1957年10月4日子夜,在距離莫斯科2000多公里外的哈薩克荒原上,蘇聯第一顆,也是世界第一顆人造衛星,斯普特尼克一號升空。 這顆衛星現在看來相當簡陋:重83.6千克,僅僅裝備了兩臺信號發射器,以每95分鐘繞地球一圈的速度,飛行在近地點只有215公里的軌道上。 雖然簡陋,但是足以載入人類史冊。
斯普特尼克一號(圖片來源:百度百科) 11月3日蘇聯又成功發射了第二顆人造衛,星斯普特尼克二號。這一次,他們還將一只叫“萊伊卡”的狗一同送入太空。 蘇聯成功發射衛星,刺激到了美國人。華盛頓的一家報紙甚至公開宣稱:“1957年是美國的第二個珍珠港年!” 次年1月30日,美國人也成功發射了自己的第一顆衛星,名叫探險者1號。這顆衛星同樣簡陋,重量只有8.22千克,一個金屬圓柱體。 在蘇美發射成功之前,中國其實已經開始研制衛星發射技術了。
1955年10月8日,錢學森回國。 四個月之后,錢學森正式提交了《關于建立我國國防航空工業的意見書》。這份意見書,提出了我國火箭、導彈事業的組織方案、發展計劃,同時還開列了一批可以調來參加這一事業的高級專家名單:任新民、梁守槃、莊逢甘等。這些人,后來都成了中國航天事業的開路先鋒。 很快,兩個月之后,1956年4月13日,國務院決定成立秘密部門——航空工業委員會,直屬國防部。聶榮臻為主任,黃克誠、趙爾陸為副主任,劉亞樓、錢學森等被任命為委員。 “航空工業委員會”就是后來的國防科委、解放軍總裝備部的前身。這一部門的成立,標志著中國導彈、火箭事業邁出了重要的一步。 1958年8月,中國科學院成立了中國第一個衛星小組——“581組”。所謂“581”,表示研制衛星是中國科學院1958年的頭號任務。為了保密,對外如此稱呼,在我國航天科研領域里,重大工程以具體時間為“代號”的這一做法,延續至今,成了一個特有的傳統。
那兩年,衛星是全國上下的焦點,現在名字里叫“衛星”的人,不用猜,十有八九出生于1957年或1958年。 “581小組”,組長由錢學森擔任,副組長是趙九章和衛一清,整個小組由三個設計院組成, 第一設計院負責衛星、運載火箭的總體設計,由力學所郭永懷和楊南生負責。 第二設計院負責控制系統研制,由呂強任院長,陸元九、楊嘉犀、屠善澄為學科負責人。 第三設計院負責探空儀器研制和空間環境的研究,由趙九章和錢驥擔任科學技術領導。
這里要著重介紹一個人,趙九章。 趙九章,生于1907年,浙江吳興人。國民黨元老戴季陶的外甥,當過戴季陶的機要秘書。因看不慣國民黨官場的腐敗,棄政從研,考上清華大學物理系,公費留學去德國。1938年獲德國柏林大學氣象學博士學位,1939年回國擔任西南聯大教授。曾出任中國科學院地球物理研究所所長。是國內外享有盛譽的地球物理學家、氣象學家、空間物理學家,在發展中國氣象學、固體地球物理學和空間科學方面,做出了極其重大的貢獻。在中國航天艱難的起步階段,他的作用舉足輕重,不可替代。1968年10月10日晚上,因不堪“造反派”屢屢欺辱,服藥自盡。 趙九章,這是一個令人肅然起敬的名字,也一個令人扼腕嘆息的名字。仰望中國航天的歷史星空,趙九章仿佛是一顆熠熠發光“恒星”,值得后世永遠銘記。
趙九章(圖片來源:網絡) 剛剛組建起來的衛星研制隊伍,沒有辦公地點,就在西二環邊上一個名叫西苑的旅社租了幾個房間。西苑旅社就是現在的西苑飯店,去過這里的人想必沒幾個人知道,這里曾經是中國衛星研制的策源地。
