東方紅衛(wèi)星家族：櫛風(fēng)沐雨 茁壯成長(zhǎng)

文/ 紫曉

東方紅一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射成功后，隨著世界空間技術(shù)的快速發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，中央做出了盡快研制“東方紅二號(hào)”地球靜止軌道試驗(yàn)通信衛(wèi)星，在試驗(yàn)通信衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，研制實(shí)用性通信衛(wèi)星，以改變我國(guó)通信技術(shù)落后的狀況的重大決定。剛剛完成東方紅一號(hào)衛(wèi)星研制發(fā)射的中國(guó)空間技術(shù)研究院科技人員，在孫家棟、戚發(fā)軔、錢驥的組織領(lǐng)導(dǎo)下，啟步挺進(jìn)36000公里太空的新長(zhǎng)征，開(kāi)始了研制東方紅通信衛(wèi)星艱苦卓絕的戰(zhàn)斗。

“東方紅二號(hào)”：開(kāi)辟中國(guó)衛(wèi)星通信新時(shí)代

1984年1月29日，東方紅二號(hào)首發(fā)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心新建的工位上由新研制的長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射升空。遺憾的是由于火箭三子級(jí)二次點(diǎn)火失敗，使東方紅二號(hào)衛(wèi)星?？吭谝粋€(gè)無(wú)用的軌道上。盡管衛(wèi)星發(fā)射失利，但是仍然完成了大量的技術(shù)試驗(yàn)，這些試驗(yàn)充分驗(yàn)證了衛(wèi)星方案的正確性。

在初戰(zhàn)失利的情況下，航天人沒(méi)有氣餒，他們擦干了淚水，又開(kāi)始了新的戰(zhàn)斗。由于東方紅二號(hào)試驗(yàn)通信衛(wèi)星一次研制了兩顆，因此，時(shí)隔三個(gè)月后，1984年4月8日，第二顆東方紅二號(hào)試驗(yàn)通信衛(wèi)星升上了太空，16日18時(shí)27分57秒，衛(wèi)星定點(diǎn)在東經(jīng)125度赤道上空。廣袤的太空，終于有了中國(guó)第一顆靜止軌道通信衛(wèi)星。

東方紅二號(hào)試驗(yàn)通信衛(wèi)星發(fā)射成功，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)衛(wèi)星通信事業(yè)劃時(shí)代的革命，使我國(guó)成為世界上第五個(gè)能夠發(fā)射靜止軌道通信衛(wèi)星的國(guó)家之一，縮短了與世界上研制靜止軌道通信衛(wèi)星國(guó)家技術(shù)水平上的差距。

衛(wèi)星定點(diǎn)后，有關(guān)部門先后進(jìn)行了20多天的通信信息傳輸試驗(yàn)，試驗(yàn)經(jīng)過(guò)表明，衛(wèi)星技術(shù)指標(biāo)完全滿足設(shè)計(jì)要求。張愛(ài)萍利用衛(wèi)星與新疆維吾爾自治區(qū)黨委書記王恩茂通了電話，國(guó)務(wù)院還在人民大會(huì)堂召開(kāi)了隆重的慶祝大會(huì)，這些都極大地鼓舞了中國(guó)空間技術(shù)研究院向更高的目標(biāo)攀登。

東方紅二號(hào)試驗(yàn)通信衛(wèi)星運(yùn)行周期為24小時(shí)，軌道傾角為零度，在工作壽命期內(nèi)，保持經(jīng)度偏差和緯度偏差均不超過(guò)正負(fù)1度，衛(wèi)星可轉(zhuǎn)發(fā)電視、廣播、電話、電報(bào)、數(shù)傳、傳真等各種模擬和數(shù)字通信信息。衛(wèi)星選擇雙自旋穩(wěn)定方式，選用全球覆蓋通信天線，轉(zhuǎn)發(fā)器采用中頻轉(zhuǎn)發(fā)式，以實(shí)現(xiàn)高增益放大；采用微波統(tǒng)一載波體制和綜合利用的無(wú)線電系統(tǒng)方案，以減少星上設(shè)備功耗、重量、體積和載波頻率，避免無(wú)線電干擾；采用備份設(shè)計(jì)，以提高可靠性和保證壽命。值得一提的是，這顆衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命2年的衛(wèi)星，實(shí)際工作壽命大大超過(guò)了設(shè)計(jì)要求。

