文(wen)章來源：科技日報 發布時間：2021-04-27
4月24日(ri)，是(shi)第五個“中國航天日(ri)”。回望(wang)50年(nian)前，即1970年(nian)4月24日(ri)，我(wo)國自(zi)主研制(zhi)并成(cheng)功發(fa)射了第一顆人造(zao)地球衛(wei)星——“東(dong)方紅一號”，由(you)此成(cheng)為世界上(shang)第五個自(zi)行研制(zhi)和發(fa)射人造(zao)衛(wei)星的國家。
半個(ge)世紀以來，中國(guo)航(hang)天事業闊步前(qian)行。據統計，截至2019年，我(wo)國(guo)共發(fa)射各類(lei)航(hang)天器500多個(ge)，在軌運行的(de)超過300個(ge)。諸多空間技術(shu)成果為推動國(guo)防現代(dai)化建(jian)設、國(guo)民經濟發(fa)展和科技進步做出了重大貢(gong)獻(xian)。
當前，中(zhong)國的人造(zao)衛星隊(dui)伍正在不斷壯大(da)，在這個特殊的日子里，讓我們跟隨專(zhuan)家回望中(zhong)國衛星50年發展歷程。
技術儲備，為航天發展奠定基礎
中國(guo)航天科技集團五(wu)院（以下簡(jian)稱五(wu)院）總(zong)體部(bu)宇航協外任務領(ling)域總(zong)設計師范含林介紹(shao)，“東方紅一號”的研制工作最(zui)早啟動(dong)于1958年(nian)，由此開(kai)始，我國(guo)衛星發(fa)展(zhan)進(jin)入(ru)了(le)技術(shu)準備(bei)階(jie)段。
1958年(nian)(nian)5月17日，毛澤東主席在黨的(de)八大二次會議上宣(xuan)布：“我們(men)也要搞人(ren)造衛(wei)星！”時任國(guo)務院副(fu)總理(li)聶榮臻(zhen)馬上責(ze)成中(zhong)國(guo)科學(xue)院和國(guo)防部第(di)五研(yan)究(jiu)院落(luo)實。首顆(ke)人(ren)造衛(wei)星項目(mu)被國(guo)家(jia)列(lie)為1958年(nian)(nian)頭號重(zhong)點科研(yan)任務，代號“581”，錢(qian)學(xue)森受命擔任“581”項目(mu)組組長(chang)。
在當時的國(guo)際形勢(shi)下，中(zhong)國(guo)想造衛星，只能(neng)自力(li)更(geng)生。但那時我(wo)國(guo)科研條件十分有限，白手起家(jia)的道路舉步維(wei)艱，加上受各方因素影響，研制工作(zuo)一度中(zhong)斷。
1965年，中央專門(men)委員會原則(ze)批準中國(guo)科學(xue)院《關于發(fa)展我(wo)國(guo)人(ren)造衛(wei)星工作的(de)(de)(de)規劃(hua)方案建(jian)議(yi)》，該報告計劃(hua)在(zai)1970年至(zhi)1971年發(fa)射我(wo)國(guo)第(di)(di)一(yi)顆人(ren)造衛(wei)星，命名為“東方紅(hong)一(yi)號”。當年10月，全(quan)(quan)國(guo)各科研院所的(de)(de)(de)頂尖科學(xue)家齊(qi)聚北京友(you)誼賓館(guan)，全(quan)(quan)面論(lun)證(zheng)了我(wo)國(guo)第(di)(di)一(yi)顆人(ren)造衛(wei)星的(de)(de)(de)方案。經過長達42天的(de)(de)(de)激烈討(tao)論(lun)，會議(yi)確定了衛(wei)星的(de)(de)(de)基本(ben)方案，后來(lai)這(zhe)個(ge)研制方案被凝(ning)練成12個(ge)字——“上得去、抓得住、聽得到、看得見(jian)”。