那個年代沒有計算機,用的是手搖計算器,旅社內經常斷電,就點著蠟燭,打著手電筒。 1958年時和蘇聯”老大哥”的關系還不錯,10月16日,中國科學院高空大氣物理代表團訪問蘇聯,代表團團長是趙九章,此行的目的只有一個——向”老大哥”取經。 剛開始,蘇聯人安排他們參觀了天文臺、空間電子所、老鼠實驗生物艙等,但是對于趙九章提出的參觀火箭大廳的請求,蘇聯以各種理由拒絕。在趙九章再三的請求下,終于允許代表團進入蘇聯中央氣象局火箭大廳,但是不允許他們近距離觀察火箭,只能遠遠的看著。 靠“老大哥”是沒戲了,只能靠自己。
1959年自然災害嚴重,國力薄弱,無力支撐龐大的“兩彈一星”工程,只能優先保障導彈、原子彈研制,延后衛星的研制。 中國科學院調整空間技術計劃,提出:“大腿變小腿,衛星變探空”,暫時停止大型運載火箭和人造衛星的研制,把力量先轉移到探空火箭上去。 所謂探空火箭,就是在近地空間范圍內進行環境探測、科學研究和技術試驗的一種火箭。其實,就是小型火星,飛的低、運載小。 1960年2月19日,第一枚自己設計研制的液體探空火箭,“T-7M”發射升空,飛行高度 8千米。盡管只有8千米,但這是中國邁向太空的第一步。 1964年 6月29日,自行研制的第一枚彈道式導彈發射成功。緊接著,又在7月9日和11日連續成功發射兩枚導彈。這表明中國掌握了導彈和運載火箭技術。
10月16日,我國第一顆原子彈在新疆羅布泊成功爆炸。 1965年5月初,國防科委的報告得到批準,將研制衛星列入國家計劃。從此,中國的人造衛星開始了全面研制工作。 10月,衛星方案論證會在北京友誼賓館召開。這次會議由中國科學院主持,出席會議的有:國防科委、國防工辦、國家科委、總參、海軍、空軍、第二炮兵、一機部、四機部、七機部、通信兵部、郵電部、20試驗基地、軍事科學院等13個研究所的專家代表。 這是中國航天事業歷史上最著名的會議。會議從10月20日召開,到11月30日結束,歷時42天。時間之長,規模之大,內容之多,前所未有。 1966年,美國成功發射了74顆衛星;蘇聯當年上天的衛星數量據統計,與美國相當。 然而,就在其他國家爭相發射衛星的時候,國內爆發了WG。
1968年6月,著名火箭金屬材料研究專家姚桐斌遭受武斗,慘死家中。差不多4個月后,趙九章在家中自殺。 此時,中國科學院已經無力再將衛星項目進行下去。為了扭轉局面,1967年3月,發布了對各國防工業部實行軍管的決定。隨后,中國科學院將10年來研制衛星的數十項成果、第一顆人造衛星的初樣、已建成的地面觀測網和5000余名科研人員等全部移交給國防科委,籌建中國空間技術研究院。
1968年2月,中國空間技術研究院正式成立,錢學森任院長,常勇任政委。由此,第一顆人造衛星研制工作,在中國空間技術研究院的統一指揮下,恢復到了正常軌道 錢學森推薦了年僅38歲孫家棟負責最核心的衛星總體設計工作。 孫家棟,1929年4月出生在遼寧蓋縣。1950年入伍,成為空軍四航校的俄文翻譯。1951年被選送到蘇聯茹柯夫斯基空軍工程學院深造。1958年,以優異成績榮獲了最高蘇維埃頒發的“斯大林獎章”。那一年,全蘇聯軍隊院校畢業的學員中,總共只有13名學生獲得“斯大林獎章”。1958年4月,孫家棟歸國,加入到新組建的國防部五院。此后在他半個多世紀的航天職業生涯中,他參加了中國100顆衛星之中33顆衛星的研制,并在其中擔任衛星技術負責人、總設計師或者工程總設計師,親身經歷了從地球衛星到月球衛星的中國航天事業發展的三個里程碑。1999年9月18日,孫家棟被授予“兩彈一星”功勛獎章。