1986年，我國(guó)發(fā)射成功東方紅二號(hào)實(shí)用通信衛(wèi)星。東方紅二號(hào)實(shí)用通信衛(wèi)星與試驗(yàn)通信衛(wèi)星相比，技術(shù)上有了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。衛(wèi)星結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)通信衛(wèi)星相似，只是采用了覆蓋我國(guó)國(guó)內(nèi)領(lǐng)土的窄波束拋物面天線，從而提高了波束的等效輻射功率，極大地提高了通信容量、通信地面站的信號(hào)強(qiáng)度和接受電視圖像的質(zhì)量，其傳輸質(zhì)量超過(guò)了當(dāng)時(shí)我國(guó)租用的“國(guó)際通信衛(wèi)星”。原來(lái)接收東方紅二號(hào)試驗(yàn)通信衛(wèi)星的電視圖像需要使用10米直徑的天線，而實(shí)用通信衛(wèi)星只需要3米。

▲ 東方紅三號(hào)衛(wèi)星

1988年3月后，我國(guó)連續(xù)發(fā)射成功3顆東方紅二號(hào)甲實(shí)用通信衛(wèi)星。這些衛(wèi)星采用了新的設(shè)計(jì)方案，性能不斷增強(qiáng)，壽命不斷延長(zhǎng)，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器由2個(gè)增加到4個(gè)，使電視轉(zhuǎn)播能力由2個(gè)頻道增加到4個(gè)，電話傳輸能力由1000路增加到3000路，設(shè)計(jì)壽命由3年增加到4年半，使中國(guó)衛(wèi)星通信事業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。

同時(shí)，利用東方紅二號(hào)通信衛(wèi)星平臺(tái)，我國(guó)先后研制了多顆“風(fēng)云”系列靜止軌道氣象衛(wèi)星。至今，我國(guó)風(fēng)云二號(hào)氣象衛(wèi)星仍然沿用該平臺(tái)，為我國(guó)的大氣環(huán)境和自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)、氣候預(yù)報(bào)做出了巨大貢獻(xiàn)。

“東方紅三號(hào)”：打響“太空保衛(wèi)戰(zhàn)”

20世紀(jì)80年代末，改革開(kāi)放步步深入，引發(fā)了國(guó)內(nèi)對(duì)通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的更高需求，一時(shí)間，國(guó)外通信衛(wèi)星制造商紛紛來(lái)中國(guó)“淘金”，一場(chǎng)“買星”還是“造星”的爭(zhēng)論在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)。在國(guó)外通信衛(wèi)星紛紛搶占中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)通信衛(wèi)星制造業(yè)面對(duì)生死存亡的嚴(yán)峻態(tài)勢(shì)下，中國(guó)航天人勇敢地踏上了通信衛(wèi)星東方紅三號(hào)的方案論證和技術(shù)攻關(guān)之路，打造“爭(zhēng)氣星”，他們堅(jiān)信，只有研制自己的通信衛(wèi)星，才能擺脫受制于人的局面。

到底搞一個(gè)什么樣的衛(wèi)星？在研制衛(wèi)星方案階段，中國(guó)空間技術(shù)研究院的專家認(rèn)為，如果我們按常規(guī)的衛(wèi)星研制思路來(lái)走，就永遠(yuǎn)落在世界水平后邊，只有跨過(guò)傳統(tǒng)的發(fā)展階段，才能迎頭趕上國(guó)際空間事業(yè)的腳步。要搞就不能走衛(wèi)星研制的常規(guī)發(fā)展階段，要搞就要世界先進(jìn)水平!因此，“東方紅三號(hào)”從20世紀(jì)60年代水平起步，瞄準(zhǔn)當(dāng)時(shí)的80年代的水平。

他們大膽提出了衛(wèi)星攜帶24個(gè)C頻段通信轉(zhuǎn)發(fā)器，采用公用艙技術(shù)、全三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制和液體雙組元統(tǒng)一推進(jìn)系統(tǒng)等國(guó)際上最先進(jìn)的通信衛(wèi)星技術(shù)，研制出一顆具有國(guó)際20世紀(jì)80年代水平的通信衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)我國(guó)地球靜止軌道通信衛(wèi)星研制技術(shù)的新跨越。這就是說(shuō)，要用8年時(shí)間，使“東方紅三號(hào)”衛(wèi)星從當(dāng)時(shí)我國(guó)通信衛(wèi)星只有國(guó)際上20世紀(jì)60年代的水平，一步跨入80年代。

中國(guó)空間技術(shù)的發(fā)展史不能不大書特書這一天——1997年5月12日，我國(guó)自行研制的新一代中容量通信衛(wèi)星東方紅三號(hào)終于在西昌發(fā)射成功。5月20日15時(shí)01分，“東方紅三號(hào)”經(jīng)過(guò)漫漫的征程，終于到達(dá)了它的“太空泊位”，成功地定點(diǎn)于東經(jīng)125度赤道上空。茫茫太空，終于又有了一顆中國(guó)新星。中國(guó)通信衛(wèi)星事業(yè)終于邁出了堅(jiān)毅的第二步。

