航天日,看中國五十年璀璨「星」光

◎ 科技日報記者 付毅飛

今天是第五個「中國航天日」。回望50年前，即1970年4月24日，我國自主研製並成功發射了第一顆人造地球衛星——「東方紅一號」，由此成為世界上第五個自行研製和發射人造衛星的國家。

半個世紀以來，中國航天事業闊步前行。據統計，截至2019年，我國共發射各類太空飛行器500多個，在軌運行的超過300個。諸多空間技術成果為推動國防現代化建設、國民經濟發展和科技進步做出了重大貢獻。

2020年「中國航天日」宣傳海報

當前，中國的人造衛星隊伍正在不斷壯大，在這個特殊的日子裡，讓我們跟隨專家回望中國衛星50年發展歷程。

技術儲備，為航天發展奠定基礎

中國航天科技集團五院（以下簡稱五院）總體部宇航協外任務領域總設計師範含林介紹，「東方紅一號」的研製工作最早啟動於1958年，由此開始，我國衛星發展進入了技術準備階段。

1958年5月17日，毛澤東主席在黨的八大二次會議上宣布：「我們也要搞人造衛星！」時任國務院副總理聶榮臻馬上責成中國科學院和國防部第五研究院落實。首顆人造衛星項目被國家列為1958年頭號重點科研任務，代號「581」，錢學森受命擔任「581」項目組組長。

在當時的國際形勢下，中國想造衛星，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，研製工作一度中斷。

1965年，中央專門委員會原則批准中國科學院《關於發展我國人造衛星工作的規劃方案建議》，該報告計劃在1970年至1971年發射我國第一顆人造衛星，命名為「東方紅一號」。當年10月，全國各科研院所的頂尖科學家齊聚北京友誼賓館，全面論證了我國第一顆人造衛星的方案。經過長達42天的激烈討論，會議確定了衛星的基本方案，後來這個研製方案被凝練成12個字——「上得去、抓得住、聽得到、看得見」。

「上得去」指火箭發射成功，並把衛星送入既定軌道；「抓得住」指地面觀測站能夠對衛星進行實時跟蹤測量，並將測得的數據和信息及時反饋給指揮中心；「聽得到」是指衛星能夠在太空播放的《東方紅》樂曲並被地面收音機接收；「看得見」指在地面上能用肉眼看到衛星。為滿足研製要求，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。

「東方紅一號」的設計壽命為20天，順利升空後，各種儀器實際的工作時間均超出了設計要求。其樂音裝置和短波發射機連續工作了28天，取得了大量工程遙測參數，為後來衛星設計和研製工作提供了寶貴經驗。

毫無疑問，「東方紅一號」是中國航天史上的一座豐碑，其意義遠遠超出一顆衛星本身。範含林認為，該衛星的成功研製為後續航天發展奠定了技術基礎，探索了工藝流程，培養了人才隊伍，同時為中國航天事業探索和發展建立起了一套完整的體系。

試驗探索，多類型衛星從無到有

隨著「東方紅一號」發射升空，我國衛星事業發展進入了技術試驗階段。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩介紹，從20世紀70年代到80年代中期，我國研製並發射了首顆返回式遙感衛星、試驗性通信衛星以及數顆空間科學與技術試驗衛星。

1971年3月3日，我國成功發射「實踐一號」衛星，這是我國「實踐」系列科學探測與技術試驗衛星的首發星，它的主要任務是考驗太陽電池、鎘鎳電池、輻射式主動熱控制系統和遙測系統的長期工作可靠性。在軌運行期間，它還對空間物理環境進行了探測。

「實踐一號」衛星在空間科學和空間技術方面均做出了開創性的貢獻。它開展的高空磁場、宇宙射線和外熱流等空間物理環境參數測量，讓我國第一次直接探測到宇宙空間環境。在長達8年的在軌運行期間，「實踐一號」衛星進行的矽太陽能電池供電系統、主動式無源熱控制系統等長壽命衛星技術試驗，為我國設計和製造長壽命衛星提供了寶貴經驗。

大多數衛星發射入軌後只需在太空工作，不需要返回地面，返回式衛星卻是例外。早期由於技術限制，要利用底片才能拍攝高清晰度的照片，必須讓衛星帶同底片或者用回收筒將底片送回地面進行分析，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星。後來數據傳輸技術逐漸成熟，可以從衛星上直接傳送影像數據到地面，返回式衛星的用途也演變成開展空間試驗，並回收試驗品。

