東方紅一號衛星

“東方紅一號”衛星，是中國發射的第一顆人造地球衛星，於1970年4月24日在酒泉衛星發射中心成功發射，由此開創了中國航天史的新紀元，使中國成為繼蘇、美、法、日之後世界上第五個獨立研製並發射人造地球衛星的國家。

“東方紅一號”衛星重173 千克，由長征一號運載火箭送入近地點441千米、遠地點2368千米、傾角68.44度的橢圓軌道。它測量了衛星工程參數和空間環境，並進行了軌道測控和《東方紅》樂曲的播送。“東方紅一號”衛星在運行28天后（設計壽命為20天），電池耗盡於1970年5月14日停止發射信號，《東方紅》樂曲停止播放，結束了其工作壽命。不過，衛星的軌道壽命並沒有結束，至今“東方紅一號”衛星仍在空間軌道上運行。

基本介紹

• 中文名：東方紅一號
• 外文名：Dongfanghong 1
• 所屬國家：中華人民共和國
• 發射地點：酒泉衛星發射場
• 發射日期：1970年4月24日21時35分(UTC+8)
• 運載火箭：長征一號運載火箭

任務概覽

“東方紅一號”衛星直徑約為1米，重量達173公斤，比蘇聯（83.6公斤）、美國（8.2公斤）、法國（38公斤）、日本（9.4公斤）的第一顆人造地球衛星的重量總和還要重，衛星的跟蹤手段、信號傳遞形式、衛星調控系統也都超過了他們第一顆衛星的水平。於1970年4月24日在酒泉衛星發射中心成功發射，由長征一號運載火箭送入近地點441千米、遠地點2368千米、傾角68.44度的橢圓軌道。

“東方紅一號”衛星由結構、溫控、能源、《東方紅》音樂裝置和短波遙測、跟蹤、天線等分系統及姿態測量部件等組成，主要任務是進行衛星技術試驗、探測電離層和大氣層密度。由於電池壽命有限，衛星運行28天后（設計壽命為20天），電池耗盡。在此期間，衛星把遙測參數和各種太空探測資料傳回地面。1970年5月14日，“東方紅一號”衛星停止發射信號，《東方紅》樂曲停止播放，衛星結束了其工作壽命。

發展歷程

“581”任務時期

1958年-1964年為“581”任務時期。

1957年10月4日，蘇聯成功發射世界首顆人造衛星。緊隨其後，美國於1958年1月31日將“探險者一號”衛星送上太空。在人類開啟探索浩瀚太空的征程之時，全球爭奪的焦點也由陸地轉向了天空。中國政府對此非常重視。彼時，中央分管科學技術的聶榮臻副總理向時任中國科學院副院長張勁夫交代，要中科院密切注意有關情況。1958年初，竺可楨、錢學森、趙九章聯名向中央上書，建議開展中國的人造衛星研究。1958年5月17日，毛澤東主席在黨的八大二次會議上鄭重宣布：“蘇聯和美國把人造衛星拋上了天，我們也要搞人造衛星”。1958年7月-8月間，中國科學院成立“581組”，組織協調衛星和火箭探測任務，組長錢學森，副組長趙九章、衛一清。同時，中央政治局撥專款支持中科院研製衛星，代號“581”任務。

1958年10月，中國科學院派出以趙九章為團長的高空大氣物理代表團，對蘇聯進行了70天的考察。代表團回國後，認為發射人造地球衛星是綜合性極強的大工程，技術十分複雜，中國當時並不具備發射衛星的條件。趙九章等在總結報告中提出建議推遲人造衛星研製工作，把力量轉移到探空火箭上來。1959年1月21日，院黨組傳達鄧小平指示：衛星明後年不放，與國力不相稱。據此，“581”任務部署調整，提出“以探空火箭練兵，高空物理探測打基礎，不斷探索衛星發展方向，籌建空間環境模擬實驗室，研究地面跟蹤接收設備”的具體方針。

