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中国五大卫星系统雨后春笋

2020-4-21 23:30| 发布者: 龙翔五洲| 查看: 11133| 评论: 0|原作者: 陈辉|来自: 察网

摘要: 世界上第一颗人造卫星是在1957年由前苏联人发射的。1970年4月24日,我国成功发射第一颗“东方红一号”卫星到2019年10月,中国正在运行的卫星多达301颗;美国在天体轨道上约有578颗卫星;俄罗斯现有卫星约为142颗;中国成为世界公认的卫星大国的后起之秀。

中国五大卫星系统雨后春笋,震惊世界——纪念中国第一颗人造地球卫星发射成功50周年(下)

世界上第一颗人造卫星是在1957年由前苏联人发射的。1970年4月24日,我国成功发射第一颗“东方红一号”卫星到2019年10月,中国正在运行的卫星多达301颗;美国在天体轨道上约有578颗卫星;俄罗斯现有卫星约为142颗;中国成为世界公认的卫星大国的后起之秀。人们回顾中国卫星发展史的时候永远不要宇宙中最明亮的那颗中国卫星是“东方红一号”。

【本文为作者陈辉向察网的独家投稿】

 陈辉:“东方红”点燃中国卫星的星星之火——纪念中国第一颗人造地球卫星发射成功50周年(上)

科学试验卫星探索神奇的空间奥妙

中国第一颗人造地球卫星——“东方红一号”成功发射后,为中国进行空间科学探测展示了广阔的前景。同时拉开了中国科学探测和技术实验卫星——“实践”系列卫星的发射的序幕。

空间科学探测不仅对研究发生在近地空间、日地空间和行星际空间的各种自然现象,以及这些现象同人类赖以生存的地球和大气环境关系具有重要意义,而且与人造卫星和其它航天器的研制关系密切。

1970年5月,在“东方红一号”卫星成功发射一个月后,空间技术研究院就向中央拿出了“实践一号”科学探测和技术试验卫星的方案,8月中央批准了这一方案。

“实践一号”卫星的总体方案,许多方面沿用了“东方红一号”卫星的技术成果和经验。这颗卫星也采用自旋稳定方法;外形与“东方红一号”卫星相似,为72面球形多面体,其中28面贴有耐长期高电粒子辐照的N/P型太阳电池片;热控系统采用能保证卫星长期工作的百叶窗技术,遥测系统的调制方案采用脉冲体制。

陈辉:中国五大卫星系统雨后春笋,震惊世界——纪念中国第一颗人造地球卫星发射成功50周年(下)

“实践一号”卫星

早在1965年,有关研制单位就先后解决了卫星电源系统中太阳电池片和镉镍蓄电池的可靠组合以及主动无源热控系统中百叶窗机构在真空状态下,轴与轴承间的真空冷焊等一系列技术问题,从而使“实践一号”卫星的研制程序简化,研制周期缩短,而且提高了可靠性。1968年上半年,卫星开始方案设计。1970年5月,最后确定了卫星正样状态。

“实践一号”卫星于1971年3月3日由长征一号运载火箭从酒泉卫星发射基地发射升空。卫星重221公斤,外形为近似球形的多面体,直径1米。运行轨道参数为:近地点266公里,远地点1826公里,倾角68.9度,周期106分钟。这颗卫星在轨道上约工作8年,远远超过原定1年的设计寿命,这在20世纪60年代国外研制的卫星中也是不多见的。“实践一号”于1979年6月17日完成预定任务后陨落。

“实践一号”的主要任务是考验太阳电池,镉镍电池,辐射式主动热控制系统和遥测系统长期工作的可靠性,同时在运行期间对空间物理环境进行探测。卫星上的探测仪器有红外地平仪、太阳角计等。