龐之浩介紹說，我國的返回式衛星研製工作始於1966年。在攻克衛星姿態控制、再入防熱、回收等技術難點後，我國於1975年11月26日發射首顆返回式衛星。衛星正常運行後，按預定計劃於12月2日成功返回地面。它標誌著我國成為世界上第三個掌握衛星回收技術的國家，在宇航技術的研究上取得新的突破。

「東方紅一號」發射後不久，我國通信部門就表達了對通信衛星的迫切需求，希望改變我國通信技術落後的狀況。1970年6月，五院組織隊伍開始了通信衛星新技術的研究。經過幾年探索，我國確定選用地球靜止軌道試驗通信衛星方案。

東方紅二號

1984年4月8日， 搭載2臺C頻段轉發器的試驗通信衛星「東方紅二號」成功發射，邁出了中國通信衛星的第一步，開始了用我國自主研發通信衛星進行電視廣播信號傳輸的歷史。此後我國又發射多顆採用「東方紅二號」小容量自旋穩定平臺的通信衛星，大大改變了當時我國邊遠地區收視難、通信難的狀況。

範含林表示，這些衛星的研製與發射，實現了我國相關類型衛星從無到有的跨越。

全面發展，衛星應用百花齊放

20世紀80年代後期，我國衛星發展從技術試驗轉向工程應用階段。

幾年間，五院研製的「風雲一號」太陽同步軌道氣象衛星和「東方紅二號」甲實用通信衛星相繼成功發射，實現了我國衛星應用領域拓展和實用化水平躍升的開門紅；「資源一號」衛星開啟了傳輸型遙感衛星的新時代；「實踐四號」衛星正式拉開了我國以小衛星平臺開展空間科學試驗的序幕。

隨著我國衛星通信事業迅速發展，基於「東方紅二號」平臺的通信衛星已不能滿足需要。1986年，我國正式啟動第二代通信衛星——「東方紅三號」的研製工作。

龐之浩介紹，1997年5月12日，「東方紅三號」衛星成功發射，它裝載了24臺C頻段轉發器，採用了許多當時的前沿技術，使中國通信衛星水平一下跨越了20年。該衛星不僅解決了國民經濟發展對衛星通信服務的迫切需求，樹立起當時我國衛星水平的標杆，還帶動了「天鏈」等多型通信衛星的蓬勃發展。

至1999年，我國不僅在科學實驗衛星、返回式遙感衛星、地球靜止軌道通信衛星、太陽同步軌道氣象衛星等應用衛星領域邁向全面應用，還成功發射並回收了「神舟一號」試驗飛船，在若干重要的衛星技術領域達到較高水平，為我國空間技術躋身世界先進行列奠定了基礎。

進入21世紀，我國載人航天、北鬥、探月等重大工程相繼實施，範含林認為，中國衛星技術已進入全面發展階段。

來源：中國航天科技集團

如今，我國空間技術繼續高歌猛進。

在重大工程方面，載人航天工程即將進入空間站任務飛行階段，北鬥全球衛星導航系統即將完成組網，「嫦娥五號」探測器即將實施月球採樣返回任務。在通信衛星領域，「東方紅五號」衛星平臺首發星已成功定點，該平臺將帶動我國大型衛星公用平臺升級換代，能力跨越式提升。在遙感衛星領域，「高分」系列衛星相繼發射，推動我國空間解析度邁進亞米級時代；「風雲」「海洋」系列衛星均有多星在軌運行，技術指標達到世界先進水平，此外，近年來「悟空」暗物質粒子探測衛星、「墨子號」量子科學實驗衛星、「慧眼」硬X射線調製望遠鏡、「太極一號」空間引力波探測技術實驗衛星等「科學新星」冉冉升起，將為科學界仰望星空、探索宇宙發揮重要作用。

延伸閱讀：冉冉升起的「科學新星」

中國的衛星事業從無到有，從弱到強，「東方紅一號」播下的種子，已經長成了枝繁葉茂的大樹。在太空中，中國在軌工作的衛星已經達到近300多顆。一批冉冉升起的「新星」為科學界仰望星空、探索宇宙發揮了重要作用。

