杭添仁

1957年10月4日，蘇聯(lián)研制的世界第一顆人造地球衛(wèi)星順利升空，拉開了人類航天時(shí)代的序幕，在全世界產(chǎn)生了重要影響。

對此，中國科學(xué)院經(jīng)過研究后決定抓緊做兩項(xiàng)工作：一是起草中國第一個(gè)衛(wèi)星規(guī)劃，二是做出了中國第一個(gè)衛(wèi)星模型。接著，中國科學(xué)院黨組還把衛(wèi)星研制列為中國科學(xué)院1958年第一項(xiàng)重大任務(wù)，代號(hào)是“581”，其意為1958年的第一號(hào)重大任務(wù)，并秘密成立了專門研究衛(wèi)星的581研究組，組長是錢學(xué)森，趙九章任副組長。該研究組只用兩個(gè)多月的時(shí)間就完成了運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)和載有多種高空環(huán)境探測儀器及動(dòng)物艙的兩種探空火箭頭部模型。

經(jīng)過國家領(lǐng)導(dǎo)人的部署，在中國運(yùn)載火箭技術(shù)取得一定進(jìn)展的情況下，1965年9月，中國科學(xué)院開始組建由趙九章任院長、代號(hào)叫“651”的衛(wèi)星設(shè)計(jì)院（公開名稱為科學(xué)儀器設(shè)計(jì)院），并把中國第一顆衛(wèi)星命名為東方紅一號(hào)。從此，中國人造地球衛(wèi)星的研制工作正式開始。

東方紅一號(hào)衛(wèi)星的發(fā)射時(shí)間定在1970年，發(fā)射成功的標(biāo)志，即總體要求是“上得去，抓得住，聽得到，看得見”。所謂“上得去”就是首先要保證衛(wèi)星飛上天;“抓得住”就是衛(wèi)星上天以后地面設(shè)備能對衛(wèi)星實(shí)施測控;“聽得到”就是衛(wèi)星要播送音樂，且可被地面接收和聽到;“看得見”就是衛(wèi)星在軌飛行時(shí)能讓地面上的人用肉眼直接看得見，以便鼓舞人心。為此，技術(shù)人員后來想了不少辦法，攻克技術(shù)難關(guān)。

看得見：

給衛(wèi)星穿了一條大裙子

東方紅一號(hào)衛(wèi)星直徑只有1米，為了使地面上的人“看得見”，技術(shù)人員把衛(wèi)星外形設(shè)計(jì)成由72面體組成的一個(gè)球體，目的之一是使衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)能閃光，因?yàn)樵撔l(wèi)星是采用自旋穩(wěn)定方式穩(wěn)定，所以當(dāng)它轉(zhuǎn)起來以后，由于角度不同，就會(huì)產(chǎn)生一閃一閃的效果，這樣在地面就比較容易觀測到。但研究表明，由于衛(wèi)星太小，即使這樣，在天氣不好時(shí)仍看不見衛(wèi)星，因?yàn)閷?shí)際上衛(wèi)星本體的亮度只有6等星左右。所以，技術(shù)人員集思廣益又想出一個(gè)新辦法：把第三級固體火箭的“外衣”由錐形的“裙”變成球狀的“體”，通過第三級固體火箭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和觀察體結(jié)構(gòu)自身的伸展運(yùn)動(dòng)，最終成為4米直徑的球臺(tái)。換句話說就是，為了在地球上用肉眼看見衛(wèi)星，在末級火箭上加上“觀測裙”，使末級火箭的亮度提高為2～3等星。由于第三級火箭是跟衛(wèi)星一塊入軌的，與衛(wèi)星一前一后，速度軌道差不多，前后距離不遠(yuǎn)，所以在其附近很容易找到東方紅一號(hào)衛(wèi)星。在東方紅一號(hào)上天后，遵照周恩來總理的要求，中國對東方紅一號(hào)衛(wèi)星飛經(jīng)各國首都上空的時(shí)間進(jìn)行了預(yù)報(bào)，以便各國觀測，因而在當(dāng)時(shí)引起許多國家的強(qiáng)烈反響。

聽得到：

在太空放《東方紅》不易

對于如何產(chǎn)生《東方紅》樂音，專家們曾提出過幾種方案，經(jīng)比較決定，采用可靠性高、工作壽命長、消耗功率小、樂音悅耳嘹亮的電子音樂。對于如何發(fā)送《東方紅》樂音，也曾提出過三種方案，最后經(jīng)研究決定，采用1臺(tái)發(fā)射機(jī)交替發(fā)送《東方紅》樂音。不過，要讓普通收音機(jī)直接收聽到東方紅一號(hào)衛(wèi)星播發(fā)的《東方紅》樂音，需在衛(wèi)星上安裝大功率發(fā)射機(jī)，但那將使衛(wèi)星的重量超過1噸，這對于當(dāng)時(shí)中國火箭的運(yùn)載能力來說是不可行的。為此，采用先由大型地面站接收，再通過廣播電臺(tái)轉(zhuǎn)播的辦法來實(shí)現(xiàn)。所以，在衛(wèi)星發(fā)射上去后，全國人民聽到的《東方紅》樂音都是經(jīng)廣播電臺(tái)轉(zhuǎn)播的衛(wèi)星信號(hào)。設(shè)計(jì)人員曾打算在東方紅一號(hào)衛(wèi)星上鑲滿毛澤東像章，但后來在周恩來總理的指示下，為了減輕衛(wèi)星質(zhì)量，這些像章沒有一起升空。

