书城科普读物神秘的太空世界丛书:人类的航天历程
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第9章 世界各国对航天的探索(5)

“东方红1”号卫星是中国的第一颗人造卫星,由以钱学森为首任院长的中国空间技术研究院研制,当时共做了5颗样星,结果第一颗卫星就发射成功。该院制定了“三星规划”:即“东方红1”号、返回式卫星和同步轨道通信卫星,而孙家栋则是当时“东方红1”号卫星的技术负责人。1967年,党鸿辛等人选择了一种以铜为基础的天线干膜,成功解决在100摄氏度至-100摄氏度下超短波天线信号传递困难问题。“东方红1”号卫星因工程师在其上安装一台模拟演奏《东方红》乐曲的音乐仪器,并让地球上从电波中接收到这段音乐而命名。“东方红1”号卫星以火车运输时,铁路沿线每两根电线杆间由一位荷枪实弹的卫兵守卫。1970年4月24日21时35分,“长征1”号运载火箭(CZ-1)载着“东方红1”号卫星从中国西北酒泉卫星发射中心发射升空,21时48分进入预定轨道。

“东方红1”号卫星的主要任务是进行卫星技术试验、探测电离层和大气层密度。卫星为近似球形的72面体,质量173千克,直径约1米、采用自旋姿态稳定方式,转速为120转/分,外壳表面由按温度控制要求经过处理的铝合金为材料,球状的主体上共有4条2米多长的鞭状超短波天线,底部有连接运载火箭用的分离环。卫星飞行轨道为近地点439千米、远地点2384千米、轨道平面和地球赤道平面为倾角6844度的近地椭圆轨道,运行地球一圈周期为114分钟。“东方红1”号卫星除了装有试验仪器外,还可以以20兆赫的频率发射《东方红》音乐,该星采用银锌电池为电源。

“东方红1”号卫星目前状态

2009年2月1日15时08分32秒根据NASA(美国航空航天局)的数据写出来的。

纬度:6402度;经度:3507千米;轨道倾角:20564度;运行周期:1106分钟;速度:755千米/秒;高度:72825千米;近地点:430千米;远地点:2075千米。

我国首颗绕月人造卫星——“嫦娥1”号

“嫦娥1”号是中国自主研制并发射的首个月球探测器。中国月球探测工程“嫦娥1”号月球探测卫星由中国空间技术研究院研制,以中国古代神话人物“嫦娥”命名,嫦娥奔月是一个在中国流传的古老的神话故事。“嫦娥1”号主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。整个“奔月”过程大概需要8~9天。“嫦娥1”号运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上。“嫦娥1”号工作寿命1年,绕月飞行1年,执行任务后不再返回地球。“嫦娥1”号发射成功,中国成为世界第五个发射月球探测器的国家地区。

“嫦娥1”号是中国的首颗绕月人造卫星,由中国空间技术研究院承担研制。“嫦娥1”号平台以中国已成熟的“东方红3”号卫星平台为基础进行研制,并充分继承“中国资源2”号、“中巴地球资源”等卫星的现有成熟技术和成果,进行适应性改造。卫星平台利用“东方红3”号卫星平台技术研制,对结构、推进、电源、测控和数传等8个分系统进行了适应性修改。“嫦娥1”号星体为一个2米×172米×22米的长方体,两侧各有一个太阳能电池帆板,完全展开后最大跨度达181米,重2350千克。有效载荷包括CCD立体相机、成像光谱仪、太阳宇宙射线监测器和低能粒子探测器等科学探测仪器。

“嫦娥1”号月球探测卫星由卫星平台和有效载荷两大部分组成。其卫星平台由结构分系统,热控分系统,制导、导航与控制分系统,推进分系统,数据管理分系统,测控数传分系统,定向天线分系统和有效载荷等9个分系统组成。这些分系统各司其职、协同工作,保证月球探测任务的顺利完成。星上的有效载荷用于完成对月球的科学探测和试验,其他分系统则为有效载荷正常工作提供支持、控制、指令和管理保证服务。

