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从“581”到“651”两个神秘数字揭秘中国航天重要历程

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  1970年4月24日,中国首颗人造地球卫星东方红一号由长征一号运载火箭成功发射。中国成为世界上第五个自行研制和发射人造卫星的国家,自此叩开了通往浩瀚宇宙的大门。

  1957年,苏联首颗人造地球卫星上天。1958年5月,在中共八大二次会议上,发出了“我们也要搞人造卫星”的号召。从此,我国人造卫星计划正式提上日程。这个号召宣告了中华民族有信心、有勇气登上宇宙空间活动的舞台。1958年8月,中国科学院把卫星研制作为头等重要任务,故以代号“581”称之,同时成立了“581”任务领导小组,组长钱学森,副组长赵九章、卫一清,还成立了三个设计院推进任务。“581”任务的目标是“苦战三年,实现上天”。

  1958年10月16日,中科院派出访苏代表团,希望就卫星技术向苏联学习,但当时中苏关系已经紧张,技术合作、援助无从谈起,但通过对苏联工业技术的考察,代表团认识到当时以我国国力发射卫星为时尚早,建议将力量转移到探空火箭上来。

  探空火箭的研制任务由上海机电设计院实施,王希季担任总工程师。王希季1921年7月26日生于云南昆明,1942年于西南联合大学获学士学位,1949年于美国弗吉尼亚理工学院获硕士学位,1950年毅然回国报效祖国。当时他只有37岁,在没有现成资料的情况下带着一群平均年龄不到24岁的年轻人在几个月时间内完成了任务。

  1960年2月19日下午4点47分,“T-7M”火箭腾空而起,直冲云天。现在看来这不起眼的一小步,却是我国航天运载火箭史上的一大步。1964年6月29日,我国自主研制的射程达1000公里的第一枚中近程地对地导弹“东风二号”发射成功。我国发射人造卫星基本条件已具备。

  1965年1月6日,赵九章向中科院提交了一份报告,建议尽快开展人造卫星的研制工作。当年5月,卫星研制任务正式启动,因为这个任务是1965年1月正式提出建议的,因此代号定为“651”。周恩来总理强调,只要“651”需要的全国的人、财、物,不管是哪个地方、哪个单位的,一律放行,全面绿灯。从此,中国第一颗人造地球卫星研制计划正式开始实施。

  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。作为科学探测性质的试验卫星的东方红一号,外形为近似球体的72面体,直径为1米,重150公斤,原定计划在1970年左右发射。这颗卫星的发射,将为中国发展对地观测、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,由钱学森兼任院长,东方红一号卫星研制工作由中国空间技术研究院负责。

  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。在我国工业水平、科技水平都较低的那个年代,研制难度可想而知。

  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。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”。

  “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。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。

  首先需要考虑的,是能否“上得去”。按照计划,东方红一号卫星要在近地点400多公里、远地点2300多公里的椭圆轨道上运行。搭载卫星的运载火箭必须拥有强大的推进动力,才能把卫星准确送入轨道。

  后来,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。

  想在地面上“抓得住”卫星,需要计算出卫星与地面的距离,以便时刻掌握卫星在太空中的位置。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。

  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: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。

  最后一道难关是“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,让“看得见”更加困难。最终,研制人员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”,巨大的“观测体”反光亮度极高,人们用肉眼就可以直接观察到。

  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。

  卫星和运载火箭的研制克服种种困难,终于顺利完成。随后,需要将东方红一号卫星和长征一号运载火箭运往发射地点。经过4天4夜的旅程,1970年2月,卫星和火箭被运往酒泉卫星发射中心。

  1970年4月24日,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。

  当晚21时35分,点火起飞的长征一号火箭一级发动机喷射的火焰将暗夜照成了白昼,轰鸣声撕裂长空。中国自主研制的第一颗人造卫星东方红一号发射成功,《东方红》乐曲响彻太空,拉开了中国探索太空的帷幕。

  1970年5月14日,准确进入预定地球轨道的东方红一号卫星在轨运行了24天后,停止发射信号,与地面失去了联系。东方红一号卫星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苏、美、法、日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。

  一曲《东方红》乐曲揭开了中国航天的序幕。中国航天科学家们通过坚持自力更生、艰苦奋斗,攻克了一个个难题,终于将东方红一号卫星成功送上太空,使中国初步形成“人造卫星+运载火箭”这一比较完整配套的科研生产体系,使中国成为世界上第五个自行研制和发射人造卫星的国家,也掀开了中国向浩瀚宇宙进军的璀璨篇章。为纪念东方红一号这一中国航天事业里程碑,2016年3月21日,国务院批复同意,将每年的4月24日设立为“中国航天日”。

  东方红一号卫星与核弹、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,被永久载入中华民族伟大复兴的史册。以此为起点,从首颗人造卫星到一箭多星,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正由航天大国向航天强国阔步迈进。


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