纪念中国首颗人造卫星东方红一号发射50周年:念念不忘 必有回响
发布时间:2020-04-22
出品:科普中国
制作:长征⑨号
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  这两年,中国人的新时尚是“垃圾分类”,回到50年前,1970年,中国人的新时尚是“看卫星”。

同一个姿势—仰望星空(图片来源于纪录片《宇宙高歌东方红》)

  “看!那就是我们的东方红!”(设计台词,图片来源于纪录片《宇宙高歌东方红》)

    

  自豪与激动都融在笑容里(图片来源于纪录片《宇宙高歌东方红》)

 

  这一时尚的兴起,要从1970年4月24日的晚上说起。

  这是一个正式开启了中国航天时代的夜晚。

  当晚21时35分,中国第一颗人造卫星的“发射”口令下达。

  遍布全国的测控网开始陆续接收到火箭上的遥测信号,地面观测站的工作人员一直在紧张地监听着卫星。

  通信线路中“跟踪正常”“信号正常”的报告不断,运载火箭的运行很顺利,如果那段熟悉的“东方红”曲调传来,就意味着卫星的发射成功。

  终于,监听系统中传来了这来自太空的中国之声。

 

  图片地面观测人员兴奋地宣布:卫星与火箭三级成功分离!(图片来源于纪录片《宇宙高歌东方红》)

 

  21时48分,测控中心正式确认,星箭分离,卫星已成功入轨。消息传到发射场,所有人都热泪盈眶,就此,中国正式达成“两弹一星”的辉煌成就!

  21时50分,国家广播事业局报告,收到“东方红”乐曲,声音洪亮。

  22时,守候在电话机旁的周恩来总理听到了罗舜初的报告:火箭一、二、三级工作正常,卫星与火箭正常分离,卫星入轨了。

  总理听闻,非常高兴,当即向毛泽东主席报告这一喜讯。

  随后,总理坐上了去广州的专机,参加由越南、老挝、柬埔寨参与的“三国四方”会议。翌日的会议上,他向与会的各国代表提前宣布了这一重大喜讯,他说,“我献来一个礼物,这个礼物就是,这天晚上,我们成功地发射了第一颗人造卫星上天”,在场领导人纷纷表达祝贺。

  4月25日下午,新华社向全世界播报消息:“1970年4月24日,中国成功地发射了第一颗人造卫星。卫星运行轨道距离地球最近439公里,最远点2384公里。轨道平面与地球赤道平面的夹角为68.5度,绕地球一周114分钟。卫星重173公斤,用20.009兆周(即兆赫兹)的频率播送《东方红》乐曲……”

  《人民日报》也在4月26日头版刊登这一重大消息,指出“这次卫星发射成功,是我国发展空间技术的一个良好开端”。

  12载艰苦奋斗,8亿人民心所系,5000年飞天梦圆。

  新闻播报之后,全国都沉浸在一场空前的欢腾之中,从城市到乡村,从首都到边境,人们都在庆祝这一伟大成就。

  人们争相阅读刊发卫星发射成功喜讯的报纸(图片来源于纪录片《宇宙高歌东方红》)

 

  地面测控组预报的地面观星信息不断地在广播与报纸上更新,“看卫星”成为了一种新的时尚,人们在晴朗的夜晚走出家门,能看到在天空中划过的光点:看哪,那是我们的星星,是我们的“东方红”!

  红色圆圈内就是正在轨道运行的“东方红一号”卫星(图片来源于纪录片《宇宙高歌东方红》)

 

  “东方红一号”的成功发射也震惊了世界,广大亚非拉国家领导人,世界各国共产党领导人纷纷发来贺电,而西方国家也不得不重新审视我国的战略地位。

  “我们也要搞人造卫星!”

