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第13章 人造卫星的发展历程(5)

1962年3月16日,前苏联发射成功第一颗宇宙号卫星。截至1992年底,在30年的时间里,前苏联一共有2229颗宇宙号卫星上天遨游。这是世界上最多的一种系列卫星,执行的任务几乎无所不包,使用之广泛在世上首屈一指。这个系列卫星是扬格尔设计局研制的,它的总设计师是米哈伊尔·库兹米奇·扬格尔。扬格尔于1911年10月25日诞生在西伯利亚大森林地区的一个贫苦农民家庭。1937年毕业于莫斯科航空学院,很快成为研制许多新型飞机的专家,在航空技术领域颇负盛名。1950年在航空研究院进修深造后转到航天部门,被委派到科罗廖夫领导的设计局担任一个分部的主任职务,开始了他的航天科学生涯。

在20世纪50年代初,航天还是一个崭新的科学技术领域,它不仅集现代科学技术的大成,而且要求技术领导者具有大胆决策的魄力,扬格尔深信航天技术的前景,并渴望为之开辟成功的道路。1951年他担任副总设计师,第二年又被任命为研究所所长,扬格尔孜孜不倦地进行开创性的研究工作,进而提出建立火箭工业,发展航天事业,以适应国防建设需要和为国民经济服务的意见。扬格尔的建议得到国家的支待,1954年他被委任主持试验设计局的工作。扬格尔设计局后来与科罗廖夫设计局齐名。他在领导设计局的工作中展现出作为总设计师的全面才能。扬格尔善于组织协调各个科研机构和生产厂家的力量,充分发挥总体设计局的作用。他还亲自解决研制生产和飞行试验中遇到的各种复杂技术问题。在研制火箭的过程中,首先面临火箭发动机和控制系统的许多难题,要对结构强度、空气动力学、材料等进行预先研究,等等。扬格尔能够充分利用各个专业化设计局的优势,联合科学院所属研究机构协同攻关,打开局面。在整个20世纪的50年代,扬格尔领导他的设计局不断探索,日夜奋战,成功地研制出了第一台火箭发动机,证明他所选择的技术途径是正确的,这就为研制更加完善的新型火箭打下了良好基础。

扬格尔设计局的最大创造性成就,就是用它设计研制的两级运载火箭成功地发射了一系列宇宙号卫星。这个系列卫星最初为研究宇宙空间和高层大气的物理特性等方面起了重大作用。扬格尔的技术决策保证了这个系列卫星的安全和经济合理。宇宙号运载火箭及其卫星的技术原理和系统方案,都用模型进行过验证,在此基础上逐渐形成标准化系列。标准化系列是一种很重要的,也是很科学的设计思想。这就是说,关于航天器的一切部件和零件,都加以标准化,可以互换通用,有了这种标准化系列的航天器,就解决了批量生产的工艺问题,使用统一的工艺模具和试验设备,从根本上减少了材料的浪费。而如果在安装或实用过程中,发现某个零部件有问题,立即可以另换一个重新投入使用,大大缩短检修、返修的时间。有了航天器的标准化系列生产,才使得前苏联有可能在短短的30年内向太空发射了两千余颗宇宙号卫星。这个经济指标,构成了扬格尔的一个基本技术原则。前苏联后来广泛应用这一设计思想,推动了航天技术的迅速发展。扬格尔设计局设计的宇宙号系列卫星,包括军事侦察、科学试验、气象观测、通信、导航和预警等用途。

十五、东方红2号

1984年4月8日,中国在西昌卫星发射中心成功发射一颗试验通信卫星。4月16日又成功定点于东经125度赤道上空,星上仪器设备工作良好,通信、广播和电视传输等试验进行正常。它标志着中国航天技术的一个突破性进展。早在1975年,中国就提出了研制同步通信卫星的计划。1977年组织队伍,开展研制,铺设太空通信的道路。1982年秋在第二次联合国探索及和平利用外层空间会议上,中国代表庄严宣布:中国将在1983到1984年用自行研制的运载火箭发射第一颗地球同步轨道试验通信卫星。这个计划如期实现了。

