滿足未來5至15年內通信、微波遙感和光學遙感等載荷對衛星平臺的需求。

東方紅五號衛星平臺

為充分適應多種載荷及擴展需求，實踐二十號衛星放棄了傳統的承力筒式結構，創新採用桁架結構技術，有效提昇平臺的承載能力（承載能力越大，平臺及衛星性能越強）和適應性（可滿足不同功能衛星，比如高軌通信、微波遙感、光學遙感、空間科學探測、科學試驗、在軌服務等），可滿足更大載荷的需求以及與不同功能衛星的適應性。

展望「十四五」

天地一體化+通導遙一體化的空間基礎設施融合發展

進入新時代，以通信衛星、導航衛星、遙感衛星為主體的信息系統被普遍稱為「空間基礎設施」。全球範圍內，空間基礎設施已進入體系化發展和全球化服務的新階段。

「通天蓋地」45年，我國衛星通信事業已基本建成完整配套的工業體系，通信衛星研製與發射能力步入世界先進行列，固定通信廣播等衛星通信基本保障體系已建成，衛星應用成為國家創新管理、保護資源環境、 提升減災能力、提供普遍信息服務以及培育新興產業不可或缺的手段。

「十四五」期間，我國衛星通信事業將更加堅定地堅持統籌需求和能力、建設和應用、技術和產業、當前和長遠發展，建立一星多用、多星組網、多網協同、數據集成服務的相關機制，充分利用國內外資源，優先滿足戰略性和共性需求，合理滿足先導性和專用需求，鞏固加強骨幹衛星業務系統，按需發展新型業務系統，大力推進業務化應用。堅持天地一體化發展，空間系統與地面系統同步規劃、同步研發、同步建設、同步使用，優化衛星載荷配置與星座組網，合理布局地面系統站網與數據中心，加強應用支撐服務能力和業務應用能力建設，提升系統整體效能。

「十四五」期間，我國要建成技術先進、全球覆蓋、高效運行的衛星通信系統基礎設施體系，業務化、市場化、產業化發展達到國際先進水平。創新驅動、需求牽引、市場配置的持續發展機制不斷完善，有力支撐經濟社會發展，有效參與國際化發展。

崢嶸歲月。穿過歷史的滾滾烽煙，航天先輩們篳路藍縷，從無到有開創了我國自主衛星通信事業，從此信息天塹變通途，天涯海角若比鄰。

紅旗漫捲。接過傳承的宏圖偉業，航天人英姿勃發，繼續保持攻堅克難、敢打必勝的信念，向著全時、全域、全場景覆蓋融合服務的「聯天通地」目標堅定前行。