▲ 東方紅四號(hào)大容量通信衛(wèi)星

▲ 東方紅四號(hào)平臺(tái)衛(wèi)星在測(cè)試

東方紅三號(hào)通信廣播衛(wèi)星的發(fā)射成功，無(wú)論對(duì)于我國(guó)的空間事業(yè)還是通信衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)，都是一個(gè)歷史性的勝利。首先，解了我國(guó)通信衛(wèi)星市場(chǎng)的燃眉之急，極大地緩解了國(guó)內(nèi)通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器短缺的矛盾，并占領(lǐng)了絕佳的太空軌道位置。其次，對(duì)于搶占我國(guó)通信衛(wèi)星市場(chǎng)意義重大。第三，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)通信衛(wèi)星研制技術(shù)的大跨越。

“東方紅三號(hào)”實(shí)現(xiàn)了從“東方紅二號(hào)”攜帶四個(gè)通信轉(zhuǎn)發(fā)器，壽命四年半，到攜帶24個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，壽命8年的大步跨越。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)地球靜止軌道衛(wèi)星從自旋穩(wěn)定型到三軸穩(wěn)定型的飛躍，特別是衛(wèi)星公用平臺(tái)設(shè)計(jì)思想的采用，使得衛(wèi)星平臺(tái)在一定的質(zhì)量和功耗范圍內(nèi)，可適用于不同有效載荷的多類型衛(wèi)星，大大拓寬了該衛(wèi)星平臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域。

東方紅三號(hào)平臺(tái)是我國(guó)通信衛(wèi)星功勛平臺(tái)?；跂|方紅三號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)共成功發(fā)射了中星20號(hào)、22號(hào)通信衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、數(shù)據(jù)與中繼衛(wèi)星、嫦娥月球探測(cè)衛(wèi)星等30余顆各類衛(wèi)星。

“東方紅四號(hào)”：打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)大門

為適應(yīng)國(guó)內(nèi)外通信衛(wèi)星市場(chǎng)持續(xù)發(fā)展的需要，縮短我國(guó)與現(xiàn)今航天國(guó)家在通信衛(wèi)星領(lǐng)域的差距，中國(guó)空間技術(shù)研究院就開(kāi)始進(jìn)行大型靜止軌道通信廣播衛(wèi)星“東方紅四號(hào)”公用平臺(tái)技術(shù)的研制開(kāi)發(fā)工作。2001年1月，在完成前期技術(shù)攻關(guān)的基礎(chǔ)上，衛(wèi)星方案通過(guò)評(píng)審，開(kāi)始研制。

東方紅四號(hào)通信衛(wèi)星是我國(guó)第三代通信廣播衛(wèi)星，攜帶48個(gè)通信轉(zhuǎn)發(fā)器，壽命15年，有效載荷將以直播和通信為主。在進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)的同時(shí)，還采用成熟技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，形成了我國(guó)新一代大容量、長(zhǎng)壽命通信廣播衛(wèi)星公用平臺(tái)。該平臺(tái)在設(shè)計(jì)思想上，堅(jiān)持通用性、繼承性、擴(kuò)展性、及時(shí)性和先進(jìn)性的原則，平臺(tái)功能與當(dāng)時(shí)國(guó)際上同類衛(wèi)星先進(jìn)平臺(tái)水平相當(dāng)，適用于大容量通信廣播衛(wèi)星、第二代直播衛(wèi)星、移動(dòng)通信衛(wèi)星等地球靜止軌道衛(wèi)星通信任務(wù)，可以在短期內(nèi)形成小批量生產(chǎn)能力。

通天的路是不平坦的。2006年10月29日，東方紅四號(hào)平臺(tái)首星鑫諾二號(hào)衛(wèi)星和2007年5月14日，尼日利亞衛(wèi)星一號(hào)兩次發(fā)射失利后，中國(guó)航天人背負(fù)著巨大的壓力，繼續(xù)攻堅(jiān)的戰(zhàn)斗。2008年10月30日，基于東方紅四號(hào)平臺(tái)的委內(nèi)瑞拉衛(wèi)星一號(hào)發(fā)射成功，2008年12月在軌交付。委內(nèi)瑞拉通信衛(wèi)星全面應(yīng)用并驗(yàn)證了東方紅四號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)及有效載荷技術(shù)，標(biāo)志著我國(guó)通信衛(wèi)星平臺(tái)能力得到了跨越式的提升。這顆衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量5050千克，輸出功率約8千瓦，設(shè)計(jì)壽命15年，有效載荷包含12臺(tái)Ku、14路C和2路Ka頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，總體性能達(dá)到了同時(shí)期國(guó)際同類通信衛(wèi)星的先進(jìn)水平。

