在轨飞行五十载 开启航天新纪元 东方红一号飞天记

作者 : 前沿资讯 本文共5534个字,预计阅读时间需要14分钟 发布时间: 2020-04-24 共42人阅读

  从首颗人造卫星到一箭三星,从无人试验飞船到航天员太空出舱,从探测器绕月飞行到月球背面软着陆……中国航天事业正大步迈向国际最前沿。2020 年,北斗三号有望实现全球组网、火星探测提上日程,中国人认识和探索太空之旅正积蓄力量,向更高目标挺进。

在轨飞行五十载 开启航天新纪元 东方红一号飞天记

图为 1970 年初,科研人员在厂房内测试东方红一号卫星。国家航天局供图

  1970 年 4 月 24 日,中国首枚运载火箭长征一号搭载着中国首颗人造地球卫星东方红一号成功发射,中国航天史迎来又一个里程碑,而这也是中国航天日的由来。今天,在第五个中国航天日到来之际,让我们重温东方红一号研制升空的历史,回顾中国航天事业从无到有、从小到大的发展历程,铭记和弘扬历久弥新的航天精神。

  ——编者

  4 月 24 日,第五个中国航天日。这一天,也正是我国第一颗人造地球卫星东方红一号进入太空整整 50 周年。

  1970 年 4 月 24 日,在酒泉卫星发射中心,随着我国第一枚运载火箭长征一号发出轰鸣,东方红一号卫星飞向广袤无垠的太空。中国从此成为世界上第五个自行研制和发射人造卫星的国家,中国人自此叩开了通往浩瀚宇宙的大门。

  时至今日,东方红一号卫星仍在围绕地球飞行。在天气晴好的日子,许多天文爱好者还会拍摄这颗卫星经过祖国上空的照片。这些照片所承载的,是一段刻骨铭心而历久弥新的故事。

  集中科研力量

  登上航天舞台

  1958 年 5 月,在党的八大二次会议上,毛泽东主席发出了“我们也要搞人造卫星”的号召。

  “这个号召宣告了中华民族有信心、有勇气登上空间活动的舞台。”时任东方红一号卫星总体设计组副组长潘厚任回忆道。

  1967 年,我国将第一颗卫星命名为东方红一号,将第一枚运载火箭定名为长征一号。东方红一号卫星属于科学探测性质的试验卫星,外形为近似球体的 72 面体,直径为 1 米,重 150 公斤,计划在 1970 年左右发射。这颗卫星的任务,是为中国今后发展对地观测、通信广播、气象预报等各类应用卫星奠定技术和实践的基础。

  1968 年 2 月 20 日,中国空间技术研究院正式宣告成立,钱学森兼任院长,东方红一号卫星便由中国空间技术研究院负责研制。

  发射人造地球卫星是一项庞大而复杂的系统工程,涉及研制、生产、发射、测控在内的众多领域。“现在看简单,但那个年代的工业水平、科技水平都有差距。”受命领衔研制卫星的孙家栋这样形容。

  随着设计方案的不断修改,东方红一号卫星的重量从起初的 150 公斤增加到 173 公斤,远超世界前 4 颗卫星的总和。要把这么重的卫星送入太空,难度可想而知。时任东方红一号卫星技术负责人之一的戚发轫说,卫星还必须达到国家提出的 4 项技术要求,即“上得去、抓得住、听得着、看得见”。

  为了完成这项艰巨的任务,科研人员开始了追逐梦想的艰难探索。

  克服重重困难

  完成四大目标

  “上得去、抓得住、听得着、看得见”,寥寥 12 字概括了东方红一号卫星的总体技术方案和目标,也概括了技术的难度。

  首先考虑的,是能否“上得去”。按照计划,东方红一号卫星要在近地点 400 多千米、远地点 2300 多千米的椭圆轨道上运行。想把卫星准确送入轨道,负责搭载卫星的运载火箭必须拥有强大的推进能力。

  专家们提出了一个“两结合”方案:用中远程导弹作为第一级和第二级,利用探空火箭技术研制第三级。通过这三级的连续传递,将卫星送入预定轨道。在时任火箭技术负责人任新民的带领下,运载火箭正式进入研制阶段,最终实现了导弹技术和探空火箭技术的完美结合,解决了“上得去”的难题,也让“运载火箭的能力有多大,航天的舞台就有多大”这句话广为流传。

  想在地面上“抓得住”卫星,就要时刻掌握卫星在太空中的位置,这需要计算出卫星与地面的距离。对比几种方案后,专家们决定利用多普勒原理——根据无线电波频率的变化测出速度,进而测出距离。而这个解决方案却需要一个特殊的方程式,这对当时的中国科学家来说是一道难题。

  对此,东方红一号卫星研制人员转变设计思路,重建卫星测轨方程式,破解了卫星测轨方程式的谜题,最终使卫星在太空中的位置可以被随时监测到。

  接下来,人们将目光集中在了“听得着”和“看得见”。

  要让卫星在太空奏响《东方红》乐曲,这在当时具有很高难度。研制人员以高稳定度的 6 个音源振荡器代替“音键”,用程控线路产生的节拍来控制发音,经过上百次试验,终于确保东方红一号奏出了《东方红》。