「悟空」：撥開暗物質的「烏雲」

2015年12月17日，我國在酒泉衛星發射中心用長徵二號丁運載火箭成功將暗物質粒子探測衛星「悟空」發射升空，它是中國科學院空間科學戰略性先導科技專項中首批立項研製的4顆科學實驗衛星之一。這標誌著我國空間科學探測研究邁出了重要一步。

來源：中科院國家空間科學中心官網

「悟空」是一個高解析度高能空間望遠鏡，它的身材比一般的衛星小巧，「三圍」分別為1.5米、1.5米、1.2米，像盒銀白色的方形蛋糕，「悟空」在太空中接收來自宇宙的高能原子核、電子和伽馬射線的信號，它是世界上迄今為止觀測能段範圍最寬、能量解析度最優的空間探測器。其觀測能段是阿爾法磁譜儀的10倍，能量解析度比國際同類探測器高3倍以上，而費用只有1億美元，分別是美國費米、AMS-02的1/7和1/20。

「悟空」利用塑閃陣列探測器、矽陣列探測器和中子探測器，探測高能伽馬射線、電子和宇宙射線，並通過其能譜、空間分布來尋找暗物質粒子存在的證據。

「墨子號」：樹起量子通信中國標杆

「墨子號」量子科學實驗衛星於2016年8月16日成功發射升空。中國量子衛星首席科學家潘建偉院士介紹，如果說地面量子通信構建了一張連接每個城市、每個信息傳輸點的「網」，那麼量子科學實驗衛星就像一桿將這張網射向太空的「標槍」。當這張縱橫寰宇的量子通信「天地網」織就，海量信息將在其中來去如影，並且「無條件」安全。

「墨子號」量子密鑰分發示意圖

2017年1月18日，「墨子號」完成4個月的在軌測試任務，正式開展科學實驗。2017年6月、8月，「墨子號」衛星先後在國際上首次成功實現千公裡級衛星和地面之間的量子糾纏分發、量子密鑰分發和量子隱形傳態。

「墨子號」量子衛星圓滿實現預定的全部三大科學目標，為我國在未來繼續引領世界量子通信技術發展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了堅實的科學與技術基礎。

「慧眼」：洞見驚心動魄的宇宙

2017年6月15日，硬X射線調製望遠鏡衛星「慧眼」發射成功，它是中國第一個空間天文衛星，既是可以實現寬波段、大視場X射線巡天，又能夠研究黑洞、中子星等高能天體的短時標光變和寬波段能譜的空間X射線天文望遠鏡，同時也是具有高靈敏度的伽馬射線暴全天監視儀。

中國航天科技集團五院供圖

2017年10月16日，雙中子星併合產生引力波（GW170817）聯合觀測成果全球發布，在該歷史性事件的全球聯測中，「慧眼」衛星對其高能電磁輻射對應體進行了監測，確定了伽馬射線的流量上限。

在軌運行兩年多，「慧眼」已經得到了關於黑洞、中子星、伽馬射線暴乃至引力波暴等的海量觀測數據。

硬X射線調製望遠鏡衛星「慧眼」填補了中國空間X射線探測衛星的空白，實現了中國在空間高能天體物理領域由地面觀測向天地聯合觀測的跨越。

「太極一號」：諦聽「時空漣漪」

倘以水面比喻時空，引力波就是引力在時空間留下的漣漪，它為人類探索宇宙奧秘打開了有別於電磁波的全新窗口。

中國科學院供圖

2019年8月31日「太極一號」成功發射，這是中國首顆空間引力波探測技術實驗衛星。2019年9月20日，「太極一號」順利完成第一階段在軌測試任務，這意味著搭載在該衛星的核心測量設備引力參考傳感器成功實現在軌應用，為中國開展空間引力波探測奠定了堅實基礎。

「太極一號」實現了中國迄今為止最高精度的空間雷射幹涉測量，成功進行了中國首次在軌無拖曳控制技術試驗，並在國際上首次實現了微牛級射頻離子和雙模霍爾電推進技術的在軌驗證。

「太極一號」在第一階段在軌測試的基礎上，通過系統的在軌實驗，完成了射頻離子和霍爾雙模兩種類型電微推技術的全部性能驗證，這在國際上是首次實現；部分核心載荷性能實測指標超過設計指標一個量級，達到了中國最高水平，驗證了空間引力波探測關鍵技術路線。