“实践一号”卫星无论在空间科学还是空间技术方面都具有开创性的贡献。在轨期间,它进行了高空磁场、X射线、宇宙射线和外热流等空间物理环境参数的测量,让我国第一次直接探测宇宙空间环境。它还进行了硅太阳能电池供电系统、主动式无源热控制系统等长寿命卫星技术的试验,为中国设计和制造长寿命卫星提供了宝贵经验,尤其为卫星的电源、热控制和无线电测控系统的研制开辟了成功的道路。

1978年,实践一号卫星的长期电源系统、长期温控系统、长期遥测系统获得全国科学大会成果奖。

在“实践一号”之后,我国在1981年9月20日,采取一箭3星的发射方式,将“实践二号”、“实践二号甲”、“实践二号乙”卫星送入预定轨道,使中国成为世界上第三个掌握一箭多星技术的国家。

1972年4月,“实践二号”作为我国第一颗专用于空间物理探测的科学实验卫星列入了国家计划。七机部责成空间技术研究院总体设计部和空间物理研究所对“实践二号”卫星的探测任务,探测仪器和卫星的技术途径等,进行调查研究。后来,由于航天科技发展规划的调整,发射“实践二号”卫星的运载火箭几经变动,“实践二号”二星的设计方案也经过多次演化。

“实践二号”的任务也是空间科学和空间技术两方面:一是为了探测空间物理环境参数。二是为了试验自旋稳定及对日定向的姿态控制方式等新技术。

“实践二号”卫星上带有用于探测太阳活动、地球附近空间的带电粒子、地球和大气的红外和紫外辐射背景及高空大气密度的11种仪器,并采用了自旋稳定、整星对日定向的姿控方式和整星无源主动式热控等新技术,为中国此后研制各种卫星提供了宝贵经验。

“东方红一号”卫星发射成功后,我国实践科学探测卫星共发射了9颗卫星,分别是:1971年3月发射的”实践一号”;1981年9月20日用一箭三星发射的“实践二号”、“实践二号甲、“实践二号乙”;1994年2月8日发射的“实践四号”;1999年5月10日发射的“实践五号”;2004年9月9日发射的“实践六号A星和B星”;2005年7月6日,将“实践七号”科学试验卫星成功送入太空预定轨道,实践七号卫星设计寿命3年,主要用于空间环境监测以及其他相关的空间科学技术试验;2006年9月9日,我国将实践八号育种卫星成功送入预定轨道。“实践八号”卫星是我国首颗专门用于航天育种研究的返回式科学技术试验卫星,星上装载粮、棉、蔬菜、林果、花卉等9大类2000余份约215公斤农作物种子材料,用于进行空间环境下的诱变飞行试验。

此后,中国又先后发射了10颗实践卫星,其中两次失败,成功率80%。

2010年6月15日,中国成功将“实践十二号卫星”送入太空,实践12号试验卫星根据北美防空司令部的轨道数据,升空后成功与实践6号03A卫星发生了“碰撞”。这说明中国成功进行了一次空间交汇对接试验,为“天宫一号”与“神州八号”的交汇对接任务做好技术验证准备。

2011年8月18日,中国在酒泉卫星发射中心发射“实践十一号04星”,但由于“长征二号丙”火箭在飞行过程中发生故障,卫星未能进入预定轨道。

2012年10月14日,中国在太原卫星发射中心采用一箭双星模式,成功将“实践九号”卫星送入预定轨道。“实践九号A、B”卫星在太原卫星发射中心采用“一箭双星”方式成功发射升空。“”、实践九号”在轨开展了24类我国卫星发展急需的新产品验证及10类、20余种国产核心元器件和原材料的考核评价。

2013年10月25日,中国在酒泉卫星发射中心,成功将“实践十六号”卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道。

2016年4月6日,我国首颗微重力科学实验卫星——“实践十号”返回式科学实验卫星,在酒泉卫星发射中心由长征二号丁运载火箭成功发射。这是我国空间科学先导专项首批科学实验卫星中唯一的返回式卫星,将利用太空中微重力等特殊环境完成19项科学实验,涉及微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、重力生物效应、空间生物技术六大领域。