為了防止衛(wèi)星上天后樂音變調(diào)或不響，衛(wèi)星總體組組長何正華和樂音裝置的主要設(shè)計(jì)者劉承熙開始了他們技術(shù)上的探索?！稏|方紅》樂音最后采用電子線路模擬鋁板琴聲奏出。最后上天的產(chǎn)品是由上?？茖W(xué)儀器廠重新生產(chǎn)的。

為了滿足東方紅一號(hào)衛(wèi)星研制要求，技術(shù)人員依靠自己的力量采用了鉚接、陽極化電拋光、光亮鋁件大面積鍍金、鋁件

熱處理等多項(xiàng)新工藝，并進(jìn)行了不少刀具設(shè)備的革新，為完成東方紅一號(hào)衛(wèi)星任務(wù)提供了技術(shù)保證。例如，在進(jìn)行衛(wèi)星蒙皮陽極化電拋光工序時(shí)，沒有房子就在露天下進(jìn)行;沒有容器就鑄造了三個(gè)大鋁槽，在雪地里挖個(gè)坑，把鋁槽架在上面用木柴燒。就是在這樣的條件下，開展了陽極化電拋光試驗(yàn)。經(jīng)過了兩個(gè)月時(shí)間、上百次試驗(yàn)，終于使蒙皮的輻射率和吸收率達(dá)到了規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。

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東方紅一號(hào)為什么采用近似球體的72面體？

東方紅一號(hào)的具體任務(wù)是測量衛(wèi)星本身的工作參數(shù)，探測空間環(huán)境參數(shù)。為此，經(jīng)專家們多次論證，最后確定東方紅一號(hào)由結(jié)構(gòu)、溫控、能源、《東方紅》樂音裝置和短波遙測、跟蹤、天線、姿態(tài)測量7個(gè)分系統(tǒng)組成。由于是首次研制，所以對每一個(gè)分系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、試制、試驗(yàn)、生產(chǎn)都是十分艱難的攻關(guān)過程。

該衛(wèi)星外形為近似球體的72面體，直徑約1米，質(zhì)量為173千克，轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分，采用自旋姿態(tài)穩(wěn)定方式，利用太陽角計(jì)和紅外地平儀測定姿態(tài)。其結(jié)構(gòu)包括外殼、儀器艙和承力筒。外殼為蒙皮骨架式結(jié)構(gòu)，表面由按溫度控制要求經(jīng)過處理的鋁合金為材料。

據(jù)東方紅一號(hào)衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)組副組長潘厚任研究員介紹，當(dāng)時(shí)東方紅一號(hào)采用這種設(shè)計(jì)外形主要有以下考慮：

可使衛(wèi)星有較大的結(jié)構(gòu)利用空間;

在平面上粘貼太陽能電池片比在曲面上粘貼更方便可靠;

由于衛(wèi)星采用自旋穩(wěn)定方式，即衛(wèi)星自旋軸相對于太陽的取向是不斷變化的，在72面球體上粘貼太陽能電池片可便于太陽能電池片在不同徑向的面上適當(dāng)?shù)鼐鶆虿荚O(shè)，使任何時(shí)刻太陽能電池的總輸出變化很小，這對整星能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很有利（雖然后來因衛(wèi)星任務(wù)和技術(shù)方案有所變化，東方紅一號(hào)上最終未粘貼太陽能電池片，而采用所攜帶的銀鋅電池供電，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)未改動(dòng)。另外，在與東方紅一號(hào)相同外形的中國第二顆人造衛(wèi)星——實(shí)踐一號(hào)上成功地使用了這一設(shè)計(jì)方案，壽命超過8年）;

采用球形設(shè)計(jì)，可使東方紅一號(hào)衛(wèi)星飛行時(shí)的彈道截面基本不變，所以不用在星上安裝探測儀器，就能用衛(wèi)星的測軌跟蹤數(shù)據(jù)反演推算衛(wèi)星飛經(jīng)高度的大氣密度值及其變化，從而多得到一些科學(xué)數(shù)據(jù)。