这颗名叫“东方红2号”的试验通信卫星,研制7年。东方红2号通信广播卫星工程的总设计师是新中国航天事业的创始人之一:著名火箭专家任新民博士;东方红2号试验通信卫星的总设计师是航天技术专家孙家栋教授。在他们的精心组织下,攻克了许多难关。特别是在发射前夕检测时还发现星上转发器连接处烧坏了3只管子,及时更换了电子元件,保证卫星处于良好状态。研制完成,还必须发射成功,而同步通信卫星的发射和定点,却是一个非常复杂的过程。4月8日这一天,东方红2号卫星由挺拔在发射架上的长征3号运载火箭托起,19时20分发射升空,直飞天际。20分钟后,运载火箭三级准确入轨,星箭正常分离,卫星起旋在大椭圆转移轨道上飞行,这仅是走完了第一步。卫星在转移轨道上,最理想的情况也要飞行37小时,进行3次姿态控制、两次转移控制和一次变轨控制,才能把卫星推进到准静止轨道。4月10日8时47分,当卫星第二次到达远地点前3小时,地面遥控指示远地点发动机点火,卫星进入准静止轨道,入轨精度很高。然后卫星按预定的漂移速度向定点经度位置漂移。4月16日18时27分57秒,卫星成功定点飞行。4月17日18时30分,中央电视台进行了近1小时的电视传输试验,画面稳定,图像清晰,色彩鲜艳,伴音清楚,效果很好。

这颗试验通信卫星高31米,直径21米,起飞重量900千克,进入静止轨道后重420千克。它可转发电视、广播、电话、电报、数传、传真等通信信息,开辟了中国卫星通信的广阔前景。从此以后,到1991年底,中国又发射了5颗实用通信卫星。1986年2月1日,一颗实用通信广播卫星发射上天,并于2月20日准确定点于东经103度赤道上空,在通信、广播、电视、教育等方面具有更大的使用价值。它表明中国的通信卫星已进入实用阶段。1988年3月7日和12月22日,又相继发射成功两颗东方红2号对地静止轨道国内实用通信广播卫星。它们分别定点于东经875度和东经1105度赤道上空,星上各项仪器设备工作正常,传输的电话、电视效果优良。

1990年2月4日又一颗实用通信卫星发射成功,9天之后,2月13日成功地定点于东经98度赤道上空。与前四颗通信卫星相比,卫星的工作寿命延长,通信容量提高,对地面的辐射功率增加,通信卫星技术更加成熟了。但遗憾的是,1991年12月28日发射的一颗通信卫星,由于运载火箭第三级第二次点火后发动机提前熄火,卫星未能进入预定轨道。中国科技人员对遥测数据进入分析,已查明故障原因,因而采措施可避免再次发生这类故障。中国的静止轨道通信卫星将会获得更大发展。

十六、风云1号

1988年9月7日,中国一颗新型卫星从新启用的太原卫星发射中心升起,并在东经10592度、北纬1964度准确入轨。这就是观测风云变幻的“风云1号”气象卫星,它揭开了中国卫星气象事业的新篇章。“风云1号”是太阳同步轨道卫星,它的轨道为圆形,高度为900千米,倾角为99度,卫星的轨道平面与太阳到地心连线的夹角保持不变。它在对地球观测时,对同一地区可以获得基本一样的光照条件,这有利于气象观测和拍摄云图。由于它的轨道为圆形,所以在任何时间里,卫星到地球的垂直距离大致相同,这对卫星观测和拍摄来说,其视场和比例均可保持一致,有利于进行比较和处理气象数据。同时,由于它绕地球南北两级飞行,所以能对全球的气象进行观测,约12小时就能观测一遍,每次观测在地面的扫描宽度达2800千米左右。但它不能像地步卫星那样追踪12小时以内的天气变化情况。

“风云1号”气象卫星是用新研制的长征4号运载火箭发射入轨的。卫星是一高12米、长宽各14米的立方体。两侧对称安装6块太阳电池帆板,展开后卫星总长86米。卫星重750千克。一尽夜绕地球飞行14圈,可覆盖地球两次。风云1号气象卫星的总设计师是孟执中。他介绍了这颗卫星在设计上和技术上有很多突破:它有大面积的伸展式太阳电池阵,由14000片硅光电池组成,能提供800瓦电力,充分保证气象卫星工作的能源需要;它携带的磁带记录仪,容纳信息的密度高,而且使用的寿命长;它具有三轴姿态稳定系统,全部由数字控制,保证了气象卫星在太空中运行的姿态稳定;它携带两台扫描辐射仪,扫描分辨率极高,保证了传送运回来的图像清晰;而且有5个探测通道,可以探测白昼和夜晚的云图、地表图像、海洋水色图案、海洋面温度、冰雪覆盖及植被生长等。