2016年11月3日,由“实践十七号”卫星和远征二号上面级组成的载荷组合体在长征五号运载火箭的托举下成功进入预定轨道。

2017年4月12日,“实践十三号”通信卫星于西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭成功发射。实践十三号通信卫星发射约10多分钟后,与西昌远隔万里之遥的“远望6号”在赤道附近第一时间发现并成功捕获目标,为火箭飞行“保驾护航”,为“实践十三号”卫星成功发射作出重要贡献。

2017年7月2日,搭载着“实践十八号”卫星的长征五号遥二火箭,在中国文昌航天发射场执行飞行任务,由于火箭飞行出现异常,发射任务失利。

2018年1月23日,中国首颗高通量通信卫星“实践十三号”在轨交付,正式投入使用。在轨测试期间,“实践十三号”完成了11个试验项目。其中首次高轨卫星对地高速激光双向通信试验的成功,标志着中国在空间高速信息传输领域走到世界前列,为后续天地一体化信息网络国家重大科技工程奠定了基础。

2019年7月,由长征五号遥三运载火箭将“实践二十号”卫星发射升空。“实践二十号”对“东五”平台的八大项关键技术进行全面验证,并对未来空间发展的新领域、新技术、新产品进行在轨验证,不仅提升平台技术成熟度,还将推动牵引以下一代高容量宽带通信卫星为代表的型号立项工作。

为了对航天任务急需的新技术进行先期试验,同时开展空间环境探测与空间科学研究,从20世纪70年代至今,中国先后研制和发射了“实践一号”、“实践二号”卫星群、“实践四号”以及“实践五号”、“实践二十号”卫星,初步形成了实践系列科学探测与技术试验卫星。

返回式遥感卫星喜获大量太空原始资料

“东方红一号”卫星派生出来的第二个系列卫星是返回式遥感卫星。

返回式遥感卫星,是指在轨道上完成任务后,有部分结构会返回地面的人造卫星。通常卫星发射入轨之后,就在太空执行任务,并不需要返回地面。如通信、导航。气象卫星都是如此。但有的卫星却需要回到地面,如侦察卫星获得的情报;科学实验卫星携带的实验品等。

返回式卫星最基本的用途是照相侦察。比起航空照片,卫星照片的视野更广阔、效率更高。早期由于技术所限,必需利用底片才能拍摄高清晰度的照片,因此必需让卫星带同底片或用回收筒将底片送回地面进行冲洒和分析。各个航天大国都曾利用返回式卫星做军事侦察及国土普查用途。现在由于可从卫星上直接传送影像数据到地面,返回式卫星的功能又演变为进行需要回收实验品的空间试验室。

1966年初,七机部第八设计院在总工程师王希季主持下,开始对返回式卫星总体方案进行探讨。先后经历了四个阶段:1966年至1967年9月为方案论证阶段;1967年9月至1970年3月为方案设计阶段;1970年3月至1973年1月为初样研制阶段;1973年1月转入正样研制阶段。

1975年11月26日,我国第一颗返回式卫星成功发射,卫星在轨运行3天后于11月29日成功返回。北京空间机电研究所是研制返回式卫星相机系统和回收系统的承担单位。作为光学遥感卫星,第一颗返回式卫星上的第一代胶片型航天光学遥感相机恰似它的眼睛,能清晰地分辨出公路、码头等目标,收获了我国第一批从太空拍摄的重要对地观测资料。为此,中国成为继美、俄后,第三个掌握返回式卫星技术的国家。

第一颗返回式卫星回收后,发现了三个问题:卫星返回舱再入大气层的过程中裙部被烧坏;卫星部分电缆和仪器被烧坏;返回舱落点偏差大。经过分析和查找原因,最终发现是故障是卫星设计有缺陷。经过改进,1976年12月7日,我国第二颗返回式卫星进入酒泉发射场。

