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东方红一号生日快乐!50岁的它虽然不能再唱歌,

来源:福建广电 编辑:名镇名村 2020-04-24 11:15 浏览次数:
“东方红一号”使我国成为继苏联、美国、法国和日本之后,第五个成功发射卫星的国家,打破了西方大国对航天技术的垄断,大大提高了中国在世界上的威望,为国人树立起民族自尊心和自信心。
 
1970年4月24日,中国把自己的首颗人造卫星“东方红一号”送上了天,成为世界上第五个自行研制和发射人造卫星的国家。
 
 
时间一晃过去了50年,有些事却不该被岁月淹没。半世纪前,一穷二白的中国人是怎样因陋就简,通过各种“土方法”登上航天技术高峰的?“东方红一号”身上有哪些鲜为人知的秘密?在第五个“中国航天日”来临之际,本报蠢萌蠢萌的小编围绕“东方红一号”提出了几个问题,让我们一起来探寻答案。
 
“东方红一号”是怎么发射上去的?
 
当然是用火箭发射的。
 
不过,“东方红一号”重173公斤,比苏、美、法、日四国首发星质量的总重还多30公斤,这对运载火箭提出了很高要求。
 
 
▲1970年初,科研人员正在厂房内测试“东方红一号”卫星。
 
实施“东方红一号”卫星发射任务的长征一号运载火箭,由七机部一院(中国航天科技集团一院前身)抓总研制。当时,研制工作面临的难题可不少。
 
 
▲1960年2月,在上海市南汇区简易机场,研制人员正用自行车打气筒作为压力源,为我国第一枚液体燃料探空火箭T7M加注推进剂。2月19日T-7M探空火箭成功发射,开启了我国飞向太空的第一步。
 
时任一院一部主任,负责长征一号运载火箭总体设计工作的谢光选院士曾回忆,按设计要求,火箭整流罩要平行分离,分离速度不小于每秒5.5米,当时采用爆炸螺栓解锁,在火药作动筒作用下实现2个半罩分离的方案。但设计之初,2个半罩被视作刚体,由此算出的火药量偏小,多次试验都达不到分离速度要求。其实整流罩是个弹性体,容易变形,会吸收很多火药能量。在当时一院副院长任新民的领导下,谢光选和同事们修改了方案,一方面加大火药量,一方面强化整流罩刚度,经过多次地面试验,最终使整流罩能以每秒8米的速度平稳分离。
 
 
▲1960年4月17日,在上海市南汇区探空火箭发射架前,钱学森、王希季等海外归国专家与参加发射任务的科研人员合影。
 
长征一号火箭的一、二级使用了东方四号导弹一、二级,第三级则采用固体燃料发动机,研制工作由七机部四院(今航天科技集团四院)承担。该发动机要在600公里高空点火,在每分钟旋转180次的条件下保持稳定并正常工作,研制难度在当时前所未有。四院副院长、型号技术总指挥杨南生带领研制团队按照要求制定了研制任务书,不久后顺利通过了发动机方案设计和论证。
 
 
▲1970年初,材料工艺研究所(中国航天科技集团有限公司43所前身)科研人员,正在陕西省西安市蓝田县水陆庵古庙里进行型号设计。
 
装药裂纹问题是固体发动机面临的一项根本性技术难题,四院药柱设计人员引入了粘弹性理论,层层分析裂纹产生的内在原因,逐渐解开了谜题。他们对复合推进剂增加了高温慢速拉伸下的延伸率指标,不断摸索使其达到要求,最终从根本上解决了装药裂纹问题。
 
 
▲1970年初,科研人员在陕西省凤县一间厕所改装的实验室中,研究姿态控制发动机。“厕所试验室”从1970年一直使用到1980年,测试过200多台次试验件,总起动次数达十万次。
 
当然,发射卫星不只是研制卫星火箭那么简单,测控系统同样不可或缺。“东方红一号”任务的跟踪测轨系统,采用了多站多普勒独立测轨方案,由中国科学院负责研制。
 
航天科技集团八院风云四号工程总师李卿当时在中科院地球物理所工作,承担了锁相接收机的设计研制工作。他回忆说,此前我国还没有研制过这样高要求的锁相接收机,科研人员四处收集国外资料,自己推导设计公式,靠计算尺、对数表和三角函数书做设计,拿三棱尺、曲线板和圆规制图,用手摇计算机计算振荡器的频稳度。奋战了一年,让该设备投入研制生产。
 
