这种卫星、被称作返回式卫星。
返回式卫星在为数众多的航天器中,占有相当大的比例,它既是应用卫星中很重要的一种,又是返回式航天器家族中一个重要的分支,它的主要特点是它在轨道上完成了预定的飞行任务后,全部或一部分要安全返回地而:它在空间获得的信息或产品,以实物形式完整无损地直接送到户手里,供他们分析使用。
因此,返回式卫星无论是在军事上,还是在整个国民经济建设方面,都有着相当广泛的实用价值。
美国早在60年代初,便成功地研制出了返回式卫星,以后开始集中了很大力量发展弹道式返回照陈侦察卫星,同时,又以不同的技术途径,研制了三个系列的载人飞船。70年代中期开始,美国又用航天飞机取代了几乎所有的返回式卫星。但是,自1986年“挑战者”号航天飞机遇难后,美国当局积极恢复了对返回式卫星的研制和使用。
苏联的路子是首先发展载人飞船,即在“东方”号和“联盟”号飞船的基础上,经改装后,派生出一系列的返回式卫星,比如不同分辩能力的照像侦察卫星、生物卫星、空间材料科学实验卫星等,几十年来从未间断过。
而西欧几个工业较为发达的国家、在“挑战者”号航天飞机遇难后,也争先开始发展起了返回式卫星。其主要目的是为了发展自己的航天事业,不依赖于美国的微重力试验手段,并试图通过一系列的返回式卫星的研制,发展起西欧独立的载人航天事业,为以后西欧的空间站提供一种廉价的运输手段和应急救生能力。
据不完全统计,从1957年到1988年为止,30年间世界各国发射了各种类型的航天器(主要是人造卫星)共有3742个,其中返回式航天器(主要是卫星)就有1116个,占航天器总数的:30%。
由此可见,返回式卫星,在世界各国都是领受青睐的。
中国对返回式卫星的研制,自然不会放过。
早在1966年初,七机部第八设计院在该院总工程师王希季的主持下,便开始了对返回式卫星总体方案的探讨。同年疢,便似定出了我国返回式卫星方案的设想。并且,星上有些系统也同时陆续开始了方案的调查与研究。
但1967年的中国,正处于轰轰烈烈的“无产阶级文化大革命”之中,各种政治动乱,严重地影响着返回式卫星研制工作的进行。允其是一部分技术骨干,处处遭到批判,甚至蒙受着各种打击。好在这都是一批具有高度事业心和强烈责任感的专家及技术员们,他们在王希季总师的带领下,从1967年月至9月,通过艰苦的努力,克服了种种困难,冲破了层层阻力,终于提出中国第一代返回式卫星方案的论证报告。
这个方案可以说是一个很成功的方案,它借鉴了国外返回式卫星方案的合理成分,又在充分的调查研究基础上,认真考虑了中国技术的实际水平以及国力条件,尽可能地做到了与本国的国情相适应,并正确地处理好了先进性与可行性的关系。所以,此方案尽管在以后的研制中有所补充与完善,但在总体方案问题上,没有像第一颗人造卫星那样发生反复。
这个方案规定,卫星重约1800公斤,将携带一台可见光地物相机,卫星发射上天后,在轨道上对国内预定地区进行摄影,并用一台星空相机对星空摄影。在完成预定的拍摄任务后,将装胶片暗盒的返回舱回收,以获取遥感资料。
毫无疑问,利用卫星在天上拍照,有很大的优越性。它不仅在速度以及高空视野等方而大大超过飞机的优越性,而且由于卫星在天上运行时没有振动,便可在更高的高度上拍摄更大面积的地面照片,并且还十分清晰。因此,返回式卫星刚一诞生,美国和苏联便将这种返回式侦察卫星作为争夺空间、窃取军事情报、进行战略侦察的主要手段。苏联自从研制成功返回式卫星后,从60年代中期起,几乎每年都要发射十几颗这样的卫星,以获取大量的军事情报和其他遥感资料。
然而,要研制并发射成功这种返回式卫星,也是相当困难的。这种卫星不像别的卫星,只要能成功地发射上天,并准确入轨就行。它除了成功地发射上天外,还必须能够成功地返回人间、且按照人给出的时间和指定的地点返回。因此,它需要大推力、制导精确的运载火箭和能获得高分辨率照片的长焦距、大孔径的特殊照像机。它要求卫星不仅要能安全、准确地送入预定轨道,在环绕地球飞行的过程中必须保持高精度的姿态,而且安装在卫星内部的各种仪器也要能经受得住火箭的巨大振动。
美国的科学技术无疑是最先进的,但在研制返回式卫星时,也颇费周折,美国从1959年2月到1962年2月3年时间内,共发射了38颗“发现者”号卫星、光在1961年一年之内,便进行了17次返回式卫星的发射,其目的就是反复试验这种卫星的返回技术。在这3年时间里,美国先后经过了12次失败(包含火箭的5次失败),才首次突破了返回式卫星的技术,终于研制成功了第一颗试验性照像侦察卫星“发现者”号。
