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建国70周年/航天63年:在中国做一个航天人是何种体验?
时间:2019-09-19



中华人民共和国至今成立70周年了;中国航天也随之走过63个年头。回头看来,它的每一幕依然激动人心。


长征、东方红、尖兵、实践、风云、中星、神舟、天舟、天宫、悟空、墨子、张衡、嫦娥……这些看起来优雅别致的太空任务的名字令人印象深刻,其背后的成就更令人难以置信。



第一幕:筚路蓝缕,以启山林



1955年,美国国家航空航天局(NASA)绝对核心机构喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)核心创始和命名人之一【1】、麻省理工学院正教授、加州理工学院正教授、V2火箭及其总师冯·布劳恩审问组成员、美国空军顾问/上校、卡门·钱公式和钱学森弹道命名者——钱学森博士,要回去一穷二白的新中国搞“航天”。

“两弹一星”元勋钱学森(图片来源:NASA/JPL)


在此之前,苏联和美国通过强有力的技术积累已成为全球航空航天人才的唯一选择。回归中国基本上意味着钱学森将放弃他辉煌的学术生涯。但这也是他的回归,为新成立的新中国带来了航天发展最宝贵的机遇


1956年,国防部第五研究院成立,钱学森担任首任院长,中国航天正式起步【2】。


1960年,中国第一枚导弹起飞;


1966年,中国第一枚装载核武器的导弹起飞;


1970年4月24日,中国第一枚火箭起飞,成功将首枚卫星东方红一号送入太空。


东方红一号的成功正式标志着“两弹一星(导弹、核弹、人造卫星)”事业取得全面成功。由于独特的轨道设计和日月引力摄动影响,49年后的今天,东方红一号依然运行在环绕地球轨道,成为见证中华民族历史性跨越的不朽丰碑。4月24日,也因此成为中国航天日。

2019年9月,东方红一号依然在轨飞行


钱学森不仅获得“两弹一星功勋奖章”,更是因为他的卓越贡献获得了中华人民共和国历史上仅颁发一位的“国家杰出贡献科学家”伟大荣誉。


第二幕:独立自主,自力更生



如果在最早的中国航天背后有苏联的支持,那么随着20世纪60年代国际形势的变化,苏联的专家和投资就完全撤离了。从发射基地到运载火箭,中国航天公司面临着巨大的困难。刚刚起步的中国航空航天业尚未脱离中部地区,并被迫走上了自主发展的道路。


酒泉卫星发射中心于1958年竣工,尚未正式开放,但中国必须开始在国防和重工业方面实现战略转变。中国凭借自身实力,于1967年和1970年开始建设太原卫星发射中心和西昌卫星发射中心。这三个卫星发射中心已成为支持中国未来太空发展的基石。


长征火箭的命名,来自1935年10月中国工农红军即将结束万里长征时毛泽东所做的诗《七律·长征》【3】。“红军不怕远征难,万水千山只等闲”,我国的运载火箭以“长征”命名,寓意火箭事业一定会像红军长征一样,克服任何艰难险阻,到达胜利彼岸。


用红军的长征来描述长征系列火箭系列的发展再适合不过了:在长征1号火箭成功发射两次后,中国正面临新火箭完全空白的局面 并且必须在贫穷和白色的情况下受到攻击。难。然而,在几十年内,中国宇航员坚持“两弹一星”,并自主研发了长征2,3,3系列,以及后来的第5,6,7和11系列。“长征”成为一个覆盖各种轨道和各种载荷的大型火箭系列。


1970年到2007年的37年内,长征系列火箭突破100次发射大关。而突破200次大关,仅用了7年多。再4年后的2019年3月发射中星6C卫星,已经突破300次大关。37、7、4,这三个数字代表的是长征火箭“三军过后尽开颜”的巨大成功!【4】


第三幕:风云变幻,人定胜天


1988年,中国第一颗气象卫星风云一号A星发射升空,揭开了中国气象卫星系列的序幕。在过去的30年里,中国开发了一系列“高低搭配”的风云卫星:八颗风云二号和刚刚开始发射的风云四号,在地球上空36,000公里处运行。赤道。地球的单圈时间与地球的旋转时间完全相同,所以它与地面保持相对静止; 另外四个风云一号和四个风云三号在距地球表面几百公里的高度运行。它在1.5小时内环绕地球; 这些卫星构成了中国洞察力的核心。

卫星能够实现对大气1000多个细分光谱的观测,闪电成像仪能高速拍摄高分辨率图像,极大提高中国气象预测水平【5】。


在风云系列卫星之外,我国还发射了资源、环境、遥感、海洋、高分等一系列对地遥感卫星,它们的存在,成为我国气象预测、防灾减灾、国土勘察、农林牧渔和国土安全等多方面应用的保证。