1958年訪蘇代表團留影

“651”任務時期

1965年-1968年為“651”任務時期。

1964年，中國經濟形勢開始好轉，中程飛彈再次發射成功，標誌著我國基本上具備了發射人造地球衛星的能力。1964年12月27日，三屆人大會議期間，趙九章致信周恩來總理，提交開展衛星研製工作的建議。1965年1月，錢學森也寫信給聶榮臻副總理，認為已有條件考慮衛星問題。1965年1季度，周恩來批示科學院提出具體方案（“651”後來被定為衛星任務代號）。

趙九章給周恩來總理的關於中國研製人造衛星建議的信

1965年5月，中央專委決定中國科學院負責衛星工程總體設計和技術抓總。1965年7月1日，中科院受國防科委委託向中央專委呈報《關於發展我國人造衛星工作的規劃方案建議》，就發射人造衛星的主要目的、十年奮鬥目標和發展步驟、我國第一顆人造衛星可供選擇的3個方案、衛星軌道選擇和地面觀測網的建立、重要建議和措施等5個問題作了論述。《建議》同時明確了任務分工：衛星工程總體及衛星總體由中科院負責；運載火箭由七機部八院負責（1967年改為由一院負責）；地面觀測、跟蹤、遙控系統以四機部為主、中科院配合。1965年8月2日，中央專委批准該規劃方案，衛星研製正式立項，確定由國防科委負責組織協調，同意在中國科學院內設立一個衛星設計院（代號“651”設計院），原“581”任務改為“651”任務。中科院決定成立三個組織：衛星工程任務領導小組，組長谷羽、副組長楊剛毅、趙九章；成立衛星總體設計組，組長趙九章，副組長郭永懷、王大珩；成立衛星工程任務辦公室，主任陸綬觀。

1965年8月中旬，時任中國科學院院長裴麗生召集院內各有關單位負責人開會，傳達中央專委的決定，討論衛星工程的任務落實和組織落實問題。會議議定先成立三個組：（1）領導小組：由谷羽任組長、楊剛毅、趙九章為副組長，共12人組成；（2）總體設計組：由趙九章任組長，郭永懷、王大珩為副組長，共11人組成；（3）辦公室：由新技術局一處處長陸綬觀任主任，辦理日常事務。會議責成總體設計組成立後即著手草擬第一顆人造衛星總體設計方案，提出院內外協作意見，並草擬衛星設計院的組織方案。

中科院院衛星研製領導小組和總體組成立後，又經過兩個多月的準備工作，受國防科委委託，於1965年10月20日至11月30日，中國科學院主持召開了中國第一顆人造地球衛星的方案論證會（代號“651”會議）。參加會議的有國防科委、國防工辦、國家科委、有關軍兵種、有關工業部、發射試驗基地、軍事醫學科學院和中國科學院所屬單位的代表120名。中科院代表報告了中國第一顆人造衛星的總體方案、衛星本體方案設計提綱。七機部代表報告了運載工具方案構想。根據四機部的建議，由中國科學院代表報告了地面系統方案構想。會議就研製第一顆人造衛星的重大問題進行了反覆討論：（1）目的和任務。確定第一顆衛星為科學探測性質的試驗衛星，其任務是為發展中國的對地觀測、通信廣播、氣象等各種套用衛星取得必要的設計數據。（2）總體技術方案。總原則是“先進、可靠”，“上得去、抓得住、聽得見、看得見”。各分系統寫出了27個專題論證材料，約15萬字。但儘管如此，對若干具體的技術要求、指標和實現的方案，有的可以肯定下來，有的又經會後數月的計算、論證、方案複審，才逐步臻於完善。（3）跟蹤測軌方案。由於中國不在國外設立跟蹤觀測站，而中國的經度跨度又有限，因此衛星上天后要抓得住、測得準就很困難。中國科學院代表陳芳允根據中國國情，採納了數學所劉易成的建議，在報告中提出中國第一顆衛星的無線電跟蹤系統以都卜勒測速儀為基礎，以光學跟蹤經緯儀為輔，而在衛星入軌點則以雷達為主，比相干涉儀只做實驗的方案。會議同意對此方案於會後組織專門班子進行模擬計算。（4）軌道選擇方案。