由于这颗卫星的主要任务是获取全球信息,因而它不仅可以完成向国内发送气象资料,而且可以向全世界各气象卫星地面站发送气象资料。风云1号发射后一刻钟,广州气象卫星地面站就收到它发回的信息。不到4个小时,就完成第一圈环球飞行,并拍摄了一幅太阳刚刚从地平线升起的云图照片。照片纹理清楚,层次丰富,图像清晰,可与世界上先进气象卫星拍摄的图片媲美。第一颗风云1号卫星在试验飞行中,其图像质量不低于美国的气象卫星,超过前苏联、欧洲和日本同类卫星的图像质量。可惜由于星上红外通道受到污染,信号迅速衰减,加上控制系统后期失控,仅在轨道上运行39天就停止工作。

1990年9月3日,中国又发射成功第二颗“风云1号”气象卫星。它在900千米高的太阳同步轨道上追星逐月,纵览风云,不断传回大量气象资料。它拍摄的云图照片纹理清楚,层次丰富,具有较高使用价值。这颗卫星一天绕地球飞行14圈,经过中国接收区上空7次。根据它传回图像上云的形状、厚度以及运动变化规律,可作出科学的天气分析和预报,同时传回地面的信息可加工处理为地表特征、植被生长等图像资料,广泛应用于城市规划、海洋捕捞、小麦估产、森林火情监测等领域。它给国民经济的发展带来巨大益处。

十七、亚星和澳星的闪光轨迹

卫星的应用范围日益扩大,通过它不断架设起了国际合作的桥梁。特别是通信卫星,使世界各国的距离越来越近了。1985年10月,中国政府宣布,长征系列运载火箭投放国际市场,承揽对外发射卫星服务。中国对亚洲1号和澳星B1号通信卫星相继发射成功,标志中国航天技术在走向世界的道路上迈出了坚实的一步,成为对外合作的新起点。

1990年4月7日9时30分,亚洲1号通信卫星用中国长征3号运载火箭发射升空,立即在全世界引起震动,掀开了中国发射外国卫星的新的一页。亚洲1号卫星是美国休斯公司制造的。原来名叫西联星6号,1984年2月3日曾由挑战者号航天飞机载上太空发射。按原定程序,它将连同上面级火箭、有效载荷辅助舱一起被弹出航天飞机货舱后,首先通过上面级火箭推动进入同步转移轨道,最后通过星上远地点发动机的推动进入倾角为零度、高35800千米的圆形地球同步轨道,但由于载荷辅助舱的火箭发动机提前熄火而未能进入预定的同步转移轨道。同年11月12日由发现号航天飞机的航天员到轨道上将它回收,并带回地面送休斯公司检查。检查表明,卫星性能良好,完全可以承担原设计要求的通信任务。1988年,总部设在香港的亚洲卫星通信公司购买了这颗卫星,并改名为亚洲1号卫星。1989年1月中国承揽了重新将这颗卫星送入太空的任务。

亚洲1号卫星本体呈圆柱形,直径22米,高65米,重125吨,设计寿命为10年。它有24个C波段转发器,每个转发器可为一条电视线路或1200条单向话路通信转发服务。覆盖面积可达亚洲30多个国家,能为包括东南亚、朝鲜半岛和中国大部分地区的25亿人口提供通信服务。卫星定点于东经105度赤道上空,80%的用途是电视转播,期用于公共通信网和专用通信网,包括长途电话、用户电报、图文传真和数据传输等。1990年已成功地为北京举办的第11届亚运会电视实况转播服务。亚洲1号卫星的发射成功,改善了亚洲地区通信能力严重不足的局面,提高了这一地区的通信水平。两年之后,1992年3月22日中国最新研制的长征2号E大推力捆绑式运载火箭担负了发射澳星B1号的使命。结果由于控制点火线路中残存的铝质多余物造成助推器发动机故障,火箭实施自动紧急关机,发射失败,但澳星完好无损。一时受挫,是走向新的成功的起点。中国航天科技人员迅速查明了故障原因,日夜兼程制造出一枚新的长征2号E运载火箭,完成了重新发射的准备工作。同年8月14日早晨,澳星迎着朝霞顺利升空,发射圆满成功,标志中国航天技术从挫折中奋起,跨上一个新的台阶。这颗名叫澳赛特B1的卫星是澳大利亚的第二代通信卫星,它是美国休斯公司研制的第一种三轴姿控稳定卫星平台,属HS601型。卫星是23米的方形箱体,两个太阳电池帆板各长9米,入轨后的重量为1582千克,设计寿命15年。它装有3种不同频段的有效载荷,用于直播电视、移动通信和高清晰度电视等新业务,代表了当今通信卫星的先进水平。

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