東方紅三號(hào)：造國(guó)產(chǎn)“爭(zhēng)氣星”首創(chuàng)公用平臺(tái)

文 / 吳琳

如果說東方紅二號(hào)衛(wèi)星使我國(guó)掌握了地球靜止軌道通信衛(wèi)星技術(shù)，那么，東方紅三號(hào)這顆新一代通信衛(wèi)星則讓中國(guó)實(shí)現(xiàn)了“趕上20世紀(jì)80年代通信衛(wèi)星國(guó)際水平”的目標(biāo)。

它是我國(guó)第一顆面向全社會(huì)的民用衛(wèi)星，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，首創(chuàng)了衛(wèi)星公用平臺(tái)設(shè)計(jì)思想。

東方紅三號(hào)公用衛(wèi)星平臺(tái)除已應(yīng)用于“中星”“天鏈”系列通信衛(wèi)星外，還應(yīng)用在北斗系列導(dǎo)航衛(wèi)星和嫦娥月球探測(cè)器項(xiàng)目中。

不“買星”，要“造星”

從1981年開始，一場(chǎng)曠日持久、歷時(shí)5年的關(guān)于“買星”還是“造星”的爭(zhēng)論，在國(guó)內(nèi)沸沸揚(yáng)揚(yáng)地展開了。

國(guó)家一些部門的負(fù)責(zé)人從價(jià)值規(guī)律出發(fā)，提出租用衛(wèi)星或者購(gòu)買衛(wèi)星來得快還可能又好又便宜。但航天部門的專家們認(rèn)為，中國(guó)在核心領(lǐng)域、戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)方面應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持自主發(fā)展的道路，通信衛(wèi)星關(guān)乎國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈和空間安全，理應(yīng)把“國(guó)產(chǎn)”作為國(guó)內(nèi)用戶的首選，這是提升國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的需要，也是壯大空間技術(shù)隊(duì)伍、提高空間技術(shù)能力的需要。另外，中國(guó)一旦全面啟動(dòng)“買星”項(xiàng)目，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的研制生產(chǎn)能力將遭遇空前打擊，通信衛(wèi)星的市場(chǎng)乃至許多空間技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇，將可能喪失殆盡。

但國(guó)家廣電部門還是派人出國(guó)考察，向美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)公司招標(biāo)，準(zhǔn)備購(gòu)買外星，理由是：國(guó)產(chǎn)東方紅二號(hào)通信衛(wèi)星與國(guó)外通信衛(wèi)星差距很大。

當(dāng)時(shí)，東方紅二號(hào)的通信用C波段轉(zhuǎn)發(fā)器雖然已經(jīng)由2個(gè)增加至4個(gè)，承擔(dān)了30路對(duì)外廣播，中央電視臺(tái)一、二套節(jié)目和8000多部衛(wèi)星電話的傳輸任務(wù)，但是比起當(dāng)時(shí)國(guó)外具有二三十個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的先進(jìn)衛(wèi)星，性能確實(shí)遜色不少。

關(guān)鍵時(shí)刻，航天專家們挺身而出，懇請(qǐng)國(guó)家給中國(guó)航天人一個(gè)平臺(tái)、一次機(jī)會(huì)。1985年7月2日，航天部副部長(zhǎng)孫家棟在“關(guān)于廣播衛(wèi)星中外技術(shù)合作方案討論會(huì)”上明確提出：“要以我為主，盡快拿出通信衛(wèi)星?！彪S即向國(guó)家上報(bào)《我國(guó)已具備以我為主研制發(fā)射通信衛(wèi)星的能力》的“請(qǐng)戰(zhàn)書”。

10月5日，國(guó)家科委主任宋健在航天部主持會(huì)議，討論“買星”還是“造星”的問題。兩方代表最終不歡而散，這場(chǎng)“通天”的“官司”打到了國(guó)務(wù)院。

1986年3月7日，國(guó)務(wù)院副總理李鵬主持召開國(guó)家電子振興領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)議，把“造星”和“買星”的兩份報(bào)告拿出來讓大家討論，意見仍然難以統(tǒng)一。最后，李鵬拍了板：要依靠中國(guó)自己的力量研制新一代通信廣播衛(wèi)星！

3月31日，國(guó)務(wù)院下發(fā)文件，明確通信衛(wèi)星要靠“中國(guó)造”。

終于揚(yáng)眉吐氣

在“買星”還是“造星”大討論之后，廣電部門雖然同意使用國(guó)內(nèi)自研衛(wèi)星，但同時(shí)提出幾個(gè)要求：一是衛(wèi)星的水平不能比國(guó)外低，二是價(jià)格要比從國(guó)外買便宜。

▲ 2019年，天鏈二號(hào)01星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭送入太空

廣電部門曾計(jì)劃購(gòu)買的外星是國(guó)際上最先進(jìn)的——載有24個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器、采用三軸穩(wěn)定技術(shù)、液體燃料雙組元推進(jìn)系統(tǒng)、壽命在8年以上。而當(dāng)時(shí)我國(guó)的衛(wèi)星，轉(zhuǎn)發(fā)器只有2個(gè)，壽命3年，固體燃料推進(jìn)，控制方式是相對(duì)容易的自旋穩(wěn)定，容量上也小很多。也就是說，要想一步跨到世界先進(jìn)水平，幾乎所有的關(guān)鍵技術(shù)都要從頭做起。這個(gè)難度在國(guó)外航天史上也是極其罕見的。