“嫦娥1”号卫星“嫦娥1”号卫星发射后首先将被送入一个椭圆形地球同步轨道,这一轨道离地面最近距离为200千米,最远为51万千米,探月卫星将用16小时环绕此轨道一圈后,通过加速再进入一个更大的椭圆轨道,距离地面最近距离为500千米,最远为128万千米,需要48小时才能环绕一圈。此后,探测卫星不断加速,开始“奔向”月球,大概经过114小时的飞行,在快要到达月球时,依靠控制火箭的反向助推减速。在被月球引力“俘获”后,成为环月球卫星,最终在离月球表面200千米高度的极月圆轨道绕月球飞行,开展拍摄三维影像等工作。卫星奔月总共需时114个小时,距离地球接近3844万千米。而过去,中国发射的卫星距离地面一般都在358万千米左右。

根据中国月球探测工程的四项科学任务,在“嫦娥1”号上搭载了8种24台件科学探测仪器,重130千克,即微波探测仪系统、γ射线谱仪、X射线谱仪、激光高度计、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器、CCD立体相机、干涉成像光谱仪。

在初样研制阶段,有电性星和结构星这两颗初样卫星承担卫星测试工作。电性星的试验主要是用于一些带有电子性能的设备的综合测试,结构星的试验主要是要考核结构设计的合理性和整星上温度控制设计的合理性。两颗初样星进行整星测试。整个初样测试阶段持续到2007年6月份,随后进入卫星正样星的研制阶段,进行“嫦娥1”号正样卫星的研制。

为了保证完成月球探测工程任务,对承担卫星发射任务的“长征3”号甲火箭进行了41项可靠性的设计工作,以提高其运载可靠性。

“嫦娥1”号月球探测卫星于2007年10月24日在西昌卫星发射中心由“长征3”号甲运载火箭发射升空。运行在距月球表面200千米的圆形极轨道上执行科学探测任务。

北京时间2007年10月24日18时05分左右,“嫦娥1”号探测器从西昌卫星发射中心由“长征3”号甲运载火箭成功发射。卫星发射后,将用8~9天时间完成调相轨道段、地月转移轨道段和环月轨道段飞行。经过8次变轨后,于11月7日正式进入工作轨道。11月18日卫星转为对月定向姿态,11月20日开始传回探测数据。

2007年11月26日,中国国家航天局正式公布“嫦娥1”号卫星传回的第一幅月面图像。

2007年12月12日上午10时,庆祝我国首次月球探测工程圆满成功大会在北京人民大会堂举行。

2009年3月1日16时13分,“嫦娥1”号卫星在控制下成功撞击月球,为我国月球探测的一期工程画上了圆满句号。

中国首次月球探测工程五项工程目标

中国首次月球探测工程由月球探测卫星、运载火箭、发射场、测控和地面应用等五大系统组成,工程系统五项工程目标:

1研制和发射我国第一个月球探测卫星;

2初步掌握绕月探测基本技术;

3首次开展月球科学探测;

4初步构建月球探测航天工程系统;

5为月球探测后续工程积累经验。

我国取得的载人航天成就

“神舟2”号在独立自主基础上发展起来的我国航天事业,起步较晚,但起点较高。

中国航天成就

中国进行载人航天研究的历史可以追溯到20世纪70年代初。在中国第一颗人造地球卫星“东方红1”号上天之后,当时的国防部五院院长钱学森就提出,中国要搞载人航天。国家当时将这个项目命名为“714工程”(即于1971年4月提出),并将飞船命名为“曙光1”号。然而,中国在开展了一段时间的工作之后,认为无论是在研制队伍、经验方面,还是在综合国力、工业基础方面搞载人航天都存在一定的困难,这个项目就暂时搁置了。

20世纪70年代初,中国第一颗人造地球卫星“东方红1”号上天之后,开始了“东方红2”号、“东方红2”号甲、“东方红3”号等多颗通信卫星的研制工作。

进入80年代后,中国的空间技术取得了长足的发展,具备了返回式卫星、气象卫星、资源卫星、通信卫星等各种应用卫星的研制和发射能力。特别是1975年,中国成功地发射并回收了第一颗返回式卫星,使中国成为世界上继美国和前苏联之后第三个掌握了卫星回收技术的国家,这为中国开展载人航天技术的研究打下了坚实的基础。

1992年1月,中国政府批准载人航天工程正式上马,并命名为“921工程”。在“921工程”的七大系统中,核心是载人飞船,载人飞船由中国空间技术研究院为主来进行研制。

“神舟3”号在预定地域着陆“神舟4”号“921工程”正式上马时中央就提出了“争8保9”的奋斗目标,即1998年要在技术上有一个大的突破,1999年要争取飞船上天。中国唐家岭航天城,为中国的载人航天工程完成载人航天的任务做了物质条件的保证。