“上得去”指(zhi)(zhi)(zhi)火(huo)箭發射成功，并(bing)把(ba)衛(wei)星(xing)送(song)入既定(ding)軌道(dao)；“抓得住”指(zhi)(zhi)(zhi)地(di)(di)面觀測(ce)(ce)站能(neng)夠對(dui)衛(wei)星(xing)進行實時跟(gen)蹤測(ce)(ce)量，并(bing)將(jiang)測(ce)(ce)得的數據和信(xin)息(xi)及時反饋給(gei)指(zhi)(zhi)(zhi)揮中心；“聽得到(dao)”是指(zhi)(zhi)(zhi)衛(wei)星(xing)能(neng)夠在太(tai)空(kong)播放的《東(dong)方紅》樂曲并(bing)被地(di)(di)面收音機(ji)接(jie)收；“看得見”指(zhi)(zhi)(zhi)在地(di)(di)面上能(neng)用肉眼看到(dao)衛(wei)星(xing)。為滿(man)足研(yan)制要求，科研(yan)人員用手搖(yao)計算器完成了大量計算，將(jiang)冷庫(ku)、庫(ku)房(fang)改(gai)造成地(di)(di)面模擬試驗場(chang)，因陋就簡、土法上馬、群(qun)策群(qun)力攻克了一道(dao)道(dao)難關(guan)。
“東(dong)方(fang)紅(hong)一(yi)號”的(de)設(she)計壽(shou)命為20天，順利升(sheng)空(kong)后(hou)，各種儀器實(shi)際的(de)工(gong)作時(shi)間均超出(chu)了(le)(le)設(she)計要求。其(qi)樂音(yin)裝置和短波發射機連續工(gong)作了(le)(le)28天，取得了(le)(le)大量工(gong)程遙(yao)測參數，為后(hou)來(lai)衛(wei)星設(she)計和研制工(gong)作提供了(le)(le)寶(bao)貴經驗。
毫無疑問，“東方(fang)紅一號”是(shi)中(zhong)國航天(tian)史(shi)上的(de)一座豐碑，其意義遠遠超(chao)出一顆(ke)衛(wei)(wei)星(xing)本身。范含(han)林認(ren)為(wei)(wei)，該(gai)衛(wei)(wei)星(xing)的(de)成功(gong)研制為(wei)(wei)后續航天(tian)發展(zhan)奠定了(le)(le)技術基礎，探(tan)索(suo)了(le)(le)工(gong)藝流程，培養了(le)(le)人才(cai)隊伍，同時為(wei)(wei)中(zhong)國航天(tian)事業探(tan)索(suo)和發展(zhan)建立(li)起了(le)(le)一套(tao)完整(zheng)的(de)體(ti)系。
試驗探索，多類型衛星從無到有
隨著“東(dong)方紅一(yi)號”發射升空(kong)(kong)，我國衛星事業發展進入了技術試驗(yan)階段。全國空(kong)(kong)間探(tan)測技術首席(xi)科(ke)學傳播專(zhuan)家龐之浩(hao)介紹，從(cong)20世紀70年(nian)代(dai)到(dao)80年(nian)代(dai)中(zhong)期，我國研制并發射了首顆返(fan)回式遙感衛星、試驗(yan)性(xing)通信衛星以及數顆空(kong)(kong)間科(ke)學與技術試驗(yan)衛星。
1971年3月3日，我國成功發射“實踐一(yi)號”衛(wei)(wei)星(xing)(xing)，這是(shi)我國“實踐”系列科學(xue)探測(ce)(ce)與(yu)技(ji)術(shu)試驗衛(wei)(wei)星(xing)(xing)的首發星(xing)(xing)，它的主要任務是(shi)考驗太陽電池、鎘鎳電池、輻射式主動(dong)熱(re)控(kong)制系統(tong)和遙(yao)測(ce)(ce)系統(tong)的長期工作(zuo)可(ke)靠性。在(zai)軌運行(xing)期間，它還對空間物理環境進行(xing)了(le)探測(ce)(ce)。