第四幕:天地通连,现代烽火



信息的快速传递,成为人类新时代的重要标志,而航天的核心应用之一便是在太空中建立一座又一座“烽火台”-通信卫星。


从实现最早的东方红-1卫星的单向广播功能开始,随后的中国通信卫星从东方红-1向现在的东方红-5卫星平台迅速发展。基于这些卫星平台,中国建成了一系列通信卫星,如中兴系列,成为中国现代化的烽火台。自2017年中兴16推出以来,中国通信卫星也正式进入高通量时代。

中星16号高通量通信卫星


高通量的概念是什么?中兴16采用Ka波段多波束宽带通信系统,总通信容量达到20 Gbit / s,超过了中国以往所有通信卫星的总和!同时,它还验证了车载激光通信和离子电力推进系统,并大大提高了通信质量和卫星寿命。越来越广泛的飞机通信依赖于这些高通量通信卫星的存在。


随着东方红V卫星平台的完全成熟,新一代通信卫星可以使包括中星16号在内的所有通信卫星的总容量翻倍。

此外,在航天器测量和控制领域,中国依靠陆基监测站和七个海原的七元王调查船,但他们从未能够无缝连接航天器。例如,在2005年杨立伟执行中国首次载人航天任务时,他只有几分钟的时间飞越中国。2013年,王亚平能够为中国的小学生传授空间; 2016年,景海鹏和陈冬能够随时观看现场表演。这背后的支持是中国建立的通信中继卫星系统的第1号Skylink。四颗卫星实现全球覆盖,不再有盲区。

天链一号01-03星即可满足需求,04星为01星的备份(图片来源:编辑自STK)


2018年,中国甚至将中继卫星技术用于月球,这座桥成为唯一的地月中继通信中继卫星。月球背后的灯塔也确保了人类第一次登陆月球 - 这是第4次任务的巨大成功。


第五幕:万象星辰,参天北斗



中国古代的伟大发明之一是指南针技术,它也成为人类文明时代最重要的科技产品之一。但在人类太空时代,卫星应用领域已经为GPS系统提供了先机。


这一军用通信导航系统凭借超高精度创造了“外科手术式打击”、“斩首行动”等一系列新的军事名词,成为几乎所有现代武器必备的辅助,后续通过民用商业化又赚得盆满钵满【6】。


但毕竟,GPS本质上是一个可以随时关闭指定用户的军事系统,这足以突出大国家开发独立卫星导航系统的重要性。因此,从上世纪末开始,中国一直在处理这种航空航天核心技术。经过20多年的发展,2018年,中国的北斗卫星导航系统在一年内实现了10支箭和18颗星的壮举,远远超过了GPS系统的6星级记录


在中国长期航天技术积累和导航系统技术发展的长期优势下,中国采用了一套完全不同于任何其他导航系统的思想。北斗有几个“三个”创新:三个轨道(地球静止轨道,地球倾斜同步轨道,中高轨道),三个频率,三代系统和卫星。此外,它还具有多种功能,如卫星间链路通信,短信系统和卫星应急救援。由于它是被动定位系统,理论上用户数量没有上限!

GPS星座(左)和北斗星座(右)的对比(左图来源:Wikipedia)


2018年12月27日,北斗3号开始提供全球服务,包括“一带一路”国家和地区在内的世界各地都可以享受到北斗系统的服务。随着北斗卫星导航系统进入2019年建设的最后阶段,“天上的星星参北斗”将成为现实。


第六幕:天上宫阙,今夕何年?



20世纪60年代初,苏联和美国突破并掌握了载人航天技术,并形成了40多年的垄断地位,证明载人航天飞行是人类航天技术的最高技术之一。然而,随着杨立伟在2003年进入太空,世界载人航天领域已经有三名球员,中国在载人航天领域的发展效率惊人


1999年11月20日,神舟一号实现两个突破:载人火箭长征2F和实验性质的飞船测试,仅飞行21小时。


2001年1月10日,神舟二号实现一个突破:飞船大幅改进和长时间稳定的飞船导航制导与控制。


2002年3月25日,神舟三号实现一个突破:经过两次2002年12月30日,神舟四号实现一个突破:全面检测飞船的逃逸系统、生命维持系统和返回系统,最后一次全面检验载人航天技术。