初期衛星總體組成員

1966年1月，中國科學院宣布成立衛星設計院，代號“651設計院”，公開名稱“科學儀器設計院”，趙九章任院長，負責“東方紅一號”衛星總體方案設計等工作。1967年12月，國防科委召開第一顆人造衛星研製工作會議，審定了總體方案和各分系統方案，正式命名中國第一顆人造衛星為“東方紅一號”。1968年1月，國家正式批准了“東方紅一號”人造地球衛星的研製任務書。

大調整時期

1968年-1970年為人造衛星抓總工作體制的大調整時期。

1967年10月25日，毛澤東批准聶榮臻關於國防科委體制調整、改組方案的報告。1968年2月，為避免文革對衛星研製的衝擊，中科院“東方紅一號”研製隊伍5000多人、試驗基地、科研設施、工廠，以及研製任務本身，全部移交國防科委新成立的第五研究院，首任院長錢學森向聶榮臻推薦孫家棟擔任衛星技術總負責人，繼續完成正樣星研製。1970年1月30日，供預期飛行試驗用的兩級火箭發射成功，表明我國已具備發射衛星的能力。在先後完成空間模擬實驗和地面測控跟蹤系統之後，裝載衛星和火箭的專列於1970年4月1日秘密抵達位於酒泉的衛星發射基地。1970年4月17日，“長征一號”運載火箭和“東方紅一號”衛星順利進入2號發射陣地。18日，火箭與衛星開始垂直測試；19日，各分系統測試，一切準備就緒。1970年4月24日21時35分，“東方紅一號”衛星由“長征一號”運載火箭從酒泉衛星發射場發射升空，10分鐘後，衛星順利進入軌道。《東方紅》的樂曲從太空傳到了世界各地，中國成為世界上第五個獨立研製並發射人造地球衛星的國家。

技術特點

抓得住

“抓得住”是指要在衛星發射後，不管氣象情況如何，都能抓得住衛星（即能夠跟蹤測量）。當時光學觀測技術比較成熟，但光學觀測受日照條件、天氣陰晴變化和衛星亮度等級的限制，不能做為主要跟蹤手段，而無線電觀測可以在全天候下工作。因而確定以無線電觀測為主，光學觀測為輔。當時可供選擇的無線電設備有單脈衝雷達、比相干涉儀、都卜勒測速儀。用前兩種設備測軌方法比較成熟，但造價昂貴，對地面建站要求高；都卜勒測速儀造價低廉，但對跟蹤精度和計算方法無把握。為了摸清情況，中國科學院組織紫金山天文台趙先孜、張家祥，數學所劉易成、計算所張綺霞等用計算所自行研製的當時國內最快的119機進行模擬計算。經三個月的努力，摸清了情況，肯定了陳芳允提出的跟蹤測軌方案。這一方案體現了中低軌道衛星測軌系統的中國特色。

看得見

“看得見”即在地球上的觀測人群能用肉眼看見衛星。“東方紅一號”衛星直徑只有1米，為了使地面“看得見”，技術人員把衛星外形設計成由72面體組成的一個球體，目的之一是使衛星在軌運行時能閃光，因為該衛星是採用自旋穩定方式穩定，所以當它轉起來以後，由於角度不同，就會產生一閃一閃的效果，這樣在地面就比較容易觀測。

衛星由七機部研製的“長征一號”運載火箭發射。它是一個三級火箭。最初選擇的發射方向接近正東。火箭第一級工作完畢後墜落在內蒙古，第二級墜入太平洋，第三級在中國東北地區上空點火，和衛星一起進入軌道。這樣衛星軌道傾角只有42度，衛星對地球表面覆蓋面積小，歐洲、北美許多國家都看不見。1966年4月，研究人員提出把軌道傾角增大到70度，發射方位改為東偏南，火箭第一級墜入甘肅省，第二級墜入南中國海，第三級在廣西西北部上空和衛星一起進入軌道。這樣雖然衛星的重量有所減小，但全球有人居住的地方幾乎都可以看到中國第一顆衛星。但由於衛星太小，在天氣不好時仍看不見衛星，因為實際上衛星本體的亮度只有六等星左右。所以火箭設計人員又在第三級火箭上加上“觀測裙”，可使末級火箭的亮度提高，便於人們觀看。具體做法是：做一個布的大氣球（或叫“圍裙”）把第三級火箭包上，發射的時候先不把它放開，等上天以後再吹大，讓它能撐開漲到3米或者更大一點；同時，這個布氣球外頭也鍍上鋁，大面積反射太陽光，那樣的話視覺效果就比1米大得多，大大提高了觀測亮度。不過用肉眼看到的是氣球，或稱帶著“圍裙”的末級火箭，而不是衛星本身。氣球起引導作用，看見氣球之後，由於第三級火箭是跟衛星一塊入軌的，與衛星一前一後，速度軌道差不多，前後距離並不遠，所以在其附近很容易就找到“東方紅一號”衛星。在“東方紅一號”上天后，遵照周恩來總理的要求，中國對“東方紅一號”衛星飛經各國首都上空的時間進行了預報，以便各國觀測，在當時引起許多國家的強烈反響。

