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我国第一颗人造卫星是怎么研制出来的?

  我国第一颗人造地球卫星东方红一号于1970年4月24日按预定计划发射入轨。这一举世瞩目的成就大长了中国人民的志气,体现了中华民族的聪明才智和自力更生发奋图强的精神,在我们共和国的史册上留下了光辉的一页。

东方红一号(图片来源:中科院国家空间科学中心) 

  60多年前,中国科学院的科技人员在党的领导和老一辈科学家的带领下,为东方红一号的诞生,为确保其万无一失地完成使命而精心构思,呕心沥血的工作情景,虽已成为历史,但犹历历在目。不少当时的参与者已经谢世了,真是“人事有代谢,往来成古今”。平凡的过去也往往成为珍贵的史料。笔者这里回忆的几个片断,也许能为之增添一鳞半爪。他们的精神和品质应该留下,并一代代传下去。

   

  记得1965年4月22日,我正在地球物理所工厂半工半研,突然接到电话通知,要我当晚去见赵九章所长。

赵九章(图片来源:中国科学报) 

  一进赵所长家门,数学所关肇直所长和栗柏新同志早已在座。简单介绍之后,赵所长立即转入正题:“我去年年底写信给周恩来总理,说明我国着手研制人造地球卫星的基本条件已经具备,建议把导弹打靶试验和卫星发射结合起来,可收一石两鸟之效。”

  略微停顿之后,赵所长激动地继续道:“现在周总理已指示要提出设想规划, 我们从1958年开始,一直在盼着的这一天现在终于来到。但是,试想一颗几米尺度的卫星送上轨道后,就像几公里之外的一只苍蝇,如果不能紧紧抓住,如何去找它?因此,发射卫星,首先要把卫星运行规律、轨道计算、测量、预报以及跟踪站的布设等搞得一清二楚。科学院理当把此任务承担起来,先走一步。希望关所长立即组织人员落实此事。”赵所长又对我说:“你是学天文的,又搞过卫星轨道,由你代表581组参加此项工作,和数学所具体联系、协调。”

  赵所长当即要我从581组的五室调到一室,组成卫星总体组。同时在关所长的具体安排下立即将数学所力学室转到卫星轨道的计算上来。为加强这一工作,后来关所长又把从苏联刚回国的刘易成同志调来具体负责此事。不久,赵所长和钱骥又同意我的建议,请紫金山天文台参加。记得当时张钰哲台长胃切除四分之三没有多久,一天要吃十来顿饭,每次只吃一点饼干和开水,但还是亲自率领骨干来北京。 

初期卫星总体组成员(图片来源:中国科学报) 

  就这样,中国科学院集中了最强阵容,成立了专攻卫星轨道计算的联合小组,立即投入了深入细致的调查研究和方案制订工作,为我国卫星上天的测轨、算轨、预报等打下了扎实的基础。老一辈科学家的远见卓识和果断决策,为我国空间事业作出的重要贡献,将永远留在人民的心中。

   

  1965年5月,在张劲夫副院长的带领下,院有关研究所立即行动起来,力学所、电子所、自动化所和581组都派出代表,定期集中开会,交流情况,共同考虑卫星型号和发展规划。

张劲夫 

  在1965年5月31日的一次会上,院新技术局舒润达副处长代表院领导宣布正式成立卫星本体组,由解肇元、杨嘉墀和方俊任组长,组员为各有关所推派的代表,力学所是胡海昌、沈以明;电子所是陈芳允、魏锺铨;自动化所是屠善澄、张翰英;581组是何正华、胡其正和我。除轨道组已经由数学等所组成外,另宣布成立生物组,由贝时璋先生负责;地面设备组由王大珩、陈芳允先生负责。要求于6月10日拿出第一颗卫星方案设想和卫星系列规划轮廓,并初步设想第一颗卫星应在1970年初发射,规划到1975年为止;根据国防科委的报告,卫星系列按试验卫星和应用卫星两大系列考虑,明确了方案编制的6个要点。任务临时代号沿用58l,定为绝密级。

