“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星和它的“星”伙伴

◆本刊綜合

你知道嗎？太空中的一些衛(wèi)星是人造的。我國(guó)目前有數(shù)百顆人造衛(wèi)星，最早與世人見(jiàn)面的是“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星。

50年前，它由長(zhǎng)征一號(hào)運(yùn)載火箭送入太空，一曲嘹亮的《東方紅》響徹寰宇、震動(dòng)世界。我國(guó)由此成為世界上第5個(gè)自主研制并發(fā)射人造衛(wèi)星的國(guó)家，叩開(kāi)了通往浩瀚太空的大門(mén)。

之后，通信、氣象、導(dǎo)航、高分、空間科學(xué)等各類(lèi)衛(wèi)星相繼升空，陪伴“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星。它們和“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星組成中國(guó)衛(wèi)星大家庭，在太空中各司其職，各顯神通。

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星

“東方紅，太陽(yáng)升……”每年4月24日，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星都會(huì)自帶背景音樂(lè)出現(xiàn)在北京上空。

作為我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星有不少過(guò)人之處。用現(xiàn)在的時(shí)髦說(shuō)法，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星整個(gè)系統(tǒng)的完成度非常高。

自身重，軌道高

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星一“出生”便站到了一個(gè)高起點(diǎn)上，它總重173千克，超過(guò)了蘇聯(lián)、美國(guó)、法國(guó)、日本四個(gè)國(guó)家發(fā)射的第一顆衛(wèi)星的總質(zhì)量之和。

我國(guó)用長(zhǎng)征一號(hào)運(yùn)載火箭成功將“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星送入近地點(diǎn)439千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)2384千米軌道上，比美國(guó)、蘇聯(lián)發(fā)射衛(wèi)星的軌道都要高。時(shí)至今日，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星還在軌道上飛行，并可能繼續(xù)飛行數(shù)百年。

“歌聲”聽(tīng)得見(jiàn)

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星在太空中播放《東方紅》，這“歌聲”能被地面上的人們聽(tīng)見(jiàn)呢。在當(dāng)時(shí)，衛(wèi)星能做到這樣可不容易。這是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

科研人員從火車(chē)站的鐘聲中受到啟發(fā)，用電子線路模擬鋁板琴奏出明快悅耳的《東方紅》。在太空中，《東方紅》樂(lè)曲的電磁波波段的信號(hào)由“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星的短波發(fā)射器發(fā)送，再由大型地面站接收，通過(guò)廣播電臺(tái)轉(zhuǎn)播的方式讓全國(guó)人民收聽(tīng)。

衛(wèi)星樂(lè)音短波遙測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星“歌聲”聽(tīng)得見(jiàn)的主要結(jié)構(gòu)。為了拿下這個(gè)課題，科研人員將其逐一分解，通過(guò)上百次試驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證、改進(jìn)，最終用簡(jiǎn)單的元器件實(shí)現(xiàn)了這一“高科技”。

看得見(jiàn)

如果你爸爸告訴你他親眼見(jiàn)過(guò)“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星，應(yīng)該不是在吹牛哦。

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星的外形為近似球體的72面體，盡管這種設(shè)計(jì)能使它在旋轉(zhuǎn)時(shí)閃閃發(fā)光，但由于它的直徑只有1米，本體亮度只相當(dāng)于六等星，人們很難用肉眼看到它。

但是，聰明的中國(guó)人自有辦法。原七機(jī)部第八設(shè)計(jì)院（現(xiàn)中國(guó)航天科技集團(tuán)五院508所）的專(zhuān)家們想出了“借箭顯星”的妙招，讓長(zhǎng)征一號(hào)運(yùn)載火箭第三級(jí)跟“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星一起入軌，只要能找到火箭，就能找到“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星。

專(zhuān)家們做了一條聚酰亞胺綢“圍裙”，用它把第三級(jí)火箭包起來(lái)，在表面鍍上鋁?；鸺S“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星入軌后，隨著“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)，“圍裙”會(huì)撐開(kāi)，直徑達(dá)4米。經(jīng)陽(yáng)光照射發(fā)光，火箭的亮度接近可觀察的二等星，火箭與“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星相距不遠(yuǎn)，人們仔細(xì)尋找，也許能看到“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星。

1970年4月25日20點(diǎn)29分，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星飛經(jīng)北京上空，國(guó)人沸騰。在全國(guó)各地，人們激動(dòng)地仰望天空，期盼能找到這顆中國(guó)星。

如今，許多天文愛(ài)好者仍對(duì)觀測(cè)“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星樂(lè)此不疲。在天氣晴好的日子，他們還會(huì)拍攝這顆衛(wèi)星經(jīng)過(guò)祖國(guó)上空的照片。

另外，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星在跟蹤手段、信號(hào)傳輸形式和星上溫控系統(tǒng)等技術(shù)方面均超過(guò)了美國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)首顆衛(wèi)星的水平。

