中國通信衛星“升級”路

齊岳峰+蘆垚

2015年10月7日12時13分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將1組“吉林一號”商業衛星發射升空

在中國通信衛星歷史上，2016年是值得銘記的一年。

1月16日0時57分，白俄羅斯通信衛星從群山掩映下的西昌衛星發射中心拔地而起，刺破深空。這標志著中國航天邁出了開拓歐洲市場、服務世界航天的第一步。

對于一個發展中國家來說，走到打開歐洲市場這一步，頗為不易。

“買星”“造星”之爭

1970年4月24日，“東方紅一號”衛星順利發射升空。

“東方紅一號”的成功發射，使中國成為繼蘇、美、法、日之后世界上第五個獨立研制并發射人造地球衛星的國家。這為中國發展實用衛星奠定了基礎。

就在“東方紅一號”升空那年，已有發展實用衛星的呼聲。

航天專家彭成榮回憶，早在1970年，以石油勘探企業為主的一些用戶就迫切提出衛星通信的要求。由于衛星通信具備傳播距離遠，不受地形限制，可實現大面積廣播，通信容量大，信息傳輸質量好，成本較低等特點，中國有關部門也提出發展衛星通信的要求，以期盡早解決邊疆、海島、山村、沙漠等地區的通訊問題。

1970年初，在調研國外通信衛星資料的基礎上，中國空間技術研究院通信衛星研制隊伍提出了通信衛星總體方案設想，并于同年11月召開了方案討論會。

不過，由于運載火箭能力的限制和“文化大革命”的干擾，衛星通信工程進展十分緩慢。

兩年后的1972年，美國總統尼克松訪華，打破了新中國成立后中美相互隔絕的局面。當時，在周恩來的直接安排下，中方特意租用了一顆國際通信衛星，為隨行的美國記者提供服務，使得美國本土觀眾目睹了這一歷史性事件。

在此事過去后兩年，1974年6月，中國空間技術研究院組織召開衛星方案可行性討論會。

1975年3月31日，中央軍委審議通過了國家計委、國防科委提出的《關于發展衛星通信問題的報告》，黨中央和毛澤東主席很快批準了這個報告，代號“331工程”的中國通信衛星計劃正式開始實施。

但在此之后，通信衛星研發也并非一帆風順。1981年開始，一場“買星”還是“造星”的爭論開始了。

“造星”派認為，中國在核心領域、戰略產業方面應當堅持自主發展的道路，通信衛星關乎國家的經濟命脈和空間安全，理應把“國產”作為首選。

“買星”派則認為，從價值規律出發，“租星”或“買星”來得快，還可能又好又便宜，因此當然是解決國內市場燃眉之急的捷徑，畢竟，全世界有170多個國家和地區利用衛星通信，只有少數幾個國家有自己的通信衛星。

雙方爭議持續幾年，“官司”一直打到了國務院。1986年3月7日，國家電子振興領導小組會議召開，會議決定，要依靠中國自己的力量研制新一代通信廣播衛星。

這意味著，航天人必須在技術基礎薄弱、設施條件差的情況下邁出一大步，趕上20世紀80年代通信衛星的國際水平。

在中國空間技術研究院各個研究室、車間里，研制工作緊張地開始了。

賈立地、李婷夫婦站在甘肅酒泉衛星發射中心“東方紅一號”發射塔架下。同在國防科大獲得博士學位的賈立德和李婷畢業后來到西北風呼嘯的航天城，投身國家航天事業第一線

此后，用了8年時間，中國航天人解決了上百個技術難點，啃下了硬骨頭課題11項，完成了衛星七大系統的研制工作、總裝和發射前的各項檢測和地面試驗。如果把衛星總體設計部下發到各分系統的任務書摞在一起，相當于一堵2米多高的書墻。

上萬公里外的“退燒”治療

1983年8月，通信衛星工程的五大系統即運載火箭、通信衛星、發射場、測控通信及地面應用站已完成配套建設，基本具備了通信衛星發射試驗的條件，完成總裝測試的衛星和運載火箭也相繼運抵西昌衛星發射中心。