  自此,有关所的许多同志,立即投入了紧张的日日夜夜。当时赵九章、钱骥则配合院领导组织业务骨干共18人,定期会商,研讨卫星工作。当时,581组搞卫星总体的虽只有何正华、胡其正和我三人,但上有赵所长、解肇元、钱骥的直接领导,而且裴丽生等院领导经常下来检查工作;下有各研究室的坚强后盾,计划处的统一调配,因此工作十分顺手,进展很快。

  在原来的基础上,10天内如期拿出第一颗卫星的初步方案,归纳为3张图1张表:用红蓝铅笔画成的卫星外形图、结构布局图、卫星运行星下点轨迹图和主要技术参数及分系统组成表。何正华同志一开始就提议我国第一颗卫星命名为东方红一号。卫星的外形定为l米直径的近球形多面体,是为了根据其轨道变化较精确地推算高层大气密度,同时便于贴布太阳能电池并使其在任何姿态下输出较为均匀。携此三图一表,先后到文津街院部和国防科委大楼,分别向张劲夫等科学院领导和罗舜初等国防科委领导作了详细汇报,并由钱骥等直接向周总理作了汇报。当周总理知道钱骥姓钱时风趣地说,我们的卫星总设计师也是姓钱啊,我们搞尖端的,原子弹、导弹和卫星,都离不开“钱”啊。钱骥说,总理的一语双的、平易近人,一下子打消了他向总理汇报时的紧张情绪。

   

  东方红一号的方案,经过近半年时间的工作,不断修改和完善,到1965年10月,由中国科学院主持召开了全国性的方案论证会。会议期间白天开会,晚上计算。对涉及到东方红一号大总体和卫星本体的许多问题都作了深入而广泛的探讨。周总理等中央领导特别邀请与会代表在人民大会堂小礼堂一起观看了文艺节目。经各单位集思广益,最后确定的目标是1970年发射,要“上得去、抓得住、听得见、看得见”。东方红一号的命名、结构外形、主要指标等都得到了肯定。

生产过东方红一号的厂房(图片来源:中国航天报,宿东摄) 

  论证会上比较突出的一个争论问题是卫星人轨后长期跟踪测轨究竟采用什么系统。可能的方案一是采用多普勒测速系统,一是采用干涉仪测角系统。后者测轨比较成熟,但地面站要求高,也比较昂贵;前者则是国际上刚兴起的新方法,机动灵活,投资较少,但跟踪精度、算轨方法等都心里无底。论证会一结束,中国科学院立即组建65l设计院,由赵九章担任院长,杨刚毅任党委书记。651设计院主要技术力量由581组第一研究室和力学所温控室等组成。并成立了东方红一号总体组,由胡海昌任组长,何正华任副组长,组员是陈宜元、周同灏、胡其正、曲广吉和潘厚任。

  为了确定是否能采用多普勒跟踪系统,从1966年1月至3月,有关所的人员集中到数学所,我代表651设计院总体组参加,连续进行了3个多月的突击计算。我们用计算机给出带随机误差的模拟跟踪数据进行算轨、定轨和星历预报,摸清跟踪观测仪器精度和测轨预报精度的对应关系,全国和入轨处布站的最佳方案等,得到了完全肯定的结论。正逢国防科委要对此做出决断,陈芳允找我赴国防科委大楼,向四局马副局长汇报了计算结果。

  承担这项任务具体公式推导计算的都是新中国自己培养的年轻人。特别值得一提的是,有些计算机程序编制是由计算所张绮霞承担,由于是绝密任务,不能告诉她算的是什么,但她毫不在意,出色地完成了这一艰巨任务。当用计算机进行轨道改进计算首次得到收敛结果时,大家情不自禁地雀跃欢呼起来了。后来701工程处成立后,此项工作就由701工程处继续承担起来了。