孫家棟(圖片來源:百度百科) 上任后的孫家棟開始組織團隊,提交了18個科研人才名單。很快得到了批準。這就是中國衛星發展史上有名的“十八勇士”——戚發軔,沈振金,韋德森,張福田,彭成榮,尹昌隆,朱福榮,孔祥才,王壯,楊長庚,王大禮,張榮遠,劉澤光,鄭忠琪,林殷定,魯力,王一方,洪玉林。 1967年12月國防科委召開會議,將東方紅一號衛星的技術狀態確定為——衛星重約170千克,直徑約1米,火箭要把衛星送入近地點400千米以上的軌道。
中國在此之前所發射的火箭,都是單級火箭,雖然能飛出大氣層,但還是無法達到第一宇宙速度,不能成為運載衛星的工具。因此,要保證衛星“上得去”,必須要研制全新的多級火箭。 錢學森提出了彈箭結合方案——用液體燃料的導彈作為第一級和第二級,由固體燃料的發動機作為第三級的動力裝置,兩者的結合組成全新的衛星運載火箭。該型三級運載火箭最初起名為“衛運一號”,后正式命名為“長征一號”。 1969年4月,長征一號進入到試車階段。所謂試車,就是火箭研制完畢之后,要先在地面將火箭捆綁起來,讓發動機真正點火,進行模擬發射。除了不讓火箭飛起來之外,其他工作程序與真正發射一模一樣。只有試車完全成功,才能運往發射場實施真正意義上的發射。
9月6日,長征一號運載火箭的三級試車試驗全部成功通過。 衛星上天之后,還需要地面衛星測控站實時掌控衛星狀態,并將跟蹤測量獲得的信息數據及時反饋給地面指揮中心。 在蘇聯第一顆衛星發射前夕,蘇聯科學院致信中國科學院,希望中國能建立人造衛星目視觀測網,以幫助配合觀測蘇聯即將發射的衛星。中國科學院應允,先后在北京、南京、上海和昆明四地建站,成立了人造衛星光學觀測組和射電觀測組。
經過幾年發展,到了1965年,全國形成了以紫金山天文臺為首的23個人造衛星光學觀測地面臺站組成的觀測網。 但是,實現對人造衛星更為準確、穩定的跟蹤觀測,必須以無線電觀測為主、光學觀測為輔。無線電專家陳芳允提出了以多普勒測速儀為基礎的全新方案,并建立喀什、湘西、南寧、昆明、海南、膠東6個衛星地面測控站。 陳芳允,浙江黃巖人,中國“863計劃”發起者之一,中國航天的“北斗導航之父”。父親陳立信,保定軍官學校畢業,在民國政府任職,后因軍閥混戰辭官歸鄉。陳芳允1938年清華大學物理系畢業,留在清華大學無線電研究所工作。25歲時成功研制出了保密電話機。1945年留學英國,從事電視和船用雷達研究,并參加了英國第一套海洋雷達的研制。1948年夏天回國。新中國成立之后,陳芳允在中國科學院物理所和電子學研究所擔任研究員和副所長,從事無線電方面的研究工作。1964年,國民黨的U-2飛機從臺灣飛來大陸偵察騷擾,當時大陸的雷達跟蹤不上,對U-2飛機毫無辦法。后來,空軍通過國防科委找到陳芳允。他將遠程雷達抗干擾系統進行了改進,國民黨的U-2飛機終于被我軍擊落。
陳芳允(圖片來源:網絡) 實現東方紅一號衛星“看得見”,這不僅是一項科學任務,更是一項必須完成的政治任務。親眼看見衛星在太空飛行,這是當時億萬中國人民共同的心愿。讓世界人民看到中國衛星遨游太空,將極大提升中國在世界舞臺上的影響力。 東方紅一號衛星,是一個球形體,直徑只有1米。衛星一旦發射上天,將要在400多千米的太空飛行,地球上的人用肉眼是看不見的。 蘇聯的第一顆人造衛星斯普特尼克一號上天后,為什么人們可以用肉眼看到這顆體積不大的衛星呢?