没想到在发射的关键时刻,出现了重大问题。12月7日12时22分,离火箭点火时间只有2分钟,指挥员下达了“摆杆摆动”口令,操作员立即按下电钮,但是摆杆没有动。再按仍没有反应,摆杆失灵了。这时,指挥员果断下达人工进行摆动的命令。只见三名士兵从地下室冲向几十米外的塔架。由于即将发射,塔架上的电梯已经断电,他们只能顺着塔架的扶梯,爬上30米高的塔顶,用手摆动摆杆。他们奇迹般地成功了。然后迅速跑回地下室,全过程仅用了5分钟。

此时已经超过预定发射时间10分钟,但还在卫星发射的最佳时间内,指挥员果断下达了发射命令。卫星成功进入预定轨道,3天后顺利返回,第一颗返回式卫星出现的问题全部得到解决。卫星圆满回收的当天,新华社宣布:“我国12月7日发射的人造地球卫星已按预定计划准确返回地面,圆满地完成了回收任务”。

返回式卫星为中国航天遥感事业首开先河,在传输式遥感卫星使用之前的20多年里,我国国产的航天遥感资料都来自于返回式卫星,应用于国土资源普查、大地测量以及河流海岸监测等方面,还进行了大量的搭载科学试验,取得了丰硕成果。卫星在城乡规划、水利建设、地质资源勘探、考古以及空间育种等众多领域发挥了重要作用,获得了明显的经济效益和社会效益。

中国返回式卫星是主要用于国土普查的遥感卫星,20世纪70年代来共研制了六种型号,进行了24次发射。迄今为止,返回式卫星共研制了6种型号:第一代返回式国土普查卫星、第一代返回式摄影测绘卫星、第二代返回式国土普查卫星、第二代返回式摄影测绘卫星、返回式国土详查卫星、实践八号育种卫星。分述如下:

①FSW-0:第一代返回式国土普查卫星,共进行了10次发射,9次发射并成功回收。实现航天遥感零的突破。取得了卫星制造、卫星发射、跟踪测控和卫星回收的技术发展。

②FSW-1:第一代返回式摄影测绘卫星,共进行5次发射,4次成功回收。该型号在计算机控制技术、舱压控制等方面有比较大的进步,卫星飞行时间增加到8天。

③FSW-2:第二代返回式国土普查卫星,共进行3次发射,3次成功回收。飞行时间15天。

④FSW-3:第二代返回式摄影测绘卫星,共进行了3次发射,3次成功回收。飞行时间18天。

⑤FSW-4:返回式国土详查卫星,共进行了2次发射,2次成功回收。飞行时间27天。

⑥SJ-8:实践八号育种卫星,进行空间诱变育种和空间微重力科学实验。

在“东方红一号”发射成功后的49年间,返回式卫星成为中国发射最多的卫星系列。在“实践十号”之前,中国共研制了国土普查卫星、摄影测绘卫星、空间育种卫星等合计6种型号、24颗卫星,卫星平台经过了三代跨越。

中国是继美俄后,第三个掌握返回式卫星技术的国家。从1975年发射第一颗返回式卫星至今,中国已发射了23颗返回式卫星,搭载了数百个微重力科学实验室,其试验成果已经应用于新材料的研制生产、新药品的制造以及农作物新品种的栽培等方面。

“风云”气象卫星实现天有可测风云

古人云:“天有不测风云,”但中国“风云”系列气象卫星升入太空,打破了这一古训。

1969年1月29日,周恩来总理在接见中央气象局等单位的代表时指示,一定要采取措施,改变落后面貌,应该搞自己的气象卫星。

1970年2月16日,气象卫星研制任务下达到刚刚组建的上海航天基地。

1977年,国防科工委在上海召开气象卫星大总体方案论证会,会议正式上报中国第一颗太阳同步轨道气象卫星命名为“风云一号”,从此开启了中国风云气象卫星的新纪元。

1988年10月15日,我国第一颗极轨气象卫星——“风云一号A星”在山西太原发射成功,“风云一号A”星星箭分离后14分钟,广州气象卫星地面站率先收到几百帧云图信号,并实时传送到国家卫星气象中心,这是中国气象卫星最早的信息。