  1970年东方红一号的一飞冲天,背后是在当时艰苦环境下的果断决策,是长达十二年的战略布局和苦心研制。

  1957年10月4日,苏联将一颗直径58厘米、质量83.6千克的小球,送入了一条近地点288千米,远地点947千米的轨道上。

  这颗名为“斯普特尼克1号”的人造地球卫星,是全世界第一个被送入近地轨道的人造物体。

  塔斯社很快报道了这条消息,第一颗人造卫星的成功让世界各国的科学家纷纷把目标聚焦到了太空。

  首先追赶的是美国人,他们在仓促间准备了一颗人造卫星——“探测者1号”,并在1958年1月31日利用“朱诺一号”运载火箭将其送上了太空。但其质量仅有8.2千克,因此被当时的苏联领导人赫鲁晓夫揶揄为“发射了一颗柚子”。

  在美苏先后成功发射人造卫星之后,中科院主管国防尖端科研任务的新技术局将人造卫星的研制任务定位为当年规划发展的第一号任务,简称为“581任务”,钱学森任组长。

  1958年5月17日,毛泽东主席在中共八大二次会议上发表了讲话,提出“我们也要搞人造卫星!”出于一贯的幽默,他还补充道:“我们要抛就抛两万千克的,也许要从较小的抛起,但像美国那样只有鸡蛋大的,我们不抛!”

  就此,中国研制人造卫星的任务被提出。

  两个数字:“581”和“651”

  在东方红一号的研制过程中,有两个数字代号的任务/计划值得铭记,那就是“581任务”和“651计划”。它们一个开启了人造卫星的预研工作,一个正式拉开了研制人造卫星的序幕。

  在美苏先后成功发射人造卫星之后,中科院主管国防尖端科研任务的新技术局将人造卫星的研制任务定位为当年规划发展的第一号任务,简称为“581任务”,钱学森任组长。

  “581任务”办公室当年被称为中科院地球物理物理所二部,因此赵九章(地球物理所所长)、卫一清(地球物理所党委书记)自然成为任务组的两名副组长。任务组的组员也是人才济济,可以说,全中国最顶尖的大脑,都集中在了卫星任务上。

  值得一提的是,“581任务”办公室,就是今天的中国科学院国家空间科学中心的前身。

  受到毛主席1958年讲话的鼓舞,“581任务”小组会同30余个单位通力合作,于当年就开展了运载火箭与卫星的设计和火箭载荷的研制工作,取得了很多成果。

  可是,对于当时的中国来说,将一颗卫星精准地投放到太空中的预定轨道,敏锐地捕捉到卫星的信号,精确地预测卫星的路径,完整地捕获卫星的参数,这些任务都是从未开展过的。而且更重要的是,投送人造卫星的运载火箭还完全没有眉目。因此,围绕地面空间环境模拟系统的预研、布局和火箭研制这两大工作,都刻不容缓。

  大家都知道,航天工程需要顶尖的人类智慧和工业水平,但中国当时的情况有多艰难呢?

  我们举个例子。

  人造卫星需要面对太空严苛的环境,因此需要在地面上构建一个合适的空间环境模拟系统,对“卫星能否在太空中正常运行”这一关键问题提供最明确、直观的答案。

  这是项重要的工作,但当时空间环境模拟试验专业组的三位成员:黄本诚、邹定容、张和福,都只是大学毕业生,而且专业几乎全不对口——空间环境模拟系统的核心是真空与低温技术,而黄本诚学的是铸造、邹定忠学的是土木,张和福学的是机械……但这,已经是我们能拿出的“顶配”了。

  更糟糕的是,空间环境模拟系统是什么,怎么做,大家都没有底。就连“581任务”核心骨干赵九章、钱骥也只在美国刊物上看过一张照片。整个团队不仅对测试设备的各项指标一无所知,连被测试的对象——人造卫星也只有“直径不超过1米”的这一条线索。

  这还仅仅是理论上的困难,更重要的来自外部——我国的工业基础还很孱弱,又进入了经济困难时期,条件都不好。而且此时外国对我国已经展开了技术封锁,各种设计资料都不可能获得,甚至连不锈钢都无法进口。后期为了装配空间环境模拟系统,需要一个配备吊车的5米层高厂房,每小时需要100度电与3吨水,对于今天的中国来说,一家乡镇企业也能达到这个条件,但60年前的中国却找不到满足以上条件的总装厂房。