1999年11月21日凌晨3时41分,我国发射的第一艘试验飞船“神舟”号在完成了空间飞行试验后在内蒙古自治区中部地区成功着陆。“神舟5”号升空“神舟6”号升空我国载人航天事业起步比国际社会至少晚了30年,比航天强国美国、俄罗斯至少落后半个世纪。但是,我国自从1999年11月20日发射“神舟1”号载人试验飞船后,又于2001年1月10日、2002年3月25日、2003年1月5日,公接连4次发射成功“神舟”系列号的不载人试验飞船。航天专家认为,这些成功表明,我国已掌握了天地往返技术,和其他一系列关键技术。

2003年10月15日,我国发射第一艘载人宇宙飞船,航天员杨利伟成为浩瀚太空迎来的第一位中国访客。

2005年10月12日,中国第一位航天员杨利伟乘坐“神舟5”号飞船进入太空,实现了中华民族千年飞天梦想。成功实现“多人多天”的载人航天飞行任务。在这次太空飞行中,我国还实现了第一次天地之间对话,创造了其他多个中国航天史上的“第一”。“神舟5”号的成功发射和回收,使我国成为继俄罗斯和美国之后,第三个掌握载人航天技术的国家。

费俊龙和聂海胜着陆

“神舟7”号载人飞船发射升空

2005年10月12日,在酒泉卫星发射中心发射升空“神舟6”号飞船,费俊龙和聂海胜两名中国航天员被送入太空,预计飞行时间为5天。先在轨道倾角424度、近地点高度200千米、远地点高度347千米的椭圆轨道上运行5圈,实施变轨后,进入343千米的圆轨道,绕地球飞行一圈需要90分钟,飞行轨迹投射到地面上呈不断向东推移的正弦曲线。轨道特性与“神舟5”号相同。

时任美国太空总署署长的格里芬说,“神舟6”号升空,证明中国已跻身世界航天的“精英国家”之列,中国再次展示,他们是一个能载人飞上太空的航天先进国家之一。时任俄罗斯航天局副主管的莫尔西耶夫说,中国已经加入了人类太空俱乐部,我们期望在所有范畴上跟其进一步合作,包括载人航天飞行。俄罗斯密切关注中国的太空计划。

2007年10月24日,我国在西昌卫星发射中心,使用“长征3”号甲运载火箭成功发射“嫦娥1”号月球探测卫星,这是我国历史上第一颗月球探测卫星。这颗探测卫星运行在距月球表面200千米的圆形极地轨道上,执行了多项科学探测任务。“嫦娥1”号月球探测卫星的完善发射,使中国人向着千百年的登月梦想逼近。

2008年9月24日下午14时30分在酒泉卫星发射中心的“神舟7”号载人航天飞行任务总指挥部新闻发布会上,“神舟7”号载人航天飞行总指挥部宣布:2008年9月25日21时07分至22时27分直接发射,进行载人航天飞行。届时中国的航天员将首次出舱来进行太空行走。

2008年9月25日,我国第三艘载人飞船“神舟7”号成功发射,3名航天员翟志刚、刘伯明、景海鹏顺利升空。27日,翟志刚身着我国研制的“飞天”舱外航天服,在身着俄罗斯“海鹰”舱外航天服的刘伯明的辅助下,进行了19分35秒的出舱活动。中国随之成为世界上第三个掌握空间出舱活动技术的国家。2008年9月28日傍晚时分,“神舟7”号飞船在顺利完成空间出舱活动和一系列空间科学试验任务后,成功降落在内蒙古中部阿木古朗草原上。

我国载人航天工程系统

载人飞船工程是我国迄今为止最大的航天工程,由7个系统组成,即:宇航员系统、飞船应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统和着陆场系统。

宇航员系统

宇航员系统是载人航天工程的一个重要组成部分,与其他6个系统相比,具有较大的特殊性。载人航天飞船工程与其他航天工程最重要的区别就在于人类的直接参与飞行。宇航员系统是一个以宇航员为中心的医学和工程相结合的复杂系统,涉及航天生命科学和航天医学工程等许多重要领域。宇航员系统的任务是负责制定出宇航员选拔方案、内容和标准,并选拔、培训出能够执行载人飞行任务的宇航员;对宇航员实施有效的医学监督和医务保障;与此同时完成宇航服、食品和用具等装船项目的研制。