  东方红一号卫星总体组成员胡其正提及,要让普通收音机接收到卫星传来的乐曲,大家提出了“接力”的办法。“我们在地面上直接听不到东方红一号卫星播放的乐曲,需要通过卫星的天线发送、地面站的接收,再由电台转播。”戚发轫回忆。

  最后一道难关就是“看得见”。要想用肉眼就能看到太空中运行的卫星,它的亮度必须要从七等星上升到四等星。不仅如此,由于东方红一号卫星的直径仅有 1 米,也让“看得见”更加困难。最终,研制人员从折叠伞收缩打开的特点中找到灵感,决定在运载火箭的第三级上安装一个由高反光亮度的材料制成的、可以在太空中撑开的“观测体”。由于这个“观测体”体积巨大,反光亮度极高,人们就可以直接观察到。

  解决世界难题

  创造崭新纪录

  登天之路还有一个绕不开的问题,那就是卫星必须经受住太空极端温度变化的考验。

  太空中,卫星向阳一面温度可高达 100 多摄氏度,背阳一面的温度则能降到零下 100 多摄氏度,如何让卫星在太空中保持正常“体温”,是世界公认的难题。

  技术人员研制出了一套完整的温控系统来平衡卫星内部的温度,但系统正常运转需要耗费大量的电力,而卫星携带的电量很有限。最后,科研人员想出了一个温控系统零耗电方案:利用其他仪器在工作时产生的热量,帮助卫星控制温度,巧妙解决了耗电大的难题。

  克服种种困难,卫星和运载火箭的研制顺利完成。

  经过 4 天 4 夜的旅程,1970 年 2 月,东方红一号卫星和长征一号运载火箭被运往酒泉卫星发射中心。

  1970 年 4 月 24 日当天,发射进入负 8 小时倒计时,“测控信号不稳定”这个突如其来的消息,又让现场的技术人员紧张起来。

  干扰信号究竟来自哪里?人们将问题源头锁定在卫星与火箭的连接处。为了温控要求,火箭和卫星连接处有一个镀铝的薄膜包着仪器,由于没有固定好而产生了晃动,导致信号不稳。经过固定,问题得以解决。此时,天空中的乌云也消失不见,阳光照在运载火箭的身躯上,腾飞的一刻终于到来。

  准确进入预定地球轨道的东方红一号卫星在轨运行了 24 天,不仅顺利通过了太空极端环境的考验,也圆满实现了“上得去、抓得住、听得着、看得见”的要求。由于东方红一号重量超过了此前 4 个国家首颗卫星的重量总和,也创造了人类航天史上的新纪录。

  “通过坚持自力更生、艰苦奋斗,我们攻克了一个个不可能,终于将东方红一号卫星成功送上太空。”戚发轫说。

  东方红一号卫星的成功发射,是 20 世纪震撼世界的重大事件,它宣告着一个东方航天大国的崛起。东方红一号卫星也与核弹、导弹一起,被誉为“两弹一星”,成为中华民族科技强国战略的重要标志,载入了中华民族伟大复兴的史册。


  让人热泪盈眶!20 张老照片回顾东方红一号研制岁月

  作者过客

  出品网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163)

在轨飞行五十载 开启航天新纪元 东方红一号飞天记

  ▲ 1970 年 4 月 24 日,我国自行研制的第一颗人造卫星——东方红一号成功入轨,遨游天际。雄壮的《东方红》乐曲通过广播电台的电波响彻神州大地,中国成为世界上第五个发射卫星的国家。中国航天日到来之际,让我们通过 20 余张经典老照片,回顾东方红一号从设计到发射的难忘岁月。

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  ▲ 设计:东方红一号卫星外形为近拟球体的 72 面体,直径约 1 米,质量为 173 千克,采用自旋稳定姿态,转速为 120 转/分,利用太阳角计和红外地平仪测定姿态。

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  ▲ 1957 年 10 月 4 日和 1958 年 1 月 31 日,苏联与美国先后发射了自己的卫星。1958 年 5 月 17 日,毛泽东主席发话:“我们也要搞人造卫星。我们要抛就抛两万千克的。也许要从较小的抛起,但像美国那样只有鸡蛋大的,我们不抛!”