給人造衛星加“圍裙”

聽得到

“聽得到”即讓全國和全世界都能用一般的收音機收聽中國第一顆衛星傳送的聲音。《東方紅》樂音的接收、轉播系統，是中國第一顆衛星獨有的系統。產生悅耳動聽的東方紅樂曲，不是靠錄音機，而是用電子線路產生複合音。對於如何產生《東方紅》樂音，曾提出過幾種方案，經比較決定，採用可靠性高、工作壽命長、消耗功率小、樂音悅耳嘹亮的電子音樂。然而試驗並不是一次成功的。當時正處在“文化大革命”的動亂中，播送《東方紅》樂音不僅是科研任務，也成了責任重大的政治任務。如果技術上出現對樂曲的扭曲、失真，科研人員要承擔政治風險。在沉重的思想負擔和精神壓力下，衛星總體組組長何正華和樂音裝置的主要設計者劉承熙解決了樂音錯亂和樂音變調等一系列問題。最後，《東方紅》樂音採用電子線路產生模擬鋁板琴聲奏出。樂音裝置的第一批正樣產品是1968年上半年在重慶一家工廠生產的，由於當時生產秩序極不正常，產品中許多元件出現虛焊現象。最後上天的產品是由上海科學儀器廠重新生產的。

“東方紅一號”衛星樂音裝置

對於如何傳送《東方紅》樂音，也曾提出過3種方案，最後經研究決定，採用1台發射機交替傳送《東方紅》樂音。不過，要讓普通收音機直接收聽到“東方紅一號”衛星播發的《東方紅》樂音，需在衛星上安裝大功率發射機，但那將使衛星的重量超過1噸，這對於當時中國火箭的運載能力來說是不可行的。為此，採用先由大型地面站接收，再通過廣播電台轉播的辦法來實現。所以，在衛星發射上去後，全國人民聽到的《東方紅》樂音都是經廣播電台轉播的衛星信號。

結構設計

“東方紅一號”外形為近擬球體的72面體，直徑約1米，質量為173千克，採用自旋姿態穩定方式，轉速為120轉/分，利用太陽角計和紅外地平儀測定姿態。

“東方紅一號”採用這種設計外形主要有以下考慮：一是可使衛星有較大的結構利用空間；二是在平面上貼上太陽電池片比在曲面上貼上更方便可靠；三是由於衛星採用自旋穩定方式，即衛星自旋軸相對於太陽的取向是不斷變化的，在72面球體上貼上太陽電池片可便於太陽電池片在不同徑向的面上適當地均勻布設，使任何時刻太陽電池的總輸出變化很小，這對整星能源系統的設計很有利（雖然後來因衛星任務和技術方案有所變化，“東方紅一號”上最終未貼上太陽電池片，而採用所攜帶的銀鋅電池供電，但結構設計未改動。另外，在與“東方紅一號”相同外形的中國第2顆人造衛星——“實踐一號”上成功地使用了這一設計方案，壽命超過8年）；四是採用球形設計，可使衛星飛行時的彈道截面基本不變，所以不用在星上安裝探測儀器，就能用衛星的測軌跟蹤數據反演推算衛星飛經高度的大氣密度值及其變化，從而多得到一些科學數據。