“實踐一號”衛星在(zai)空(kong)(kong)間(jian)科學和(he)空(kong)(kong)間(jian)技術(shu)方面均做出了(le)(le)開創性的(de)貢獻(xian)。它開展的(de)高(gao)空(kong)(kong)磁場、宇宙(zhou)射(she)線和(he)外熱流等空(kong)(kong)間(jian)物理環境參數測量，讓我國第(di)一次(ci)直(zhi)接探測到宇宙(zhou)空(kong)(kong)間(jian)環境。在(zai)長(chang)達8年的(de)在(zai)軌運(yun)行(xing)期間(jian)，“實踐一號”衛星進行(xing)的(de)硅太陽能(neng)電(dian)池供電(dian)系(xi)(xi)統、主(zhu)動式(shi)無源熱控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統等長(chang)壽命(ming)(ming)衛星技術(shu)試驗，為我國設計和(he)制(zhi)(zhi)造長(chang)壽命(ming)(ming)衛星提供了(le)(le)寶貴經(jing)驗。
大多數衛星(xing)(xing)發射入軌后只需在太空工(gong)作，不需要返(fan)回(hui)(hui)地面，返(fan)回(hui)(hui)式(shi)衛星(xing)(xing)卻是例外。早期(qi)由(you)于技術(shu)限制，要利(li)用(yong)(yong)底片(pian)才能拍攝高(gao)清晰度的照片(pian)，必須讓衛星(xing)(xing)帶同底片(pian)或者用(yong)(yong)回(hui)(hui)收筒(tong)將底片(pian)送(song)回(hui)(hui)地面進(jin)行分析(xi)，因此各航天大國在軍事偵察(cha)及國土普查中均需利(li)用(yong)(yong)返(fan)回(hui)(hui)式(shi)衛星(xing)(xing)。后來數據傳輸(shu)技術(shu)逐漸成熟，可以從衛星(xing)(xing)上(shang)直接傳送(song)影像(xiang)數據到(dao)地面，返(fan)回(hui)(hui)式(shi)衛星(xing)(xing)的用(yong)(yong)途也演變(bian)成開展空間(jian)試驗(yan)，并回(hui)(hui)收試驗(yan)品。
龐(pang)之浩介紹說，我國(guo)的返回(hui)式(shi)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)研制(zhi)工(gong)作始于(yu)1966年。在攻克衛(wei)(wei)星(xing)(xing)姿態控制(zhi)、再入防熱、回(hui)收等技術(shu)難點(dian)后，我國(guo)于(yu)1975年11月26日發射首顆返回(hui)式(shi)衛(wei)(wei)星(xing)(xing)。衛(wei)(wei)星(xing)(xing)正常運行后，按(an)預定計劃(hua)于(yu)12月2日成功返回(hui)地面。它(ta)標志著我國(guo)成為世界上(shang)第(di)三(san)個掌握衛(wei)(wei)星(xing)(xing)回(hui)收技術(shu)的國(guo)家，在宇(yu)航技術(shu)的研究上(shang)取(qu)得新(xin)的突破(po)。
“東方(fang)紅一號”發射后不久，我國通信(xin)部(bu)門(men)就(jiu)表達了對通信(xin)衛(wei)星(xing)的(de)迫切需求(qiu)，希望改變(bian)我國通信(xin)技(ji)(ji)術落后的(de)狀況(kuang)。1970年(nian)6月，五院組(zu)織隊(dui)伍開始了通信(xin)衛(wei)星(xing)新技(ji)(ji)術的(de)研(yan)究。經(jing)過幾年(nian)探索(suo)，我國確(que)定選(xuan)用地球靜止軌道試驗通信(xin)衛(wei)星(xing)方(fang)案。
1984年4月(yue)8日(ri)，搭載(zai)2臺C頻段(duan)轉(zhuan)發器的試驗通信衛星(xing)“東(dong)方紅二號”成功(gong)發射，邁出了(le)中國通信衛星(xing)的第一步，開始了(le)用(yong)我國自(zi)(zi)主研發通信衛星(xing)進(jin)行(xing)電視廣播信號傳輸的歷(li)史。此后我國又(you)發射多顆采用(yong)“東(dong)方紅二號”小容量(liang)自(zi)(zi)旋穩定平臺的通信衛星(xing)，大大改變了(le)當時我國邊遠地(di)區收視難、通信難的狀況。