看直播沒(méi)它不行——通信衛(wèi)星

沒(méi)有通信衛(wèi)星，我們看電視、視頻通話、上網(wǎng)都是天方夜譚。

通信衛(wèi)星好像空中信使，收集來(lái)自地面的各種“信件”，然后“投遞”到另一個(gè)地方的用戶手里，極大地改變了人們的生產(chǎn)和生活方式。

通信衛(wèi)星的軌道一般采用地球靜止軌道，位于地球赤道上空約3.6萬(wàn)千米處。從地面上看，通信衛(wèi)星像掛在天上不動(dòng)，這就使地面接收站的工作方便多了。由于位置高，不受地理?xiàng)l件限制，在重大自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，它們比其他通信方式更可靠，特殊情況下甚至是唯一的通信手段，重要性不言而喻。

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星是一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星。盡管只能發(fā)射預(yù)設(shè)無(wú)線電信號(hào)，僅僅工作了短短28天，但它讓中國(guó)旋律第一次響徹寰宇。此后的四代中國(guó)通信衛(wèi)星都繼承了“東方紅”這個(gè)光榮的名字。

1984年4月，“東方紅二號(hào)”試驗(yàn)衛(wèi)星駐留地球靜止軌道，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星轉(zhuǎn)播電視、廣播和電話信號(hào)的時(shí)代就此開(kāi)始。

1997年5月，“東方紅三號(hào)”通信衛(wèi)星成功發(fā)射，其通信容量有了長(zhǎng)足進(jìn)步。

研發(fā)于新世紀(jì)之初的“東方紅四號(hào)”是我國(guó)第一代大型通信衛(wèi)星平臺(tái)。多顆“鑫諾”、“中星”通信衛(wèi)星和我國(guó)出口多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的通信衛(wèi)星都脫胎于先進(jìn)的“東方紅四號(hào)”衛(wèi)星平臺(tái)。

2019年12月，長(zhǎng)征五號(hào)遙三火箭將“實(shí)踐二十號(hào)”衛(wèi)星送上太空，這是一顆基于“東方紅五號(hào)”公用平臺(tái)研制的試驗(yàn)衛(wèi)星。“東方紅”衛(wèi)星家族的輝煌還在延續(xù)。

替人類(lèi)仰望星空——科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星

仰望星空，你們是不是對(duì)神秘的太空充滿好奇？那么，這些星際的秘密就交給科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星家族來(lái)揭開(kāi)！

聽(tīng)聽(tīng)這個(gè)家族成員的名字吧！“悟空”“墨子號(hào)”“慧眼”“張衡一號(hào)”……好像離我們很遙遠(yuǎn)，但名頭可都不小。這些衛(wèi)星都運(yùn)行在高度約500千米的太陽(yáng)同步軌道上，技能非?！案叽笊稀?，專(zhuān)注研究發(fā)生在地球、行星際空間乃至整個(gè)宇宙空間的各類(lèi)自然現(xiàn)象及其規(guī)律，一有研究成果，就會(huì)引發(fā)顛覆性創(chuàng)新，成為人類(lèi)歷史上的“大動(dòng)作”。

我們來(lái)看看暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”吧?！拔蚩铡北纫话愕男l(wèi)星小巧，“三圍”分別為1.5米、1.5米、1.2米，像銀白色的方形蛋糕，是世界上迄今為止觀測(cè)能段范圍最寬、能量分辨率最優(yōu)的空間探測(cè)器。它利用塑閃陣列探測(cè)器、硅陣列探測(cè)器和中子探測(cè)器探測(cè)高能伽馬射線、電子和宇宙射線，并通過(guò)其能譜、空間分布來(lái)尋找暗物質(zhì)粒子存在的證據(jù)。

“悟空”在軌示意圖

陰晴風(fēng)雨等閑看——風(fēng)云氣象衛(wèi)星

裝上先進(jìn)的氣象遙感設(shè)備，衛(wèi)星就成了搬上太空的氣象站。氣象衛(wèi)星“站得高，看得遠(yuǎn)”，不容易受到地面環(huán)境和天氣的影響，可以全天候提供高質(zhì)量的氣象和氣候監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。以1988年首顆“風(fēng)云一號(hào)”衛(wèi)星為起點(diǎn)，我國(guó)已經(jīng)發(fā)展出了四個(gè)系列的風(fēng)云氣象衛(wèi)星。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星示意圖

“風(fēng)云一號(hào)”和“風(fēng)云三號(hào)”是兩代極軌氣象衛(wèi)星，它們運(yùn)行在太陽(yáng)同步軌道上，可以巡視全球各地，進(jìn)行抵近觀測(cè)；“風(fēng)云二號(hào)”和“風(fēng)云四號(hào)”是兩代地球靜止軌道氣象衛(wèi)星，它們堅(jiān)守在赤道上空的定位點(diǎn)，連續(xù)24小時(shí)注視著我國(guó)廣袤的大地和海洋。

相得益彰的四代風(fēng)云氣象衛(wèi)星源源不斷地提供精準(zhǔn)及時(shí)的氣象數(shù)據(jù)，使得我國(guó)的天氣預(yù)報(bào)水平穩(wěn)居世界前列，從容應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)、寒潮和旱澇等災(zāi)害性天氣。