光陰似箭，幾年間，航天人日夜攻關(guān)，解決了上百個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，啃下了硬骨頭課題10余項(xiàng)，如果把衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)部下發(fā)到各分系統(tǒng)的任務(wù)書摞在一起，可以搭一堵2米多高的書墻。

1994年11月30日凌晨1點(diǎn)03分，長(zhǎng)征三號(hào)甲火箭一飛沖天，成功將東方紅三號(hào)衛(wèi)星首星送入預(yù)定軌道。但情況不像人們期待的那么好。衛(wèi)星在成功實(shí)施了第一次遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火之后，由于姿控推力器泄露，衛(wèi)星姿態(tài)失控。之后，衛(wèi)星試驗(yàn)隊(duì)又進(jìn)行了多次挽救，包括重新編程序，然后傳到星上去替代原來程序這樣的“大手術(shù)”。最后衛(wèi)星雖到達(dá)3.6萬公里的地球同步軌道，但終因推進(jìn)劑耗盡無法定點(diǎn)而宣告失敗。

1995年1月7日，新華社發(fā)了一條文字很少的消息——《推力器泄漏 燃料耗盡 東方紅三號(hào)衛(wèi)星未能投入使用》。

禍不單行,中國(guó)航天在隨后幾次發(fā)射中也接連失利，三年之中四走麥城。國(guó)外通信衛(wèi)星巨頭們趁機(jī)大肆“淘金”，無一例外地在北京設(shè)立了辦事處。

從技術(shù)上看，這段“黑色”歲月的連續(xù)失利有一定客觀性。20世紀(jì)80年代立項(xiàng)研制的各種型號(hào)，在技術(shù)上都上了一個(gè)很大的臺(tái)階，到了90年代，這些型號(hào)陸續(xù)進(jìn)入飛行試驗(yàn)階段，技術(shù)關(guān)鍵久攻不破，直接或間接地造成了型號(hào)試驗(yàn)的早期失敗。同時(shí)，管理薄弱也是質(zhì)量形勢(shì)嚴(yán)峻的一個(gè)不可忽視的因素。因此，航天部門采取了一系列特定的質(zhì)量控制措施。其中，著名的“雙五條”航天歸零標(biāo)準(zhǔn)就出自這一時(shí)期。

一邊分析問題，一邊擦干淚水，頂住壓力，航天人繼續(xù)攻關(guān)。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，模擬仿真試驗(yàn)，徹底改進(jìn)部件，進(jìn)行全星熱試車考核……1997年，第二顆東方紅三號(hào)衛(wèi)星出廠了。

5月12日夜，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，準(zhǔn)備就緒的東方紅三號(hào)02星在震天動(dòng)地的巨吼聲中被穩(wěn)穩(wěn)地送入了太空。5月20日，衛(wèi)星成功定點(diǎn)于東經(jīng)125度赤道上空。

與“東方紅二號(hào)甲”相比，東方紅三號(hào)衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量增加了6倍，設(shè)計(jì)壽命延長(zhǎng)了2倍，不但緩解了中國(guó)衛(wèi)星通信的緊張狀況，更使中國(guó)通信衛(wèi)星水平一下子跨越了20年。

東方紅三號(hào)衛(wèi)星的利用率非常高，24個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器全部投入使用。其中22個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器用于中央、各省市、邊遠(yuǎn)地區(qū)一級(jí)干線的公眾通信業(yè)務(wù)，1個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器用于體育比賽轉(zhuǎn)播等臨時(shí)性電視節(jié)目傳送，另一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器用于臨時(shí)性電視節(jié)目傳送和VSAT通信。當(dāng)時(shí)觀眾每周看到的全國(guó)足球甲級(jí)聯(lián)賽就是利用這顆通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)播的。

東方紅三號(hào)衛(wèi)星在保衛(wèi)我國(guó)上空寶貴軌道位置上功不可沒，同時(shí)也帶動(dòng)了我國(guó)電子、材料、機(jī)械和加工工藝等領(lǐng)域技術(shù)水平的提高。這一成功還表明我國(guó)已具備研制更為先進(jìn)的大容量通信衛(wèi)星的水平，衛(wèi)星某些單項(xiàng)研制技術(shù)，已具備與國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)的能力。

“東方紅三號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射成功，標(biāo)志著中國(guó)衛(wèi)星研制開始真正進(jìn)入國(guó)際衛(wèi)星俱樂部?！泵绹?guó)一家報(bào)紙如此評(píng)論。

另外值得一提的是，我國(guó)開始有了衛(wèi)星公用平臺(tái)的概念。

在這之前，衛(wèi)星的各種分系統(tǒng)和載荷都是混裝在一起的。后來我國(guó)航天人借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，將“東三”打造成“三居室”，分成服務(wù)艙、推進(jìn)艙、通信艙。通信艙主要用來裝有效載荷，其余兩艙共同構(gòu)成公用服務(wù)平臺(tái)。