其實人們看見的不是特尼克一號衛星,而是旁邊的發射衛星的末級火箭。蘇聯人為了讓人們能看到他們的衛星,將末級火箭進行拋光,使其具有肉眼就能看得見的亮度。 可這條路行不通。長征一號是三級火箭,最末的一級體積小,直徑比衛星本身還小,即使把這末級火箭拋得很光很亮,人們用肉眼也看不到。 史日耀,七機部第八設計院的工程師,想出了辦法。他設計了一個球形的觀察體,對表面進行拋光。這個球形觀察體在火箭未上天時不充氣,又輕又扁,火箭一旦上天,觀察體利用末級火箭充氣,可擴張成為一個40平方米的球體。這樣,人們就能看到天空中那個又大又亮的“球”,看到了這個“球”,就等于看到了東方紅一號衛星。 1969年9月29日,中國第一顆氫彈成功引爆。
同月,東方紅一號衛星完成了初樣,衛星各系統符合指標要求,技術狀態正常。 7月20日,美國阿波羅11號飛船成功登月。當晚22時56分20秒,宇航員阿姆斯特朗在月球上第一次留下人類的足跡,他向全世界人們宣布:“我的一小步,人類的一大步”。 此時,日本也在進行衛星發射計劃。當時,在這場比賽中,國人最不想輸的,就是日本。
1969年11月16日,酒泉衛星發射基地,我國第一枚兩級中遠程運載火箭,正在準備發射。點火起飛,幾分鐘后,目標消失。3天后,人們在距離發射陣地680千米的戈壁灘上發現了火箭殘骸——一個程序配電器出現故障,火箭第二級未能點火,致使火箭在空中爆炸自毀,第一次試驗發射失敗。 兩個月之后,1970年1月30日,第2枚兩級中遠程運載火箭發射的成功,因為這意味東方紅一號衛星可以放心地使用長征一號火箭發射了。 1970年2月11日,日本的第一顆人造衛星大隅號成功發射升空。 4月23日,錢學森、李福澤、栗在山分別在《發射任務書》上,鄭重地簽上了自己的名字。指揮部決定:1970年4月24日晚9點30分,東方紅一號衛星將正式實施發射! 當天18點,新華社授權向全世界宣布——1970年4月24日,中國成功地發射了第一顆人造地球衛星。衛星運行軌道,距地球最近點439千米,最遠點2384千米,軌道平面與地球赤道平面的夾角60.5度,繞地球一周114分鐘。衛星重173千克,用20.009兆周的頻率播送《東方紅》樂曲。
東方紅一號(圖片來源:《問天之路:中國航天發展紀實》) 很遺憾,在時間上,輸給了日本。但是,很少有人知道,東方紅一號衛星,在當時的先進。 蘇聯1957年10月4日發射的世界上第一顆人造衛星斯普特尼克一號重83.6千克; 美國1958年1月31日發射的第一顆人造衛星探險者一號重8.22千克; 法國1965年11月26日發射的第一顆人造衛星試驗衛星一號重38千克; 日本1970年2月11日發射的第一顆人造衛星大隅號重9.4千克; 中國發射的第一顆人造衛星東方紅一號重173千克,其重量超過了蘇聯、美國、法國、日本4個國家第一顆衛星重量的總和! 這些年,東方紅一號衛星一直在太空,目睹著中國航天的快速發展,她老了,但一點都不孤獨——中國在軌衛星200余顆,僅次于美國,位于世界第二。
原文標題:中國航天系列一:東方紅一號
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