1984年1月5日清晨，運輸衛星的特種車穩穩地?？吭诟吒叩陌l射塔架前，在發射人員的操作下，衛星被緩緩吊起，裝配在運載火箭頂部。

1月26日16時15分，衛星完成了發射場的各項檢測任務，發射倒計時程序進入5小時準備。

不料，發射人員按照測試規定對火箭進行第二次功能檢查時，突然發現火箭穩定系統的一個信號超出正常值。這一異常發現打亂了正常程序，發射立即中止。

經判定，問題來自陀螺平臺功能性故障。陀螺平臺是火箭的心臟，發射指揮部決定更換陀螺平臺，改日發射。

經過調試，1984年1月29日，第一枚長征三號運載火箭載著試驗通信衛星從發射臺上騰空而起，飛向太空。這是西昌衛星發射中心首次進行衛星發射。

但這顆衛星沒有被送入預定軌道，無法正常工作。

西安衛星測控中心隨即實施應急方案，決定在衛星運行第13圈時實施星上遠地點發動機點火。經過短時間的精心準備，上述方案成功實施，衛星由近地軌道變為大橢圓軌道。盡管無法再作為近地同步衛星使用，但是衛星被挽回了。

1984年4月8日，第二枚長征三號運載火箭載著新的試驗通信衛星再行組織發射。

正當這顆衛星進入地球準同步軌道向預定位置漂移的時候，西安衛星測控中心發現，裝在衛星上的鎘鎳電池溫度超過設計指標的上限值，并且還有繼續上升的趨勢。遙測數據顯示，衛星的外殼和其他部分儀器的溫度也偏高，如果控制不住，溫度繼續升高，剛剛發射成功的衛星可能報廢。

一場上萬公里外的遠程“退燒”治療立即展開。地面人員迅速實施技術操作，新指令發出后，衛星溫度停止上升，然后一點一點地回落，蓄電池熱失控問題被解決了。

西安衛星測控中心對衛星姿態再次調整后，驗證了這一措施的正確性，保證了衛星定點和長期穩定運行，衛星終于化險為夷。

4月16日18時28分，衛星準確定點于東經125度赤道上空的地球靜止軌道，中國擁有了自己的第一顆通信衛星。

至此，繼美國、蘇聯、歐空局和日本之后，中國也掌握了研制和發射靜止軌道衛星的技術。

“升級”的“東方紅三號”

在“東方紅二號”發射成功之后，1988年、1990年，中國還先后發射了兩顆“東方紅二號”甲通信衛星。這3顆衛星的在軌服務，大大改變了邊遠地區收視難、通信難的狀況。

不過，設計壽命為4.5年的“東方紅二號”，以及“東方紅二號”甲通信衛星在幾年后先后退役。

事實上，隨著中國經濟的發展，此前的“東方紅二號”，其性能亦無法滿足市場的需求。作為“繼任者”的“東方紅三號”，隨后登上歷史舞臺。

“東方紅三號”的發射也有不少坎坷。

1994年11月30日，“東方紅三號”發射升空，但因為衛星推進系統燃料泄漏、推力下降，“東方紅三號”未能在預定軌道定點，無法正確傳輸通信信號，從而成為了一顆“流星”。

兩年后的1997年，第二顆“東方紅三號”出廠了，大家習慣稱它為東方紅三號02星。

“東方紅一號”衛星（左）“東方紅二號”衛星模型（右）

1997年5月12日零時17分，西昌衛星發射中心試驗靶場上，準備就緒的東方紅三號02星靜靜地安置在長征三號甲運載火箭頂端。

不久，隨著發射指揮員一聲令下，發射按鈕被按下，“東方紅三號”順利升空。當天下午4時11分，星上遠地點發動機進行了第一次點火，變軌成功。此后，再經過兩次變軌，四天之后，衛星進入地球準同步軌道。

東方紅三號通信衛星的研制和發射成功，標志著中國通信衛星技術跨上了一個新臺階。

首先，衛星功能更強。和只有4個C波段轉發器，主要用于遠距電視傳輸的“東方紅二號”不同，“東方紅三號”配置了24臺C波段轉發器，其功率也大大增加，其中6臺中功率轉發器用于傳輸電視，其余18臺低功率轉發器，主要用于電視傳輸、電話、電報、傳真、廣播和數據傳輸等業務。