公用平臺(tái)設(shè)計(jì)理念的首次應(yīng)用使“東三”有了較大的適應(yīng)性，在一定的重量和功耗范圍內(nèi)可用于不同有效載荷的多種衛(wèi)星，也使衛(wèi)星的研制周期縮短，性價(jià)比提高。如今，“東四”“東五”等依然繼續(xù)沿用這種衛(wèi)星平臺(tái)的設(shè)計(jì)理念，性能更加先進(jìn)。

太空中的“高清視頻轉(zhuǎn)播車”

2013年6月20日上午10點(diǎn)，一堂來自太空的授課正在進(jìn)行中。坐在教室內(nèi)的中小學(xué)生瞪大了眼睛好奇地盯著電視機(jī)屏幕，屏幕上執(zhí)行神舟十號(hào)飛船任務(wù)的女航天員王亞平，正在講授著太空物理課。真實(shí)、生動(dòng)的內(nèi)容不時(shí)讓學(xué)生們發(fā)出陣陣歡快的笑聲和嘖嘖的驚嘆聲。

直播畫面是用天鏈一號(hào)中繼衛(wèi)星回傳到地面的。在40分鐘的授課時(shí)間里，飛船已走了半個(gè)地球，如果僅僅依靠地面站，最多只能傳輸7、8分鐘的數(shù)據(jù)，只有靠中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，才能實(shí)時(shí)且不中斷地傳輸聲音和圖像，而且畫面清晰穩(wěn)定。

中繼衛(wèi)星的全稱是跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，相當(dāng)于一個(gè)天上的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，可為衛(wèi)星、飛船等航天器提供數(shù)據(jù)中繼和測(cè)控服務(wù)，能夠極大地提高各類衛(wèi)星使用效益和應(yīng)急能力，實(shí)現(xiàn)資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等星上數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)下傳。

作為東方紅三號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)搭載的明星產(chǎn)品，天鏈衛(wèi)星的應(yīng)用價(jià)值非常大。

如果說過去的載人航天工程天地通信是“鄉(xiāng)間小路”，中繼衛(wèi)星建立的“空—空—地”的傳輸鏈路就是“雙向高速公路”，可更快更高效地完成信息傳達(dá)，電子郵件、視頻通話等天地之間溝通交流的方式變得更加多樣化。

天鏈一號(hào)01星于2008年發(fā)射，以試驗(yàn)星的身份為神舟七號(hào)飛船保駕護(hù)航，在飛船第一圈繞地飛行時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了星上自動(dòng)跟蹤。而當(dāng)時(shí)美國(guó)人的中繼星只是實(shí)現(xiàn)了天線的程序跟蹤，需要先在地面設(shè)計(jì)好程序，上天后直接按照程序計(jì)算，還沒有實(shí)現(xiàn)星上自動(dòng)跟蹤。

隨后，天鏈一號(hào)02星、03星分別于2011年、2012年發(fā)射成功，與天鏈一號(hào)01星組成三星系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全軌道覆蓋，也使我國(guó)成為繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)擁有全球組網(wǎng)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國(guó)家。

天鏈一號(hào)三星組網(wǎng)運(yùn)行后，提供了優(yōu)質(zhì)而穩(wěn)定的數(shù)據(jù)中繼服務(wù)。2016年1月9日，習(xí)近平總書記與在天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)執(zhí)行任務(wù)的兩位航天員通話，聲音清晰，傳輸順暢。

2016年11月22日，作為三星組網(wǎng)的備份星天鏈一號(hào)04星發(fā)射升空。

其實(shí)，“天鏈一號(hào)”的作用還有很多。例如，航天器在太空中出現(xiàn)故障，搶救時(shí)機(jī)一般都以秒計(jì)算，一旦錯(cuò)過就可能造成無法挽回的損失。隨著我國(guó)在軌衛(wèi)星數(shù)量的增多、應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，中繼衛(wèi)星的使用將使航天器測(cè)控能力獲得極大的提升?！疤戽溡惶?hào)”可從資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星等衛(wèi)星上獲取大量數(shù)據(jù)。而在此之前，只有在衛(wèi)星經(jīng)過地面站上空時(shí)，數(shù)據(jù)才能下傳，大批量數(shù)據(jù)下傳就要依靠地面站接力的方式。如果發(fā)生嚴(yán)重自然災(zāi)害或不可抗拒因素，就會(huì)失掉觀測(cè)、收集及處置最佳時(shí)機(jī)。

為了給用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，適應(yīng)未來太空探索的更多需求，性能更好、質(zhì)量更高的第二代中繼衛(wèi)星項(xiàng)目也在緊鑼密鼓地推進(jìn)中。2019年，天鏈二號(hào)01星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭送入太空，并成功進(jìn)入地球同步軌道。

▲ 太空授課

▲ 習(xí)近平與航天員進(jìn)行天地通話