2002年12月30日,神舟四号实现一个突破:全面检测飞船的逃逸系统、生命维持系统和返回系统,最后一次全面检验载人航天技术。


杨利伟成为中国航天划时代发展的见证者


2003年10月15日,神舟五号实现一个重大突破:杨利伟升空,中国打破苏美垄断,成为世界第三个能实现独立自主载人航天的国家。


2005年10月12日,神舟六号实现一个突破:多人多天任务,费俊龙和聂海胜在太空中停留了5天,远超杨利伟的21小时。


2008年9月25日,神舟七号实现一个突破:首次出舱行走,由翟志刚完成。


2011年9月29日,天宫一号实现一个重大突破:中国首个空间站/实验室,它超期服役了两倍寿命。


2011年11月1日,神舟八号实现一个突破:无人情况下对接天宫一号目标飞行器。


2012年6月16日,神舟九号实现两个突破:载人情况下与天宫一号两次对接,中国第一位女性航天员刘洋。


2013年6月11日,神舟十号实现一个突破:对接天宫一号,多人次短期在空间实验室生存。


2016年9月15日,天宫二号实现两个重大突破:货运飞船补给,多人长期在轨驻留、为建立长期天宫空间站做最后准备。


2016年10月17日,神舟十一号实现一个重大突破:多人次长期在空间实验室生存,其中老将景海鹏已经是三上太空。


2017年4月20日,天舟一号实现两个突破:货运补给和在轨燃料补加。


天宫一号和二号轨道高度变化图,二者都是“蜡炬成灰泪始干”


在2019年7月19日21:06,经过1036天的轨道运行后,天宫2号被控制脱轨并重新进入大气层,少量碎片落入南太平洋安全海域,标志着中国载人航天工程空间实验室的舞台。所有任务均已成功完成。中国以极低的成本完成了天宫空间站建设的准备工作,并且最有效地利用了有限的任务。这是人类空间史上的一个奇迹。


第七幕:嫦娥玉兔,奔向月宫



中国的历法,传说和文化多次出现在月球上,但登月并不容易:距离地球38万公里!月亮的背面更加神秘。由于地球引力潮的锁定,基本上不可能从地球上看到!


但对于中国航天人而言,一定要把“嫦娥”和“玉兔”送到月宫去!


2007年10月24日,嫦娥一号升空前往月球,将包括《半个月亮爬上来》在内的30首歌曲携带到中国人魂牵梦绕的月球。


2010年10月1日,嫦娥二号发射,它挑战了一系列全新技术,最后飞过距离地球150万千米的日地拉格朗日二点,是人类历史上唯一一次从月球前往此点。在此工作一年之后,又飞掠图塔蒂斯小行星,最近仅距小行星3.2千米,非常不可思议。


2013年12月14日,嫦娥三号和玉兔一号着陆月球,成为37年内再次访问月球的人类使者。


2018年5月21日,鹊桥号出发,成为人类唯一地球/月球背面通信中继卫星。


嫦娥四号/玉兔二号/鹊桥号任务(图片来源:中国国家航天局)


2019年1月3日,嫦娥四号和玉兔二号成功着陆月球背面南极-艾特肯盆地,实现人类探测器首次在月球背面软着陆【7】。


后续,我国还将有嫦娥五号着陆采样返回地球等多个任务,为中国人带来真正的月壤成分。


第八幕:新章伊始,华丽再续



千言万语都无法概括过去70年来中国航天工业的巨大变化。


我们还有:尖兵系列,为国土保驾护航;实践系列,验证一系列航天尖端技术;墨子卫星,洞察量子通讯的奥秘;张衡一号,揭开地震发生原理和影响的神秘机制;悟空卫星,探测宇宙中最深不可测的暗物质粒子;慧眼望远镜,通过X射线洞察宇宙深处的神秘……


中科院空间科学先导专项第二批的主要卫星(图片来源:空间科学中心


我们还将有:多个型号新型火箭、新一代载人飞船,天宫空间站、巡天望远镜、火星探测、月球采样返回、木星探测、爱因斯坦探针、太阳天文台、引力波探测、重力场探测、系外行星搜寻、全球低轨通信卫星网络、小微卫星和商业航天等一系列发展中的技术【8】。


不过,请别忘记,中国航天史上辉煌成就的背后,不仅有伟大的23位“两弹一星”元勋,更有一个又一个坚持“两弹一星”精神、平凡但伟大的航天人。


向他们致敬!



参考文献:

1.  JPL。“JPL101, early history”。

2.  新华社。“第一个导弹火箭研究机构——国防部五院:中国航天梦的起点”,2017年7月10日。

3.  中国运载火箭技术研究院新闻中心。“各国火箭名字的由来”,2018年3月9日。

4.  中国航天科技集团。“300次,长征火箭实现历史新跨越”,2019年3月10日。

5.  国家卫星气象中心/国家空间天气监测预警中心。“风云四号A星”。

6.  GNSS Market Report, Issue 5, copyright © European GNSS Agency, 2017。

7.  吴伟仁,王琼,唐玉华,等. “嫦娥4号”月球背面软着陆任务设计[J]. 深空探测学报,2017, 4(2):111-117。

8.  中国科学院。“中科院空间科学先导专项第二批任务”。



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