登高望遠(yuǎn)尋寶藏——地球資源衛(wèi)星

借助多譜段的遙感設(shè)備，地球資源衛(wèi)星既是森林、農(nóng)田和城市建設(shè)的“普查員”，又擁有能夠發(fā)現(xiàn)地質(zhì)和礦藏秘密的“透視眼”，還是亞馬孫雨林大火等重大災(zāi)害的“警戒哨”。從1999年開(kāi)始，我國(guó)發(fā)展了三個(gè)系列的地球資源衛(wèi)星，分別是中巴地球資源衛(wèi)星、中國(guó)資源二號(hào)衛(wèi)星和資源三號(hào)衛(wèi)星。

中巴地球資源衛(wèi)星由我國(guó)和巴西共同出資，以我國(guó) “資源一號(hào)”衛(wèi)星方案為基礎(chǔ)聯(lián)合研制的。1999年10月，中巴地球資源衛(wèi)星01星（CBERS-01）成功發(fā)射，這是我國(guó)第一顆高速傳輸式對(duì)地遙感資源衛(wèi)星。2019年12月發(fā)射的中巴地球資源衛(wèi)星04A星，則是該系列衛(wèi)星的第六顆。

中巴雙方在地球資源衛(wèi)星領(lǐng)域的緊密合作，結(jié)束了兩國(guó)必須從他國(guó)獲得衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的歷史，成為發(fā)展中國(guó)家開(kāi)展國(guó)際航天技術(shù)合作的典范。

巡天組網(wǎng)指航程——北斗導(dǎo)航衛(wèi)星

現(xiàn)在，當(dāng)我們打開(kāi)手機(jī)或者導(dǎo)航儀使用導(dǎo)航服務(wù)時(shí)，并不是僅僅接收GPS的衛(wèi)星信號(hào)，而是北斗、GPS等衛(wèi)星定位系統(tǒng)的融合信號(hào)。

北斗導(dǎo)航衛(wèi)星示意圖

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施。在美國(guó)GPS、俄羅斯格洛納斯、歐洲伽利略等導(dǎo)航系統(tǒng)紛紛以單一軌道衛(wèi)星部署星座的背景下，中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)獨(dú)樹(shù)一幟，采用三種軌道衛(wèi)星——MEO衛(wèi)星（地球中圓軌道衛(wèi)星）、GEO衛(wèi)星（地球靜止軌道衛(wèi)星）和IGSO衛(wèi)星（傾斜地球同步軌道衛(wèi)星）組成混合導(dǎo)航星座。這三種不同軌道的衛(wèi)星分別在距離地面約2萬(wàn)千米、3.6萬(wàn)千米、3.6萬(wàn)千米的軌道上運(yùn)行，既能覆蓋全球，又能提供更高精度的定位和導(dǎo)航服務(wù)。

2000年，兩顆“北斗一號(hào)”衛(wèi)星投入運(yùn)行，初步實(shí)現(xiàn)了覆蓋本土的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航。2009年，北斗三號(hào)系統(tǒng)建設(shè)啟動(dòng)。2012年底，我國(guó)建成北斗二號(hào)系統(tǒng)，向亞太地區(qū)用戶提供定位、測(cè)速、授時(shí)等服務(wù)。

今后，無(wú)論走到世界哪個(gè)角落，人們都可以靠中國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航找到方向。

千里之外察秋毫——“高分”衛(wèi)星

作為中國(guó)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)的天基部分，“高分”衛(wèi)星是一群身懷絕技的“千里眼”，能夠拍攝或測(cè)繪最高分辨率小于1米的圖像。

“高分”衛(wèi)星家族的成員超過(guò)10位，它們的運(yùn)行軌道有高有低，觀測(cè)手段從可見(jiàn)光到微波一應(yīng)俱全，共同織就了一張疏而不漏的太空觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

“高分七號(hào)”衛(wèi)星模擬圖（圖/中國(guó)空間技術(shù)研究院）

2013年發(fā)射的“高分一號(hào)”衛(wèi)星是“高分”衛(wèi)星家族的首發(fā)星，眼界開(kāi)闊的它只需4天就能把地球看個(gè)遍；“高分二號(hào)”衛(wèi)星是我國(guó)第一顆亞米級(jí)民用觀測(cè)衛(wèi)星，能夠看清地面上的小汽車(chē)是兩廂還是三廂；駐守地球靜止軌道的“高分四號(hào)”衛(wèi)星24小時(shí)凝視下方，能讓大洋中的航母艦隊(duì)無(wú)所遁形；“高分七號(hào)”衛(wèi)星裝備了高精度激光測(cè)高儀，能夠生成亞米級(jí)3D地面物體圖像……來(lái)自一顆顆“高分”衛(wèi)星的高清圖像既滿足了國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)管理的需要，又讓人們充分感受到了現(xiàn)代衛(wèi)星遙感技術(shù)的神奇魅力。

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星空浩瀚無(wú)比，探索永無(wú)止境！未來(lái)，太空中還將出現(xiàn)哪些神奇的中國(guó)衛(wèi)星？讓我們共同期待吧。