   

东方红一号卫星科研人员集智攻关技术难题(图片来源:中国航天报) 

  多普勒跟踪定轨问题解决之后,结合我国卫星系列的规划设想,又提出了一个问题,即能否以一种倾角的轨道同时满足第一颗卫星和今后返回式卫星系列的需要。这样,当时可不必再新建一个发射场,入轨段也可由一套布站同时满足这两种型号卫星,更主要的是可以缩短时间,使我国返回式卫星系列可以紧接东方红一号之后早日上天。由于已有了近一年的工作积累,1966年4月仅用了很短时间就解决了这个问题。就在4月里连续开了两次小范围的轨道倾角会议,明确分析计算结果,使与会者一致做出了肯定的结论。当时总参的高义处长参加了会议,对这个问题的敲定起了很大作用。

  在1966年5月5 至11日召开的我国卫星系列规划会上,这些也得到了肯定。中国科学院主持召开这次规划会, 作了相当充分的准备。尤其是我们为返回式卫星准备了采用星图相机、利用天文坐标确定遥感卫星图片中目标位置的方案。钱骥代表中国科学院作了我国卫星系列规划设想报告,并首次正式提出了增设星载星相机的方案20多年来我国卫星系列的发展基本上是按照这一规划进行的。 

   

东方红一号卫星研制现场(图片来源:人民网) 

  1968年2月,国防科委接管651设计院和中科院承担卫星工程任务的主要研究所和工厂,正式成立空间技术研究院,由钱学森兼任院长、常勇任政委,孙家栋任501部主任,并重组了东方红一号卫星总体设计组,由七机部调来的沈振金任组长,潘厚任为副组长。这是国家为保证卫星事业的顺利发展采取的一个很重要的措施。

  空间技术研究院成立后召开的第二次会议-502会议,就是东方红一号卫星方案复审会。会前,由于各方的努力推进,已经攻克了许多难关。在这次会上东方红一号卫星的初样星已摆在了会场,并且楼上实验室和楼下开会会场之间,已可进行东方红乐音的发射和接收的实际演示了。复审方案上报后,经毛泽东主席亲自审阅批准。

  钱院长对东方红一号卫星工程抓得很紧。我经历的还有这样几件事:立即要我们总体组汇报东方红一号卫星轨道、寿命和目视亮度的计算结果,由于算出的卫星亮度暗于6等星,难以用肉眼直接看到卫星本体,钱老立即安排七机部有关单位在末级火箭上想办法,安装增加亮度的观测裙。而且还要我们深入论证用收音机直接接收东方红音乐的可能性。当时是李庄同志和汪永肃同志代表国防科委来抓此事,在他们的支持下,立即从国防科委仓库借出了各类各种型号的收音机,一个个进行灵敏度的测量,计算各类各种型号的收音机直接接收音乐所需要的星上发射功率,以及所需的卫星重量,并统计了世界各地各类收音机的拥有量和分布等,一共进行了3个月的大量实验和计算。当然,其结论是用普通民用收音机直接接收对那时的运载能力来讲是做不到的,但通过这一有益的工作,使我们心里更有数,实际上也是后来直播卫星的思路。 

   

 

东方红一号卫星成功发射 

  东方红一号卫星尽管在研制的过程中遇到了各种困难,但还是按照1965年论证会上确定的发射时间及“上得去、抓得住、听得见、看得见”的主要目标上天了。没有类似上面所举的挂一漏万的动人事例,没有全国各有关单位的大力协同,以及周总理的亲自关怀和过问,那是不可能的。更可贵的是,东方红一号卫星上的全部元器件、设备和材料,以及许多理论和技术难关的攻克,都是我国自己的产品和成果。这是中华民族的智慧和精神凝结成的一颗值得自豪的“明星”,现在还在绕着地球默默地运转,它所体现的精神将永远鼓舞我们前进。