“東方紅一號”衛星儀器艙為圓柱形，安裝在衛星中部。在艙罩與底盤的連線部位裝有密封圈，以保證儀器艙的密封。儀器艙底座是衛星的主要承力結構件，也是衛星與運載火箭連線的重要部件。它既承受衛星自身的重量，在發射過程中，又要承受運載火箭的推力。根據“651”任務總的安排，由中科院化學所負責衛星儀器艙底座和衛星用密封圈的研製。儀器艙底座，採用了當時國內、國外都屬先進的複合材料製造。由於底座結構形狀複雜，製造上有一定難度。該底座經“東方紅一號”衛星使用，承受了衛星的主要載荷，且經歷超重、噪聲、空間輻照等嚴酷的環境，圓滿地完成了任務。在第二顆衛星“實踐一號”上，也使用該底座，承載重量有增加，底座仍完成了承載任務。

溫控塗層

衛星在軌道上運行時，在太陽直接照射、地球熱反射和地球紅外輻射加熱的作用下，衛星表面溫度可高達100多攝氏度。而當衛星處於地球陰影區，不被太陽照射和地球反射加熱時，衛星表面溫度可降到零下100多攝氏度。在這種冷熱劇烈交變的狀況下，衛星上的儀器設備將無法正常工作，甚至會被損壞。因此，必須採取適當的溫度控制措施，以保證衛星儀器艙內有一個正常工作的溫度環境。在國外早期的衛星中，因溫度控制設計不周，導致衛星飛行失敗是常有的事。根據發射人造衛星的需要，1965年，中科院有機所和矽酸鹽所分別負責研製有機溫控塗層和無機溫控塗層。有機所為“東方紅一號”衛星研製成一種高輻射有機溫控塗層，塗於衛星殼體的內表面，以起絕熱作用；矽酸鹽所為“東方紅一號”衛星研製成用於衛星外蒙皮的無機溫控塗層，採用電化學陽極氧化方案，這在當時，國際上認為是不可實現的技術難題。人造衛星用無機溫控塗層和有機溫控塗層，於1980年和1981年先後分別獲得國家發明獎三等獎。

總體評價

“東方紅一號”衛星的升空，使中國成為繼蘇聯、美國、法國和日本之後，第5個完全依靠自己的力量成功發射衛星的國家，在全世界引起了轟動，大大提高了中國在世界上的威望。“東方紅一號”不僅全部達到了設計要求，而且質量比前4個國家發射的第1顆衛星質量總和還要超出29.8千克（美國的第1顆衛星只有8.2千克）。同時，在衛星的跟蹤手段、信號傳輸形式和星上溫控系統等技術領域，也都超過了上述國家第1顆衛星的水平。由於能源系統的保證，“東方紅一號”衛星上的各種科學儀器實際工作時間遠遠超過了設計額定要求，取得了大量的工程遙測參數，為後來的衛星設計和研製工作提供了重要依據。

“東方紅一號”衛星的成功發射是中國航天史上的一座豐碑，同時也積累了非常寶貴的經驗：中國的社會主義制度具有集中力量辦大事的優勢；航天事業的發展可以帶動了中國科技水平的整體躍升；切合實際制定科學合理的方案能使我們的努力能夠成功；不等條件，創造條件，立足自己，自主創新，一定能開闢高科技的新天地。

發射人造地球衛星是一項非常複雜的系統工程，它包括研製運載火箭、建設發射場、研製衛星本體和衛星所攜帶的科學儀器、建立地面觀測網等，其每一部分都是高新技術的綜合套用和集智創新。“東方紅一號”衛星就是在攻克了結構系統、熱控系統和能源系統、樂音裝置及短波遙測系統、跟蹤系統、天線系統和科學探測系統等一系列技術難關的基礎上研製成功的。從1965年衛星工程研製任務列入國家計畫並明確爭取在1970年左右發射之後，中國在成功地研製了“東方紅一號”衛星、“長征一號”火箭的同時，還於1970年建成了酒泉衛星發射中心和測控網。第1顆衛星成功升空運行的實踐證明，這些系統技術性能可靠，不僅出色地完成了當時預定的任務，而且為中國航天事業後來的發展奠定了紮實的基礎和提供了寶貴的經驗。“東方紅一號”衛星的發射成功，在中國航天史上具有劃時代的意義。