范含林表示(shi)，這些衛星的研制與發射，實(shi)現(xian)了(le)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年代后期，我國衛(wei)星發展從技術(shu)試(shi)驗轉向工程(cheng)應用階段。
幾年(nian)間，五院研制的“風云一號(hao)(hao)”太陽同步軌道(dao)氣象衛(wei)星(xing)和“東方紅二號(hao)(hao)”甲實(shi)(shi)用通信衛(wei)星(xing)相繼成功(gong)發射，實(shi)(shi)現了(le)(le)我國(guo)衛(wei)星(xing)應用領域拓展和實(shi)(shi)用化水平躍升(sheng)的開(kai)門紅；“資(zi)源一號(hao)(hao)”衛(wei)星(xing)開(kai)啟了(le)(le)傳輸(shu)型遙(yao)感衛(wei)星(xing)的新(xin)時代；“實(shi)(shi)踐四(si)號(hao)(hao)”衛(wei)星(xing)正式拉開(kai)了(le)(le)我國(guo)以(yi)小(xiao)衛(wei)星(xing)平臺開(kai)展空間科學試驗的序幕。
隨著我(wo)國(guo)(guo)(guo)衛(wei)星通(tong)信事(shi)業(ye)迅速(su)發(fa)展，基于“東(dong)(dong)方紅二(er)號(hao)”平(ping)臺(tai)的通(tong)信衛(wei)星已不能滿足需要。1986年，我(wo)國(guo)(guo)(guo)正式啟動第二(er)代通(tong)信衛(wei)星——“東(dong)(dong)方紅三號(hao)”的研(yan)制工作。龐之浩介(jie)紹，1997年5月12日，“東(dong)(dong)方紅三號(hao)”衛(wei)星成功發(fa)射，它裝載了24臺(tai)C頻段轉發(fa)器，采(cai)用了許多當時的前沿技(ji)術，使(shi)中(zhong)國(guo)(guo)(guo)通(tong)信衛(wei)星水平(ping)一下跨(kua)越了20年。該(gai)衛(wei)星不僅(jin)解(jie)決(jue)了國(guo)(guo)(guo)民經(jing)濟發(fa)展對衛(wei)星通(tong)信服務(wu)的迫切需求，樹立起當時我(wo)國(guo)(guo)(guo)衛(wei)星水平(ping)的標(biao)桿，還(huan)帶動了“天鏈”等多型通(tong)信衛(wei)星的蓬勃發(fa)展。
至1999年，我國(guo)不(bu)僅(jin)在科學(xue)實(shi)驗衛(wei)星(xing)(xing)、返回式遙感衛(wei)星(xing)(xing)、地球靜止軌道(dao)通信衛(wei)星(xing)(xing)、太陽同步軌道(dao)氣象衛(wei)星(xing)(xing)等(deng)應(ying)用(yong)衛(wei)星(xing)(xing)領域(yu)(yu)邁向全面應(ying)用(yong)，還(huan)成(cheng)功發(fa)射并回收了(le)“神舟一號”試驗飛船(chuan)，在若干重要的衛(wei)星(xing)(xing)技(ji)術領域(yu)(yu)達到較高水(shui)平，為我國(guo)空(kong)間技(ji)術躋身(shen)世界先進行列奠定了(le)基礎。
進入21世紀(ji)，我國(guo)載(zai)人航天、北(bei)斗、探月等(deng)重(zhong)大(da)工程相繼實施，范含(han)林(lin)認為，中國(guo)衛星技術已進入全面發展(zhan)階段(duan)。
如今(jin)，我國空間(jian)技術(shu)繼續高歌(ge)猛進。在重大工程(cheng)方面，載(zai)人航天工程(cheng)即(ji)將進入(ru)空間(jian)站任務飛行階段(duan)，北斗全球(qiu)衛(wei)(wei)星(xing)導航系統即(ji)將完成(cheng)組網，“嫦娥五號(hao)”探(tan)測器即(ji)將實施月(yue)球(qiu)采樣(yang)返回任務。