中国的返回式卫星的研制,所遇到的阻力和困难自然更大。除了技术上的难度外,还有来自政治形势方面的严重影响。方案经过两年的论证研究后,于70年代初才正式列入国家计划、开始全面的研制。
中央对返回式卫星的研制工作十分重视。1972年8月,叶剑英副主席为此专门召集会议,当他听完返回式卫星研制工作的汇报后,对此曾专门强调说:“研制成功返回式卫星,是全国人民的希望,也是全世界人民的希望。希望你们要再接再厉,一定要达到目的为止。”1972年的一个秋日,周恩来、朱德、叶剑英等中央领导人,还专门视察了七机部,参观了这颗卫星,并鼓励大家要抵制各种干扰,维持好生产秩序,坚持“促生产”,一定搞出中国自己的返回式卫星。
然而,出师不利,返回式卫星首次发射试验便遭到失败。经事后查证,失败的原因是运载火箭某个部件的一根导线折断后,造成姿态失稳。
叶剑英得知失败的消息后,心情很是沉痛,但他依然打去电话,鼓励参试人员不要伤心不要难过,要认真吸取一根导线的经验教训,继续努力,争取下次成功。
此后不久,邓小平同志复出,开始主持中央的日常工作,而张爱萍将军也重新出任国防科委主任,挑起了科研工作的重担。于是通过贯彻中央关于解决七机部若干问题的文件,科研生产形势迅速得到很大的扭转。参试人员除了对火箭做了两次复查外,又对产品及工艺的质量进行了三次全面的复查,同时还对控制系统、稳定系统等重新作了大型试验,卫星也做了全面复查和“精心保健”,共解决了大大小小几百个问题。
1975年8月,为确保火箭卫星的质量,张爱萍将军专门听取了即将出厂的返回式卫星和火箭的质量情况汇报,尔后要求参试人员对产品一定要做到“精心保健”,力争这次发射“一鸣翔天”!
1975年11月26日,载有返回式卫星的“长征二号”火箭高高地竖立在了酒泉卫星发射场上。当一切准备工作准备完毕后,随着指挥员一声令下,火箭成功起飞,返回式卫星穿云破雾,准时进入预定轨道。
卫星送轨后,我国大陆上的各个卫星地面测控站,昼夜对卫星进行跟踪、测轨、遥测和遥控。尤其是七机部和渭南测控中心参加测控工作的技术人员,在卫星运行的3天中,他们昼夜坚守在控制室内监视和收集卫星运行情况的各种信息,并随时商定对策,及时想法处理各种问题。有一个遥控站当卫星刚经过本站时,偏偏出现遥控天线&动和手动操作均失灵的情况。为了不错过跟测卫星的时机,该站的一位副队长和三名操作员迅速爬上15米高的无线塔,面对大功率的高频辐射,临危不惧,冒着生命危险用手操纵天线,跟踪卫星,从而圆满地完成了对卫星的跟踪任务。
为了协助返回式卫星从天上顺利返回,邮电部调出了103路线路用于通信,另有17个省、市、自治区也参加了通信工作。
当卫星运行到第47圈后,遥控站按时发出了卫星返回调姿遥控指令。11月29日,即卫星在轨道上运行了3天后,中国的第一颗返回式卫星按预定时间返回了人间,并取得了预定的遥感试验资料。
当然,在卫星重返大地的过程中,也暴露了一些问题,如卫星返回舱再次返回稠密的大气层时裙部被烧坏,部分电缆和仪器被烧坏,还有返回舱的落点偏差也太大,等等。
但这毕竟是中国的第一颗返回式卫星,而且是继美国、苏联之后全世界第三个能够依靠自己的力量发射的返回式卫星。因此,当这颗卫星按照中国科学家们的意愿成功地返回人间,国内各大报纸纷纷公布了这一喜讯后,国际上很快便引起较强烈的反响。
香港的一家报纸在一篇社论中说:在美国元首即将访问北京前夕,中国成功地发射了第四颗卫星,这是为中共在国际的一切活动增加声威。美国的一家报纸说:中国对自己的军事能力的信心加强了,在发展洲际导弹方面,中国现在已经到了很快就可以试发一枚的时候。而另一些报纸则普遍认为:中国自发射了第一颗人造卫星以来,刚刚5年时间就又成功地发射了返回式卫星,超过了法国和日本,这实际上已间接地透露了中国的技术达到了一个新的阶段,同时也标志着中国太空技术和国防工业的突飞猛进,标志着中国自动化遥控技术,电子计算机技术、制导技术等取得了重大进展。
当然,国内对此反映也很强烈,不仅广大科技工作者高兴,中央领导同志们高兴,老百姓也为此高兴。叶剑英得知卫星成功返回大地后,欣喜万分。而且,当他审阅完关于返回式卫星的一份试验结果报告后,当即便在这份报告上欣然批示:
“返回式卫星有功!”