上得去：

一步到位轟動(dòng)全球

經(jīng)過幾年的自力更生，頑強(qiáng)拼搏，包括排除文化大革命的種種干擾，1970年4月1日，裝載著兩顆東方紅一號(hào)衛(wèi)星和1枚長征一號(hào)運(yùn)載火箭的專列抵達(dá)中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射場。4月2日下午，周恩來總理在人民大會(huì)堂聽取即將發(fā)射的中國第一顆人造衛(wèi)星及其運(yùn)載火箭情況的匯報(bào)。4月24日凌晨，毛澤東主席批準(zhǔn)實(shí)施發(fā)射。因此，中國第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號(hào)終于在1970年4月24日21時(shí)35分由長征一號(hào)運(yùn)載火箭從甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射場發(fā)射，21時(shí)48分進(jìn)入預(yù)定軌道。

一時(shí)間，東方紅一號(hào)衛(wèi)星播送的《東方紅》樂曲響遍全球，震動(dòng)了世界。當(dāng)天晚上，在北京天安門廣場、東西長安街上，人山人海，人們載歌載舞，通宵慶祝?！拔逡弧眹H勞動(dòng)節(jié)晚上，在天安門城樓上，毛澤東主席、周恩來總理等黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人親切接見了參加研制和發(fā)射中國第一顆人造地球衛(wèi)星的代表。

當(dāng)中國人在西北大漠里豎起第一座發(fā)射架時(shí)，西方一些發(fā)達(dá)國家認(rèn)為那是開玩笑;當(dāng)中國人用運(yùn)行速度只有每秒幾十萬次的老式計(jì)算機(jī)編制衛(wèi)星軌道程序時(shí)，洋專家又?jǐn)嘌裕骸安豢赡埽　钡?，中國人就是將“不可能”變成了“可能”?/p>

抓得住：

超時(shí)工作發(fā)回遙測參數(shù)

為了探測太陽輻射和地磁場，東方紅一號(hào)最初的方案是裝有太陽X射線計(jì)、帶電粒子探測器和磁飽和式磁強(qiáng)計(jì)3個(gè)科學(xué)載荷，并通過遙測系統(tǒng)把有關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送回地面，后由于多種原因沒有裝，但把它們裝在此后發(fā)射的實(shí)踐一號(hào)上了。東方紅一號(hào)的儀器艙呈圓柱形，安裝在衛(wèi)星中部，內(nèi)裝各種儀器和電池。其底部就是承力筒，是衛(wèi)星與火箭連接的重要部件。

東方紅一號(hào)工作在近地點(diǎn)439千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)2384千米、傾角68.5度、運(yùn)行周期114分鐘的近地橢圓軌道上。

因?yàn)榛瘜W(xué)電池壽命有限，所以東方紅一號(hào)設(shè)計(jì)的工作壽命只有20天，但它實(shí)際在太空中工作了28天，至同年5月14日停止發(fā)射信號(hào)，與地面失去了聯(lián)系。在運(yùn)行期間，衛(wèi)星把遙測參數(shù)和各種太空探測資料傳回地面。由于東方紅一號(hào)衛(wèi)星的近地點(diǎn)高度較高，因此東方紅一號(hào)衛(wèi)星目前仍在軌道上。觀測表明，到2009年2月，東方紅一號(hào)還運(yùn)行在近地點(diǎn)430千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)2075千米的軌道上。

東方紅一號(hào)衛(wèi)星的上天，使中國成為繼蘇聯(lián)、美國、法國和日本之后，第五個(gè)完全依靠自己的力量成功發(fā)射衛(wèi)星的國家。該星不僅全部達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，而且質(zhì)量比前4個(gè)國家發(fā)射的第一顆衛(wèi)星質(zhì)量總和還要超出29.8千克（美國的第一顆衛(wèi)星只有8.2千克）。同時(shí)，在衛(wèi)星的跟蹤手段、信號(hào)傳輸形式和星上溫控系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域，也都超過了上述國家第一顆衛(wèi)星的水平。由于能源系統(tǒng)的保證，東方紅一號(hào)衛(wèi)星上的各種科學(xué)儀器實(shí)際工作時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了設(shè)計(jì)的額定要求，取得了大量的工程遙測參數(shù)，為后來的衛(wèi)星設(shè)計(jì)和研制工作提供了重要依據(jù)。

發(fā)射人造地球衛(wèi)星是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，第一顆衛(wèi)星成功升空運(yùn)行的實(shí)踐證明，這些系統(tǒng)技術(shù)性能可靠，為中國航天事業(yè)后來的發(fā)展奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)，提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

東方紅一號(hào)衛(wèi)星的升空，在全世界引起了轟動(dòng)，大大提高了中國在世界上的威望。在東方紅一號(hào)衛(wèi)星研制和發(fā)射過程中形成的“兩彈一星”精神，是中華民族的寶貴財(cái)富，也是全國各族人民在現(xiàn)代化道路上奮勇開拓的力量源泉。