在通信衛(wei)(wei)星(xing)領域，“東方紅(hong)五號(hao)”衛(wei)(wei)星(xing)平(ping)臺(tai)首(shou)發(fa)星(xing)已成(cheng)功定點，該平(ping)臺(tai)將帶動我國大型(xing)衛(wei)(wei)星(xing)公用平(ping)臺(tai)升(sheng)(sheng)級換代，能力(li)跨越(yue)式提升(sheng)(sheng)。在遙(yao)感衛(wei)(wei)星(xing)領域，“高分(fen)”系列(lie)衛(wei)(wei)星(xing)相繼發(fa)射，推(tui)動我國空間(jian)分(fen)辨率(lv)邁進亞米(mi)級時(shi)代；“風云(yun)”“海洋”系列(lie)衛(wei)(wei)星(xing)均有多星(xing)在軌(gui)運行，技術(shu)指(zhi)標達到世界先(xian)進水平(ping)，此外，近年來(lai)“悟空”暗物質粒子(zi)(zi)探(tan)測衛(wei)(wei)星(xing)、“墨子(zi)(zi)號(hao)”量(liang)子(zi)(zi)科(ke)學實驗(yan)衛(wei)(wei)星(xing)、“慧眼”硬X射線(xian)調(diao)制(zhi)望遠鏡、“太極一號(hao)”空間(jian)引(yin)力(li)波(bo)探(tan)測技術(shu)實驗(yan)衛(wei)(wei)星(xing)等“科(ke)學新星(xing)”冉冉升(sheng)(sheng)起，將為科(ke)學界仰(yang)望星(xing)空、探(tan)索宇宙發(fa)揮重要作用。
延伸閱讀
衛星數(shu)量激增，頻軌(gui)資源“先到(dao)先得(de)”
隨(sui)著第(di)一(yi)顆(ke)繞地球(qiu)運行的(de)(de)人(ren)造衛星(xing)1957年(nian)進入軌道，人(ren)類邁(mai)出了通過發射人(ren)造衛星(xing)連接地球(qiu)和宇(yu)宙(zhou)的(de)(de)第(di)一(yi)步，這極大地激(ji)發了人(ren)類探索太空(kong)的(de)(de)熱情。隨(sui)著衛星(xing)數量的(de)(de)猛增，衛星(xing)頻軌資源(yuan)也成(cheng)為了各國競爭的(de)(de)焦點。
衛星頻軌是(shi)指衛星電臺使(shi)用的(de)(de)頻率和衛星所處的(de)(de)空間軌道位置(zhi)，是(shi)衛星應(ying)用產業(ye)發(fa)展的(de)(de)基本要素，既是(shi)全人(ren)類(lei)所共有(you)的(de)(de)自然資源，也是(shi)所有(you)衛星系統建立的(de)(de)前提和基礎以及衛星系統建成(cheng)后能否正常工作(zuo)的(de)(de)必要條件。
衛(wei)(wei)星頻(pin)率(lv)主(zhu)要(yao)指無(wu)線電(dian)頻(pin)譜(pu)用(yong)于(yu)空間無(wu)線電(dian)業務(wu)的(de)部分。任(ren)何衛(wei)(wei)星系統的(de)信(xin)息(xi)感知、信(xin)息(xi)傳輸(shu)以(yi)及(ji)測控單元，都需要(yao)使用(yong)電(dian)磁(ci)頻(pin)譜(pu)。不同(tong)的(de)頻(pin)段(duan)傳播損耗(hao)不同(tong)，其中(zhong)在0.3—10GHz頻(pin)段(duan)間損耗(hao)最(zui)少(shao)，被(bei)稱為“無(wu)線電(dian)窗口(kou)”；在30GHz附近頻(pin)段(duan)損耗(hao)相對(dui)較小(xiao)，通常被(bei)稱為“半透明(ming)無(wu)線電(dian)窗口(kou)”。目前，各類衛(wei)(wei)星應用(yong)也(ye)主(zhu)要(yao)使用(yong)這些頻(pin)段(duan)，其他(ta)頻(pin)段(duan)相對(dui)損耗(hao)較大(da)。