  这样的困难不胜枚举,但没有人在困难面前退缩。

  理论困难,就到图书馆、到工厂,在浩瀚的书海里进行调研、计算,和工人一起劳动,反复论证、请教;制造困难,就数个单位通力协同,数年攻关;装配困难,就找到废弃厂房,自己搭屋顶,用芦苇来糊墙壁,用借来的电线与水泵,自己改建厂房……

  我们难以想象,这批顶尖的科学家、工程师、工人、战士们,付出了怎样的努力,但我们知道的是,“581任务”开启六年后,1964年年底,决定能否造人造卫星的两个难题——地面空间环境模拟系统和运载火箭,就全部得到了解决!

   

  正式发射使用的长征一号运载火箭(图片来源于纪录片《宇宙高歌东方红》)

 

  在此基础上,1964年12月,赵九章在三届人大会议期间致信周恩来总理,提出可以把人造卫星列入国家计划中。1965年1月,钱学森也向聂荣臻元帅提交了一份重新上马人造卫星计划的建议书。

  1965年4月29日,在经过了多次座谈调研后,国防科委提出1970年至1971年发射我国第一颗人造卫星的报告。1965年7月1日,这份方案的最终版本——由中科院副院长张劲夫组织多位专家制订的《关于发展我国人造卫星工作的规划方案建议》出现在了中央领导的案头。同年8月2日,周恩来总理主持专委会议批准该建议,我国的人造卫星计划再度上马。由于这项工作在1965年1月提出,因此定名为“651计划”。

  正如前文所说,“651计划”正式拉开了研制中国第一颗人造卫星的序幕。

  十二个字,一个奇迹

  1965年10月20日,友谊宾馆内召开了“651会议”。这场汇集了全国各科研院所、各个部门的重大会议开了足足42天,全面论证了我国第一颗人造卫星的方案,从卫星整体结构到微小的元器件,从太空的卫星发射器到地面的跟踪站,从图纸上的作业到产品的最终生产,涵盖了数百个任务。包括国防科委、国防工办、国家科委、总参、海军、炮兵、一机部、四机部、七机部、通信兵部、邮电部、发射基地、军事医学科学院以及中国科学院有关研究所代表在内,前后几百名专家白天开会晚上论证,最终拿出了一份15万字,涵盖27个专题的详实方案。

  后来,这个研制方案被凝练成12个字,就是“上得去、抓得住、听得见、看得见”。

  “上得去”,就是卫星能进入预定轨道;“抓得住”,就是卫星能够被测控,轨道能够被预测,经过全球各大城市的时间能够预报;“听得见”就是卫星能够播放“东方红”这一具有我国特色的歌曲,并被收音机收听到,这个提议由卫星总体组的何正华提出,几百名专家一致通过;“看得见”,就是卫星能够用肉眼看到。方案建议在1970年发射第一颗人造卫星,争取一次成功。

  1966年1月,按照“651会议”部署,原“581”任务组撤销重组,在后来形成了两个班子:“651”设计院和“701”工程处。前者在主要负责卫星的总体设计与研制,后者主要负责地面的测控网络与卫星跟踪系统的构建。同年4月,“651”设计院主持绘制的卫星设计图与电路图出图,我国运载火箭任务也同步下达。

  我国第一颗人造卫星与我国第一枚运载火箭的研制工作全面开始。

  “上得去、抓得住、听得见、看得见”这四个条件在今天看来比较简单——微小卫星技术的快速发展让我们能以一个不太高的价格发射一枚小卫星进入太空,甚至还有开源的卫星套件让你能够实现私人定制。但这在半个世纪前,对于我国刚刚起步的航天工业来说,无疑具有非常大的挑战性。