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  ▲ 1958 年 7 月-8 月间,中国科学院成立“581 组”,组织协调卫星和火箭探测任务,组长钱学森,副组长赵九章、卫一清。从此中国拉开了探索宇宙的序幕。

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  ▲ 1965 年 10 月 20 日至 11 月 30 日,北京友谊宾馆见证了中国航天史上一场著名的头脑风暴,这就是“651”会议。在这场长达 42 天的会议上,专家们讨论了卫星的重量、尺寸、轨道高度、轨道倾角等与新中国首枚卫星有关的细节。

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  ▲ 工作人员正在进行卫星的调试工作。失去苏联专家的技术支持之后,中国的科学家可以说是白手起家、排除万难,将外国人眼中的“不可能”变成了“可能”。

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  ▲ 工作人员正在对卫星进行测试。当时,中央给第一颗人造卫星提出了“上得去、抓得住、听得见、看得见”四大技术要求。如何测量卫星的距离、如何让《东方红》在全世界唱响、如何让全世界用肉眼看到卫星成为科研人员的三大难题。

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  ▲ 东方红一号“腰带框”:卫星的零件都是精密部件,特别是卫星中间的结构框,是支持卫星结构的最重要部件,工艺要求极其严格。但“东方红一号”的制造条件非常简陋,车间连净化设备都没有。外国同行来工厂参观,都不相信自己的眼睛。

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  ▲ 给人造卫星加“围裙”: 由于卫星太小,本体的亮度只有六等星左右。所以,专家们做了一条聚酰亚胺绸“围裙”,把第三级火箭包起来,表面镀上铝。火箭随卫星入轨后,“围裙”撑开直径达 4 米。阳光照射下,亮度接近可观察的二等星。

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  ▲ 东方红一号卫星乐音装置。1967 年 1 月,国防科委正式确定:我国第一颗人造卫星要播放《东方红》乐曲,让全世界都听得到中国卫星在太空发出的声音。

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  ▲ 东方红一号制造车间:条件差并未降低工作人员的责任心和创造力,为了加工这个“腰带框” 技术人员和工人在一起,边干边摸索。每个人心里都牢记一句话:“要做到每拧一个螺丝钉,每焊一个焊线,都要让毛主席放心。”

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  ▲ 飞鱼牌手摇计算机:想要把卫星送上天,就需要靠精密的计算算出卫星的轨道,然后在地面建立测量站。当年最先进的就是这种飞鱼牌手摇计算机。有时候任务急,手摇计算机不够算,连算盘都要用上,光是计算一条轨道都得花上一年的时间。

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  ▲ 东方红一号总装:在全体工作人员的努力下,东方红一号的零件设备终于组装完成。为了保证卫星上天后正常工作,所有设备都必须要在地面,做各种外太空环境的模拟实验。振动试验、离心力实验、低温试验,一样都不能少。

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  ▲ 长征一号运载火箭:长征一号运载火箭一、二级选用了液体燃料,第三级采用固体火箭。火箭全长 29.46 米,最大直径 2.25 米,起飞推力 104 吨。运载火箭探测宇宙的前提与基础,长征一号火箭标志着中国具备了进入空间的能力。

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  ▲ 1970 年 4 月 24 日,长征一号运载火箭将东方红一号卫星送入近地点 441 千米、远地点 2368 千米、倾角 68.44 度的椭圆轨道。人民日报头版报道文章称“毛主席的伟大号召实现了”。

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  ▲ 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。1970 年 4 月 25 日晚 8 点 29 分,卫星飞经北京上空。人们争相眺望东方红一号。

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  ▲ “东方红一号”卫星技术负责人戚发轫在天安门城楼上受到毛泽东主席的亲切接见。戚发轫后来也担任了神舟飞船的总设计师。

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  ▲ 这是位于酒泉卫星发射中心的载人航天发射塔架,这座坐落在戈壁荒漠中的发射场见证了中国宇宙航天领域的伟大成就。中国的科学家与研究人员在这片荒无人烟的土地上攻克了一个又一个难关,成功让中国成为宇宙探索的东方巨人。

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  ▲ 这是位于酒泉卫星发射中心的“东方红一号”卫星发射塔架近距离照。

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  ▲ 东方红一号和长征一号组合完成后树立在发射台上。1969 年,研制了 12 年的东方红一号卫星终于以端正庄严的姿态,呈现在世人面前。1970 年 4 月 24 日这一天,中国成为继苏、美、法、日后,世界上第五个能够独立研制和发射卫星的国家。

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  ▲ 这些科学家们参与了东方红一号卫星的研发、制造和发射的全过程。他们是为中国航天事业做出伟大贡献的科学家,也为中国航天打下了坚实基础的航天先驱。

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  ▲ 这是在航天科技集团公司五院展厅内拍摄的东方红一号卫星备份星。它是按照东方红一号卫星1:1 的比例制造的。

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  ▲ 命运:东方红一号卫星的设计寿命只有 20 天,虽然早在发射当年的 5 月 14 日便与地面失去联系,但它目前仍在轨道中运行。由于它的远地点高度比较高,近地点也在 430 千米以上,所以它将继续在近地轨道上傲游数百年甚至更久。但最终它会坠落地球并且在与大气的剧烈摩擦中化为灰烬。

  参考资料(内容及图片来源):

  http://www.qstheory.cn/2018-07/02/c_1123067111.htm

  https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%9C%E6%96%B9%E7%BA%A2%E4%B8%80%E5%8F%B7%E5%8D%AB%E6%98%9F

  https://baike.so.com/doc/6579327-6793095.html

  http://dy.163.com/v2/article/detail/D2GEDKKV0521ILUV.html

  http://www.xinhuanet.com//mil/2016-04/22/c_128920780_2.htm

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