人(ren)造地(di)球(qiu)衛(wei)(wei)星軌(gui)(gui)道(dao)(dao)按離地(di)面的(de)(de)高度可(ke)分為低軌(gui)(gui)道(dao)(dao)、中軌(gui)(gui)道(dao)(dao)和高軌(gui)(gui)道(dao)(dao)。若(ruo)軌(gui)(gui)道(dao)(dao)過高，航(hang)天(tian)器(qi)將進入或接近地(di)球(qiu)輻(fu)射帶(dai)；若(ruo)軌(gui)(gui)道(dao)(dao)過低，殘余大(da)氣阻(zu)力明(ming)顯增(zeng)加，將大(da)大(da)提(ti)高保持航(hang)天(tian)器(qi)軌(gui)(gui)道(dao)(dao)的(de)(de)推進劑消耗(hao)量。大(da)部分通信衛(wei)(wei)星會運行在(zai)高軌(gui)(gui)道(dao)(dao)，即赤道(dao)(dao)上空約(yue)3.6萬千米處的(de)(de)地(di)球(qiu)靜止軌(gui)(gui)道(dao)(dao)，以保證連續(xu)通信。
頻(pin)軌(gui)(gui)資(zi)源(yuan)(yuan)是一種有(you)限的(de)、不可再生的(de)自然資(zi)源(yuan)(yuan)，而且衛(wei)(wei)星(xing)軌(gui)(gui)道位于世(shi)界各國共(gong)處的(de)宇宙空(kong)間，是全人(ren)類共(gong)有(you)的(de)國際資(zi)源(yuan)(yuan)，隨(sui)著衛(wei)(wei)星(xing)數目不斷增長(chang)，衛(wei)(wei)星(xing)頻(pin)軌(gui)(gui)資(zi)源(yuan)(yuan)供需矛盾日益突(tu)出已(yi)成(cheng)為不爭的(de)事(shi)實。
目(mu)前(qian)，頻(pin)軌(gui)(gui)資(zi)(zi)源(yuan)的(de)(de)獲(huo)取須依據國際(ji)(ji)電(dian)聯(lian)制(zhi)定(ding)的(de)(de)規則進(jin)行(xing)開發利用，頻(pin)軌(gui)(gui)的(de)(de)使用必須進(jin)行(xing)國際(ji)(ji)協調。在這種方(fang)式下，各(ge)國首(shou)先(xian)根據自(zi)身需要(yao)，依據國際(ji)(ji)規則向國際(ji)(ji)電(dian)聯(lian)申報(bao)所(suo)需要(yao)的(de)(de)衛(wei)星(xing)頻(pin)軌(gui)(gui)資(zi)(zi)源(yuan)，先(xian)申報(bao)的(de)(de)國家具(ju)有優(you)先(xian)使用權；然后，按照(zhao)申報(bao)順(shun)序確立的(de)(de)優(you)先(xian)地(di)位次(ci)序，相關國家之間(jian)要(yao)遵照(zhao)國際(ji)(ji)規則開展國際(ji)(ji)頻(pin)率(lv)干擾談判(pan)，后申報(bao)國家應(ying)采取措施，保障不對(dui)先(xian)申報(bao)國家的(de)(de)衛(wei)星(xing)產生(sheng)有害干擾。隨著資(zi)(zi)源(yuan)申報(bao)的(de)(de)數量(liang)越來(lai)越多，國際(ji)(ji)談判(pan)難度也(ye)越來(lai)越大。衛(wei)星(xing)生(sheng)產周期(qi)通常只需一年(nian)半左右，而(er)獲(huo)取頻(pin)軌(gui)(gui)資(zi)(zi)源(yuan)的(de)(de)談判(pan)則需要(yao)幾年(nian)甚至(zhi)更長時(shi)間(jian)。
美國(guo)、俄羅斯等(deng)航天強國(guo)從(cong)20世紀五六(liu)十年代就已向國(guo)際電聯(lian)申報并(bing)依照國(guo)際程(cheng)序獲取了大量的(de)(de)頻軌資源，以支(zhi)撐其數量龐大的(de)(de)衛星系統，這也導致目(mu)前很多(duo)好用(yong)的(de)(de)頻段和軌道(dao)位置都已被(bei)占(zhan)用(yong)，再(zai)想從(cong)中分得一杯羹實屬(shu)不易。
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