  我们举两个例子。

  第一个,研制卫星的人才极度缺乏。怎么解决呢?大胆启用新人,加入卫星项目。

  从组成上看,“东方红一号”有7大系统——结构系统、温控系统、能源系统、跟踪系统、乐音播放与遥测系统、天线系统、简化的姿控系统;从结构上看,“东方红一号”卫星可以分为外壳、仪器舱以及承力筒三个部分,外壳是个72面体,上半球顶端安装有一根40 cm长的超短波天线,腰带上安装有4根长达3米的短波拉杆天线,仪器舱内的带着不少设备,包括“东方红”乐音发生器、短波发射机、微波应答器、超短波信标机、银锌电池等等。

  总之,卫星的研制是一项比较复杂的工作。尽管当时的中科院已经调集了一大批专家学者,但依然人手不足。因此,1967年7月,钱学森将一院总体设计部副主任,38岁的孙家栋调到卫星项目中。当然仅仅一位专家的力量还是有限的,于是钱学森与孙家栋又继续从一院挑选得力干将,开具了一份18人名单:戚发轫、沈振金、韦德森、张福田、彭成荣、尹昌隆、朱福荣、孔祥才、王壮、杨长庚、王大礼、张荣远、刘泽光、郑忠琪、林殷定、鲁力、王一方、洪玉林。

  这18位年轻人后来被人们称为“航天十八勇士”。做没有做过的事情,开创我国航天历史的“头一遭”,确实需要很大的勇气。

  第二个,尽管我们能够从收音机中听到“东方红”的声音,但所谓“耳听为虚,眼见为实”,没有什么比看到“东方红一号”更能振奋人心。为了让人们能用肉眼看到卫星,就需要卫星够大够亮。

  这对卫星的设计和制造都提出了很大的挑战。

  综合考虑卫星轨道、制造难度、光反射性能、卫星载荷等等因素,最后人们选定采用光亮的72面体铝合金材质。卫星的72面体的设计具有接近球体的反射效果,同时也避免了复杂的曲面加工——只需要用72块铝合金面板铆接即可。但即使是铆接工作也相当的艰苦,在卫星初样的制作过程中,没有专用的铆枪与固定工件的桁架,人们就用锤子与身体来代替,一个个地把铆钉敲上去。

  而为了尽可能方便观测,卫星的铝合金外壳要利用阳极化工艺实现表面光亮。铝合金在浓硝酸的介质中,可以通过电解法在表面覆盖一层致密的氧化铝薄膜,不仅可以防腐蚀,还十分光亮。然而浓硝酸为介质的阳极氧化法有十足的危险性,需要在防护严密的厂房内进行。在当时没有厂房的条件下,攻关组选择了“土法上马”——搭起了一个木棚,地上挖两个大坑,上面支起了三个铅槽(铅槽直接作为阴极)。当时还是严冬时节,为了维护反应温度,人们在大坑内放上了柴火进行加热——想象一下煮一锅浓硝酸的样子吧,大量的有毒气体四溢。在缺少防毒面具的情况下,人们只得用湿毛巾捂住口鼻,干一会儿就出去透透气。就是在这样极度艰苦的条件下,卫星外壳的阳极光亮氧化工艺取得了突破。

   

  东方红一号卫星外壳的铆钉清晰可见,铝合金表面覆盖的氧化铝薄膜也十分光亮

 

  这还仅仅是两个小例子。就是这些可爱的人们,克服重重困难,1970年3月5日,北京卫星制造厂开始组装发射星,经过了长达半个月的严格装配,两颗卫星(东方红一号和姊妹星“实践一号”)均于3月21日出厂。

  可以说,这是一个奇迹。

  这曲赞歌永不消逝

  1970年4月1日,经过了若干天的运输,装载卫星与火箭的军列缓缓驶入酒泉卫星发射中心。

  次日,周恩来总理再次召集参与“东方红一号”发射任务的科学家代表,于当晚19时在人民大会堂听取卫星准备工作汇报。总理听得特别仔细、认真,在听取火箭研制人员汇报弹道参数的时候,他还拿起纸笔进行现场验算,在计算完之后,他突然提问:“为什么与设计的偏差了几毫秒?”研制专家对总理的专注大为惊叹,进行了解释,“这是由于小数点后四舍五入导致的。”