 
 
▲自力更生艰苦奋斗时期,航天科研人员通过肩担人抬,趟过河水,搬运固体发动机进山试验。
 
1970年4月24日21时35分,长征一号火箭在酒泉卫星发射中心点火,托举“东方红一号”卫星升空,我国部署的湘西、南宁、昆明测控站相继发出“捕获目标,跟踪正常”的报告。很快,李卿驻守的海南站也捕获了卫星信号,并一直跟踪到卫星飞越印度尼西亚上空。任务数据处理中心将南方4站发回的遥测数据与卫星飞行第二圈时喀什站接收的数据结合,当晚就报出卫星轨道:近地点439公里、远地点2394公里、倾角68.5°、周期114分钟。同时我国也发出了全球244个城市的观测接收预报。
 
“东方红一号”有什么作用,只是放歌吗?
 
从功能上来说,是的。
 
但在当时我国的技术条件下,要把歌放好,也不是容易的事。
 
1965年9月,负责卫星工程总体的中科院提出,我国卫星要比各国首星先进一步。当时卫星总体组组长何正华表示,苏联第一颗卫星发出的信号,是滴滴答答的电报码,遥测信号是间断的。我国要更进一步,应该发射连续信号,而且要有中国特色,让全球公认。他提出了给卫星命名“东方红一号”,让它播放《东方红》乐曲的建议。该建议于1967年被正式采纳。
 
 
 
▲研究所装配人员在装配“东方红乐音装置”。1965年,“东方红一号”卫星研制重启,代号“651工程”。当年10月,召集一个全国性的方案论证会议,经过42天讨论,最终确定了“东方红一号”的基本方案,要求只有12个字:上得去,抓得住,听得着,看得见。
 
让卫星放歌的点子虽然新颖,却也责任重大。在那个年代,如果卫星上天后音乐不响或者变调,将是重大的政治问题。何正华和乐音装置主要设计者刘承熙顶住压力开展探索,解决了乐音错乱、变调等一系列问题。卫星音乐计划采用线路模拟电子音乐方案。为此刘承熙专门跑到北京火车站聆听钟楼报时声,又跑遍京城各家乐器店,最后决定把火车站钟声与铝板琴声合二为一,奏出纯正明快、格调高雅的《东方红》。
 
光奏乐并不够,按照卫星总体方案要求,卫星在太空播放的《东方红》要能被地面收音机接收。这又带来了难题。
 
如果想让普通收音机直接收听到“东方红一号”播发的乐曲,需要在卫星上安装大功率发射机,但那将使卫星重量超过1吨,当时我国火箭的运载能力无法达到这样的要求。于是我国采用先由大型地面站接收,再通过广播电台转播的办法让全国人民收听。
 
卫星乐音短波遥测系统是实现卫星“听得见”的主要结构。为了拿下这个全新课题,科研人员将其逐一分解,通过上百次试验反复验证、改进,最终用简单的元器件实现了这一“高科技”。
 
 
 
▲1970年4月24日,“东方红一号”卫星成功发射后,大家围坐在收音机旁收听《东方红》乐曲。《新闻公报》发布消息后,人们争看《号外》,聆听《东方红》乐曲,上街游行庆祝。
 
虽然“东方红一号”卫星的功能十分简单,其成功发射的意义却远远超出了一颗卫星本身。可以说,它是中国航天史上的一座丰碑。
 
“东方红一号”使我国成为继苏联、美国、法国和日本之后,第五个成功发射卫星的国家,打破了西方大国对航天技术的垄断,大大提高了中国在世界上的威望,为国人树立起民族自尊心和自信心。
 
同时,它的研制为后续航天发展奠定了技术基础,探索了工艺流程,培养了人才队伍,为中国航天建立起了一套完整的体系。
 
更重要的是,“东方红一号”研制攻关过程中凝练出的精神财富,构成了我国“两弹一星”精神和航天传统精神的内核,激励着一代代中国航天人奋勇向前。
 
“东方红一号”现在还在工作吗?为什么一直不掉下来?
 