毛泽东主席对返回式卫星的研制工作同样也很关心。在此之前,他不仅曾经先后五次审阅过有关返回式卫星飞行试验报告,而且当卫星发射成功后,还亲自审阅并修改了关于返回式卫星发射成功的新闻公报。之后不久的1976年5月,毛泽东又批准了继续进行返回式卫星飞行试验的计划。这对从事返回式卫星研制的中国专家和技术人员来说,无疑是一种最大的精神鼓舞。
中国第一颗返回式卫星发射成功后,科技人员们很快又投入了第二颗返回式卫星的研制工作当中。针对第一颗卫星出现的几个问题,不仅多次认真进行了故障分析,而且还派出有关人员,亲临卫星返回的落点现场察看,并向当时的目击者了解详细情况。获取回收卫星现场的实物和资料。在此基础上,对卫星的设计做了相应的改动。空间飞行器总体设计部仅用了半个月的时间,便完成了卫星裙部新的结构设计。尤其是当毛主席批准了第二颗返回式卫星发射计划后,经过各部门的加班加点,在粉碎“四人帮”的大喜大庆日子里,第二颗返回式卫星和运载火箭又顺利地运到了酒泉发射场。
经过发射场紧张的测试,1976年12月7日,中国的第二颗返回式卫星又竖起在发射架上。但这次发射,刚一开始便遇到很大的风险。
那天,离火箭点火发射还剩下最后2分钟时,指挥员下达了“摆杆摆动”的口令,操作员立即按下了启动摆杆的电钮,但是,发射架上的摆杆纹丝不动。操作员紧急着又按了一次电钮,摆杆还是不动。显然,摆杆已经失灵。在这万分紧急的情况下,指挥员果断下达了命令:“立即去人摆动摆杆!”
于是,地下室里的三名战士,如同在战场上听到了冲锋的口令、没有丝毫的犹豫,立即便冲出地下室,然后向几十米外的发射架冲去。
这时,由于火箭马上就要点火发射,塔架上的电梯已经全部断电,因此三位战士只好冒着生命危险,顺着塔架的扶梯,一口气爬上30米高的发射塔顶,然后用手强行使摆杆摆开。当完成这一系列动作之后,又紧接着转身跑回了地下室——前后仅用了短短的5分钟时间!
但是,当一切程序重新开始时,发射离预定时间已超过了十几分钟。显然,这对“发射窗口”造成了影响,给航区其他各个跟踪测量站也带来了麻烦。因此,是中止发射还是继续发射,地下指挥室里有了不同的意见,一时很难决定。
这时,空间飞行器总体设计部负责返回卫星综合测试的郑松辉同志,根据自己多年来丰富的经验,向指挥员大胆提出了自己的意见,认为卫星可以按原计划继续发射,并阐述了为什么可以发射的理由。
最后,指挥部采纳了郑松辉的意见,当即重新组织继续发射,结果,卫星在最佳时机内顺利起飞,并进入预定轨道。
入轨后的卫星绕着地球转了一圈又一圈,每运行一圈历时一个半小时,每天中午和子夜前后,各有四次飞越在中国的上空。每飞越一次,全国的地面跟踪测量站便进行紧张的测量。因此,西安渭南测控中心的全体指战员连续3天3夜都没合眼。但此次测控同样不顺,出现了两个很是棘手的问题:一是姿态控制系统的粍气量偏大,专家们担心卫星运行3天后再从天上返回地面时,返回姿态调整的用气量不够;二是为消除引起返回舱姿态偏差的干扰而新采取的措施失灵。这两个问题使测控专家们着实紧张了一阵子,但最后还是得到了解决,使卫星平安返回了人间。负责回收的工作人员乘坐直升飞机赶到现场后,对卫星的返回舱进行了认真的检查和测试,并取出舱内的片盒和磁记录器,经检查一切正常,整个返回舱完好无损,连一颗螺丝钉也不缺。
卫星圆满回收的当天,新华社受权宣布:“我国12月7日发射的一颗人造卫星已按预定计划准确返回地面”。“各跟踪、测量和控制台站以及参加回收工作的全体人员,认真操作,圆满地完成了回收任务。”
一年之后,即年1月26日,我国又一颗返回式卫星发射成功。当天,中央军委副主席叶剑英高兴地说:“这是科研工作1978年的开门红!”