但遗憾的“风云一号A星”应验了古人的“天有不测风云,”“风云一号A星”运行39天时姿态失控,整星失败,卫星未能达到考核寿命半年的要求。

“风云一号A星”失败后,我国于1990年9月3日用长征四号火箭成功发射了“风云一号B星”,每天卫星绕地球为14圈,属于试验型气象卫星。卫星上装载的遥感器,成像性能良好,获取的试验数据和运行经验为后续卫星的研制和管理提供了有意义的数据。卫星获取的遥感数据主要用于天气预报和植被、冰雪覆盖、洪水、森林火灾等环境监测。

“风云一号B星”正常运行165天后,由于星载计算机突发故障造成姿态失控,后经抢救恢复正常工作。但星载计算机受到空间环境的影响,工作不稳定,卫星断续工作,没有达到设计寿命要求。

“风云一号C星”于1999年5月10日发射。卫星设计寿命为2年,寿命期内云图资料的可用率大于97.5%。“风云一号C星”的成功发射被列为20世纪末中国三大事件之一,铭刻在中华世纪坛上。

“风云一号C星”采取了一系列有效的技术措施,产品质量、对空间环境影响的适应性和系统可靠性都得到较大提高,稳定工作并超期服役。“风云一号C星”在轨稳定运行了近五年,2004年6月24日停止了对“风云一号C星”云图的接收存档。

2000年5月,“风云一号C星”因其在轨运行的稳定性和获取数据的准确性,而被世界气象组织正式列入世界业务极轨气象卫星序列,成为中国第一颗被列入世界气象业务的卫星,为世界各国免费提供气象资料。美洲、欧洲和亚洲等地区多个国家都建立了兼容接收风云1C、1D星的数据接收系统和相应的数据处理与应用系统,“风云一号”卫星数据成为全球灾害监测和环境变化研究的重要数据之一。

“风云一号C星”荣获2001年度国家科学技术进步奖一等奖。

“风云一号A星”的成功发射,是中国气象史上浓墨重彩的一笔,是中国卫星和地面系统建设从无到有的重要节点。从此,中国告别了完全依赖外国气象卫星数据的历史,拥有了属于自己的卫星体系。

1988年10月15日,我国第一颗极轨气象卫星——“风云一号A星”发射成功后,目前“风云”气象卫星已经发展两类四个系列。其中地球静止轨道气象卫星包括“风云二号”和“风云四号”两个系列;极地轨道气象卫星包括“风云一号”和“风云三号”两个系列。“风云一号”系列气象卫星是我国第一代极地轨道气象卫星,已经成功发射4颗卫星;“风云二号”系列气象卫星是我国第一代地球静止轨道气象卫星,已经成功发射8颗卫星;“风云三号”系列气象卫星是我国第二代极地轨道气象卫星,已经成功发射4颗卫星;“风云四号”系列气象卫星是我国第二代地球静止轨道气象卫星,已经成功发射1颗卫星。

陈辉:中国五大卫星系统雨后春笋,震惊世界——纪念中国第一颗人造地球卫星发射成功50周年(下)

“风云四号”卫星发回的气象云图

截至目前,我国已成功发射了14颗气象卫星,其中7颗卫星在轨运行,实现了极轨气象卫星升级换代和上、下午星组网观测,形成了静止气象卫星“多星在轨、统筹运行、互为备份、适时加密”的业务运行格局。

目前国内接收与利用风云卫星资料的用户已超过2500家,为气象、海洋、农业、林业、水利、交通、航空、航天、环保等领域提供了大量科学数据,支持了78个国家重点科研项目,为我国防灾减灾、应对气候变化、保障生态文明建设等作出了重要贡献。


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