“东方红一号”的设计寿命为20天,实际上它搭载的各种仪器工作时间均超出了设计要求,例如乐音装置和短波发射机连续工作了28天。
 
虽然早已停止工作,但“东方红一号”至今仍在太空中运行,并可能继续飞行数百年。
 
要知道,卫星的工作寿命和运行时间完全是两码事。
 
 
 
▲朝阳下的酒泉卫星发射基地“东方红一号”卫星发射塔。
 
卫星携带的设备要工作,就需要能量,目前大多数卫星都是通过太阳能电池板获取能量。“东方红一号”没有装载太阳能电池板,因此能量很快耗尽,失去了功能。
 
但卫星在轨道上运行,却几乎不需要能量,依靠惯性即可。
 
牛顿曾提出一个设想:在一座高山上,一门大炮发射了一枚炮弹。如果炮弹飞行的速度不够快,受地球引力作用,它会呈抛物线轨迹落到地面。可是如果炮弹能达到一定速度,它就不会回地面。因为地球是圆的,炮弹每下落100米,地球的曲面也降低100米,于是炮弹就可以围着地球转个不停。
 
这个速度为每秒7.9公里,也就是人们常说的第一宇宙速度。在这个速度下,物体就可以围绕地球旋转。人造卫星正是利用该原理进入太空,在轨道上运行的。
 
卫星能借助惯性保持速度飞行,与太空里几乎没有阻力的真空环境密不可分。不过由于地球附近仍有稀薄的大气,像空间站这样的近地轨道大型航天器如果失去动力,会逐渐降低轨道高度,直至坠入大气层。但“东方红一号”体型小,受空气阻力影响小;而且轨道较高,远地点高度超过2000公里,因此它还可以长久地飞下去。
 
“东方红一号”真的肉眼可见?
 
现在还能看到吗?
 
在“东方红一号”卫星方案论证时,“看得见”被作为基本要求之一,意思是在地面上要能用肉眼看到它。
 
对于一颗直径只有1米的卫星,这样的要求实在有些勉为其难。
 
科研人员不得不大开脑洞。由于“东方红一号”采用自旋稳定方式,飞行时会旋转,他们把卫星外形设计成由72个平面组成的球体,希望卫星转起来以后,会因角度变化而产生一闪一闪的效果,以便在地面观测。
 
 
 
但试验表明,即使采用这种设计,卫星表面的反光率仍然不高,其亮度仅相当于天空中的六等星,飞在太空里极难用肉眼看到。要是把卫星做大一些,又势必增加卫星重量,给发射增添难度。
 
但中国航天人的智慧是无穷的。经过冥思苦想,他们提出了“借箭显星”的办法,让长征一号火箭第三级跟随卫星一起入轨。只要看到火箭,就能找到卫星了。
 
 
 
▲停放在总装车间的我国自行研制的第一种航天运载火箭长征一号。长征一号火箭从1965年开始研制,1970年4月24日成功将“东方红一号”送入椭圆轨道。
 
为了让三级火箭更显眼,科研人员为它穿上了一条“观测裙”。火箭发射时,观测裙收拢包裹在箭体表面;当火箭跟随卫星入轨,随着它的旋转,观测裙会撑开涨大,变成直径约4米的球体。经阳光照射反光,它能够接近二等星的亮度。
 
1970年4月25日20点29分,“东方红一号”飞经北京上空,让国人沸腾。在全国各地,人们激动地仰望太空,期盼能找到这颗中国星。按照周恩来总理的指示,我国对“东方红一号”飞经各国首都上空的时间进行了预报,以便各国观测,在当时引起了强烈的国际反响。
 
 
 
1970年4月26日,人们争相眺望“东方红一号”通过北京上空。
 
如今,观测“东方红一号”仍让许多天文爱好者乐此不疲。2015年4月,北京天文馆馆长朱进还在微博上发文《“东方红一号”卫星45岁生日过境北京》,并配发了他拍摄的照片。
 
来源:科技日报图片来源:国家航天局新闻宣传中心、中国载人航天新闻宣传中心、航天科技集团有限公司企业文化部、中国航天报等联合主办的“纪念‘东方红一号’卫星发射成功50周年航天图片展”
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