▲ 基于東方紅四號(hào)平臺(tái)研制的玻利維亞通信衛(wèi)星

東方紅四號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)將通信衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命從“東方紅三號(hào)”的8年，提高到15年，功率從1700瓦一下子提高到1萬(wàn)瓦。載荷承載能力從230千克提高到600千克。

東方紅四號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)優(yōu)異的性能得到了國(guó)際用戶的廣泛認(rèn)可，自“委星一號(hào)”開(kāi)始，我國(guó)打開(kāi)了向世界出口衛(wèi)星的通道，衛(wèi)星技術(shù)不再為歐美壟斷。目前，中國(guó)航天已相繼參與了數(shù)十個(gè)國(guó)際商業(yè)通信衛(wèi)星招投標(biāo)項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)，先后為尼日利亞、委內(nèi)瑞拉、巴基斯坦、玻利維亞、白俄羅斯等國(guó)家研制了國(guó)際商業(yè)通信衛(wèi)星，還簽訂了老撾、尼加拉瓜、剛果、亞太142E等10余個(gè)通信衛(wèi)星研制商業(yè)合同。采用東方紅四號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)研制的在軌運(yùn)行的民/商用通信衛(wèi)星，覆蓋亞洲、非洲中西部及南部、南美洲，覆蓋全球約80%的陸地面積和90%以上的人口。

“東方紅五號(hào)”：著眼未來(lái)再發(fā)力

跟蹤前沿技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，在一些技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)超越是東方紅衛(wèi)星幾十年來(lái)跨越發(fā)展的必然選擇，更是中國(guó)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)的致勝法寶。著眼于未來(lái)發(fā)展的需要，2010年，可裝載100多路通信轉(zhuǎn)發(fā)器的東方紅五號(hào)平臺(tái)開(kāi)始立項(xiàng)研制。

東方紅五號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)是為了適應(yīng)下一代大型地球同步軌道通信衛(wèi)星和對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星等需求，而研制的新一代大型地球同步軌道桁架式超大型衛(wèi)星平臺(tái)。該平臺(tái)使用了多項(xiàng)新技術(shù)，如電推進(jìn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)熱管和可展開(kāi)式熱輻射器技術(shù)，二維二次展開(kāi)半剛性太陽(yáng)翼、全管理貯箱、新一代電源控制器技術(shù)、綜合電子技術(shù)等，具有“高承載、高功率、高散熱、高控制精度、長(zhǎng)壽命、可擴(kuò)展、多適應(yīng)”等特點(diǎn)，分艙模塊化加桁架式主承力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，提高了多種載荷的適應(yīng)性縮短研制周期，平臺(tái)能力和技術(shù)指標(biāo)均處于國(guó)際先進(jìn)水平。

與上一代東方紅四號(hào)通信衛(wèi)星平臺(tái)不同的是，東方紅五號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)將由“東方紅四號(hào)”的5噸重量增加到7噸，結(jié)構(gòu)也將由承力筒結(jié)構(gòu)變?yōu)殍旒芙Y(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能帆板也由雙側(cè)帆板，單側(cè)四塊增加到單側(cè)五塊，其帆板打開(kāi)復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了東方紅四號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)，而且在首星“實(shí)踐18號(hào)”上采用霍爾推進(jìn)電推發(fā)動(dòng)機(jī)的驗(yàn)證和量子通信的相關(guān)測(cè)試，另外包括激光通信及高達(dá)70兆比特每秒的帶寬也使東方紅五號(hào)成為通信衛(wèi)星里的巨無(wú)霸，有效載荷將由“東方紅四號(hào)”的600—800多千克增加到1.5噸，該衛(wèi)星平臺(tái)和美國(guó)的波音 BSS702和歐洲泰利斯SpaceBus4000平臺(tái)相當(dāng)。

2017年7月2日，東方紅五號(hào)平臺(tái)衛(wèi)星首星實(shí)踐18號(hào)衛(wèi)星在海南文昌首次發(fā)射。遺憾的是由于長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射失利，衛(wèi)星沒(méi)有進(jìn)入軌道。

2018年無(wú)疑將是東方紅衛(wèi)星發(fā)展具有劃時(shí)代意義的年份。按計(jì)劃，今年我國(guó)將用長(zhǎng)征五號(hào)遙三火箭發(fā)射實(shí)踐20號(hào)衛(wèi)星，而實(shí)踐20號(hào)是東方紅五號(hào)公用平臺(tái)研制的一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，這次發(fā)射將對(duì)東方紅五號(hào)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行全面驗(yàn)證。