接着,中国的专家们又开始了应用型返回式卫星的研制工作。并于年成功地发射了第一颗应用型返回式卫星。
此后,返回式卫星在中国的大地上一颗接一颗飞向太空。从1975年到1985年10年间,便发射了7颗返回式卫星。截至目前为止,共发射了16颗返回式卫星,而且,卫星回收的成功率达100%,这在全世界都是罕见的。
1986年秋,欧洲航天界人士与中国的航天专家任新民谈起中国的航天技术时,认为中国的航天技术有两件事了不起:一件是独立自主地研制出了氢氧发动机;另一件是独立自主地研制出了返回式卫星。
的确,返回式卫星是各类卫星中较为复杂的一种,它不仅要稳妥地发射上天,还要安全地返回地面;卫星中的数万个元件和零件,只要有一个在飞行中或返回途中出现故障,都会前功尽弃。
中国能在如此短的时间内研制成功,且回收的成功率达100%,确实表明中国的回收技术达到了相当高的水平。
然而,返回式卫星给中国带来的不仅仅是一种国际声誉,而且还在国民经济生活中发挥了巨大的作用,做出了很大的贡献。
应用卫星遥感技术的成果,多年来受到社会各界的欢迎,并在各个领域中产生了巨大的经济效益。装有空间遥感器的对地观察卫星,能为国民经济各部门和科研机构及时而准确地提供陆地和海洋的详细资料,并可以进行周期性的监测,为国家进行经济规划和制定宏观决策提供科学依据,使规划和计划更符合本国国情。这对加速国家经济建设,节约资金,提高宏观经济效益有着十分重要的作用,同时还将在诸多方面改变传统的工作方法和作业模式。80年代中期,我国就将卫星的遥感资料,广泛应用到科研和工农业生产各个领域,它包括国土普查、石油勘探、铁路选线、海洋海岸测绘,地图测绘、地质调查、电站选址、地震预报、草原及林区普查,甚至历史文物考古等等许多方面,可谓应用尽用,无处不涉。
例如:我国国土面积为960万平方公里,这是40年代地理教科书上的数字。但到底实际面积是多少?谁也搞不清楚。以耕地面积为例,连国家权威部门都有三个不同的数字,因此,为了尽快掌握国土资源情况,1985年和1986年两年,先后发射了两颗国土普查卫星,获取了大量全景黑白照片和彩色红外照片,为确定土地面积提供了有力的证据;广大地质工作者从建国初期开始,几十年过去了,却只完成了二十万分之一的全国地质图的64%。而利用国土普查卫星照片,则可以在较短的时间内制成各种比例的地质图。柴达木盆地的地质结构,直接参加的勘探人员26人,测量了568个点,作业了4个多月,才绘制出一张五万分之一的地质构造图。但若采用返回式卫星技术,只需卫星拍摄的一张照片就可以将此一目了然地反映出来;卫星照片若用于铁路选线,也可以节约里程,避开滑坡和断层。如果铁路选线节约1公里,投资便可节省100万至500万元。有的线路由于避开了滑坡和断层,一年甚至可以节省上亿元的各种费用;首都铜铁公司与有关部门,根据卫星遥感资料指示范围,然后进行实地勘察,结果在北京郊区找到了7个成矿预测区;冶金工业部参照卫星遥感资料,在内蒙古寻找金矿基地,同样收到了很好的效果。
利用返回式卫星在太空拍获的照片,不仅真实可靠,而且还具有分辨率高、覆盖面大、比例尺适中等优点。这些拍回的照片,不仅可以显示出渤海的波浪纹理,塘沽的盐田浓度、岱海的湖水山色,燕山的不同岩石,甚至利用卫星的遥感资料,还可以清晰地看到承德避暑山庄的围墙和树林,山海关附近的长城和大堡。
卫星照片还可提供大量的地震地质,地震灾害资料,对探索地震背景、深部地质结构和划分地震危险区等,都有重要的启示。并且,还可利用卫星照片发现古代遗迹,加速考古工作的研究。有一次专家们在采用卫星照片解译时,发现了金代的界壕和古城遗址,后经考古学家查证,确认了金代界壕和古城、是元朝至元七年忽必烈为其女儿鲁国大长公主兴建的应昌古城。
此外,我国版图辽阔,地形复杂,各种自然灾害可谓此起彼伏,常年不断。但由于有了卫星提供的独有根据,便大大提高和改善了各种灾害预报的及时性和有效性。例如:
1980年,国家测绘局、林业部、农业部等部门组织了100多名专业人员,仅用了两年时间,就利用卫星遥感图片,再结合航空遥感资料,对全国陆地、海域面积进行分析,后制出了耕地、林、草、水、居民等10类土地利用图。如果按常规方法做此项工作,将需要工作人员10万人,粍资人民币上亿元;
1981年四川洪水突发,长江中下游告急,在作荆江是否分洪的决策时,气象部门根据卫星资科,提供了准确的上游气象图,于是国务院据此作出了不分洪的决策。正是因为有了这一正确的决策,便避免了40万人搬迁和60万亩良田被淹,并节省搬迁费用1亿元人民币;
1983年7月,四川北部和陕西南部暴雨成灾,根据卫星资料,确定将灾害最严重的安康地区群众立即撤离,从而避免了群众生命财产的损失:
1986年广东汕头出现台风,由于根据卫星气象云图提前72小时作了准确预报,使3000多条船只及时安全返港,危险房屋居民及时撤离,3000多万亩水稻提前抢收,结果汕头地区减少损失10亿多元人民币;
成宝铁路北段自1956年建成以来,曾发生崩溃、滑坡、泥石流等灾害65次之多,中断行车累计4608小时,治理费竟达7.24亿元。但因始终弄不清原因,上述现象无法根治。后利用卫星照片,发现该区分布着3条断裂带,因此采取了相应技术措施,较好地防止了上述现象的重复发生;
1984年我国发射国土普查卫星后,在内蒙古乌尼特盆地发现新的煤田,储量34亿吨。在新疆发现了克拉玛依油田的4个新油带;
另外还有1982年的陕西暴雨、1984年淮河泛滥、1985年辽西河决堤、1986年松花江大水和内蒙、东北10多次森林火情监测以及1988年东北持续暴雨等等,都是利用卫星预报救灾,其经济效益达数亿元。仅1988年监测森林火灾这一项,就为国家减少经济损失1000多万元!
……
总之,由于我国返回式卫星的研制成功,不仅为国家不少部门提供了大量极其珍贵的信息,在某些研究领域为国家填补了空白,而且1987年8月5日,我国发射的又一颗返回式卫星,还为法国和联邦德国成功地进行了微重力搭载实验,从而首次实现了中国空间技术在国际上的商业服务。
这诚如叶剑英当年所言:“返回式卫星有功!”
1988年9月7日,载有中国第一颗“风云一号”太阳同步轨道气象卫星的“长征四号”火箭在太原卫星发射场点火升空。约国分钟后,广州气象卫星地面站就收到了卫星发回的信息,并于7时9分完成了第一圈环球运行,回到我国乌鲁木齐气象卫星地面站接收范围。此时,卫星拍摄到了一幅太阳刚刚从地平线升起的云图照片、从这幅照片上可以清晰地看到地球表面的暗影和云层。
“风云一号”卫星质量为750千克了外形为长1.4米,宽1.4米,高1.2米的六面体。卫星最大高度为2.078米,太阳电池阵伸展后最大长度为8.6米,根据任务的要求,“风云一号”卫星采用轨道高度为901公里、运行周期为102.86分、倾角为的度、偏心率小于0.005的近圆形太阳同步轨道。由于这种卫星自东向西逆地球自转方向运行的后退轨道,具有轨道平面和太阳光夹角保持不变以及卫星从相同方向经过同一纬度的当地时间相同的特点,因此,可以俯瞰整个地球表面,获取地面目标最好的图象。
“风云一号”气象卫星的发射成功,获取了可以和国外先进的同类卫星相媲美的清晰图象和对地面目标的观测能力,达到了预期的气象遥感试验的目的。它的成功,凝聚了这颗卫星的研制者和太原发射基地全体将士多年的心血,同时,它填补了我国应用气象卫星的空白,表明中国已掌握了太阳同步轨道卫星的发射技术,气象卫星的发展已迈出可喜的一步,标志着中国航天技术又取得了新成就。
至此,中国已掌握了科学实验卫星、返回式卫星、太阳同步轨道气象卫星三种不同的典型轨道的卫星研制和发射技术。
然而,堂堂的中华大国,却还没有同步通信卫星;那36000公里高的赤道上空,依然没有中华民族的一席之地。
于是,迅速抢占已经拥挤不堪的赤道上空,又成为中国一次艰难而悲壮的远征!
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