  周总理还对卫星途经的国家与城市十分在意,叮嘱大家一定要做好预报,做好,做准确。最后,还提出了“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”的十六字方针。直到现在,这十六字方针依然是我国航天部门开展科研生产活动的座右铭。

  1970年4月24日,发射日。

  当日凌晨,毛泽东主席批准了“东方红一号”的当日晚21时的发射计划。

  由于中间排查还发现了几个问题,反复排查后解决后,经发射场致电周恩来总理,最终决定推迟到9点35分发射。

  21时05分,“半小时准备”口令再次下达,所有人撤离发射区,进入掩体。

  时间在一分一秒地过去。

  21时34分,“一分钟准备”口令下达。

  冲刺时刻来了!

  坐在主控室内的胡世祥,紧张地等待着这个时刻的到来。

  他是点火按钮的操作员,此时,他身上肩负着的,是几千名科学家、工程师、技术工人以及干部12年来的辛勤汗水,是全国8亿人对于第一颗人造卫星的热切期盼,是中华民族5000年来的飞天梦想。

  21时35分,“发射”口令下达。

  他微微颤抖,用尽了全身的力气,按下了红色的点火按钮。

  按下了红色的点火按钮(图片来源于纪录片《宇宙高歌东方红》)

 

  后面的故事,我们都知道了。

  “东方红一号”成功发射,成功入轨。它在太空中坚持运行了28天,最终因为电池电量耗尽,完成了它的历史使命。

  但截至稿件撰写时,“东方红一号”的远地点依然在2000公里以上——它依旧无声地在地球轨道上运行着。或许几百年后,它也还会在太空中默默地保存着这段历史。

   

  抓拍2020年3月28日东方红一号过境北京上空!(图片来源于“我们的太空”抖音账号)

 

  天上的星仍在飞行,地上的事业早已不可同日而语。

  此时此刻,在我国最新的卫星发射中心——文昌卫星发射中心的101发射工位上,我国最新的运载火箭,“长征五号乙”已经整装待发。5米的直径,50余米高的身躯,800余吨的起飞质量,让“长征一号”这位老前辈显得如此渺小。

  而“长征五号乙”所承载的,则是我国最新研制的载人飞船,它的质量达到了20余吨。伟人提出“抛一颗两万千克卫星”的梦想,穿越一甲子的时光,终将在此刻成为现实。

  “东方红”的乐曲依然乘着电波以光速前进,如今已达到了50光年外的宇宙空间。或许当我们的子孙后代遨游星海的时候,还能听到那段悠扬的曲声。

  那是写给中国第一代航天人的赞歌,它将和着那些自力更生、艰苦奋斗的精神一起,被人们铭记心中,永不消逝。

  资料素材(按文献类别,作者拼音先后):

  

  1.   中国科学院国家空间科学中心.中国空间科学之路专题[EB/OL] http://www.nssc.cas.cn/xwzx/cmsm/kjkezl/ 

  2.   路甬祥等.中国航天技术发展史稿[M].济南:山东教育出版社,2006.

  3.   邢继发等.世界导弹与航天发动机大全[M].北京:军事科学出版社,1999.

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  7.   黄本诚.航天器地面模拟试验设备研制历程的重要回顾——纪念“东方红一号”卫星发射45周年[J].航天器环境工程,2015,32(02):120-126.

  8.   柳志卿.“东方红”卫星上天不为人知的故事[J].文史博览,2010(03):20-22.

  9.   戚发轫.“东方红一号”卫星研制始末及对后来航天工作者的启示[J].航天器环境工程,2015,32(02):115-119.

  10.   戚发轫.毛泽东与东方红卫星[J].中国航天,2000(04):4-5.

  11.   五轩.辉煌的起点:东方红一号卫星横空出世[J].军工文化,2018,Z1:116-117.

  12.   徐忠.周恩来与“东方红一号”卫星秘事[J].红岩春秋,2016(08):63-67.

  13.   中国人民解放军第廿训练基地摄制 《宇宙高歌东方红》

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