其次，覆蓋區域更廣。“東方紅三號”的主服務區覆蓋了中國大陸、海南、臺灣及近海島嶼的所有地區。

性能大大“升級”的“東方紅三號”衛星，極大緩解了中國衛星通信的緊張狀況。這顆衛星也是中國第一顆面向全社會的民用衛星，星載24路轉發器全部投入使用。

值得提及的是，“東方紅三號”為中國航天事業提供了一個高可靠的通信衛星平臺。今天，利用該平臺，中國航天人已經研制發射了數十顆通信衛星，北斗導航衛星、嫦娥一號和二號月球探測衛星等都是在東方紅三號衛星公用平臺基礎上創新研制開發的。

“東四”打開國際市場大門

不過，東方紅三號衛星只占有國內民用市場的一小部分，遠不能滿足衛星直播通信的業務需求。在其服役期間，20世紀90年代后期，正是中國市場經濟迅速發展的階段，中國對衛星通信的需求出現了一個高潮，國內衛星水平和運營規模已不能滿足業務需求。國內相繼成立衛星公司，購買外國通信衛星，經營衛星通信業務成為普遍現象。

而進入21世紀后，先期購買的衛星工作壽命相繼將要結束，又一次面臨新衛星接替的關鍵時期。

“東方紅四號”在此時期應運而生。

要滿足當時激增的市場需求，這意味著，“東四”要在“東三”的基礎上，整體技術難度連上幾個臺階。

輸出功率、載重量、使用壽命是衡量一個衛星平臺性能好壞的最為重要的三個指標。

“東四”平臺研制團隊毫不猶豫瞄準了1萬瓦輸出功率，600～800公斤有效載荷、15年設計壽命的國際先進水平。與之相比，東方紅三號平臺的輸出功率只有1700瓦，有效載荷是200公斤，設計壽命為8年。

要做到這一點并不容易。

以一萬瓦輸出功率為例。如果繼續保持“東三”平臺40伏的電壓，電流就會很大，這樣一來，整個平臺的發熱量就會非常高。而如果提高電壓，電流就會變小，發熱量也會降低。但是，要提高電壓，一方面對平臺產品的選用標準更為苛刻，另外一方面，在空間環境下，高電壓很容易使太陽能電池出現打火放電的現象。

面對這種情況，研制團隊一方面組織研制生產適應高壓、大電流工況的新器件，同時反復試驗，比對不同電壓下熱耗和技術難度的利弊，摸索著最優值。從40伏到100伏，每一個電壓值，就意味著研制團隊要進行大量的試驗和數據比對，經過數千次的反復試驗，研制團隊選中了與平臺最為合適的電壓值。接下來，經過大小近百次的模擬演練，團隊最終敲定了采取變換傳統太陽能電池板串行走線方式等方法，破解了大功率輸電這個世界級難題。

“‘東四平臺具有長壽命、高可靠、大容量、大功率、高母線電壓等技術特點，平臺能力和整星技術指標已經達到國外同類衛星先進水平，其中在衛星姿態控制精度、電源母線特性、項目研制周期等方面已處于國際領先水平 ?！薄皷|四”平臺總設計師周志成告訴《瞭望東方周刊》。

憑借高性能的“東四”平臺，中國航天不僅一舉扭轉了中國通信衛星長期依賴進口、受制于人的被動局面，更是開啟了國際商業通信衛星市場大門。

自2004年尼星一號實現整星出口零的突破以來，“東四”平臺成功進入了國際市場并逐步獲得了市場和客戶的認可，迄今為止已經取得了13個國外客戶訂單，客戶遍及除北美外的所有地區，已完成委內瑞拉一號、尼日利亞IR、巴基斯坦IR、玻利維亞一號等8星的履約，2星正執行履約。

1991年5月，科技人員在衛星發射塔上，對即將發射上天的返回式技術探測衛星進行最后的檢測和處理

至今，“東四”依然是中國航天競爭國際商業衛星市場的主力平臺，承擔著中國航天每年出口2～3顆國際衛星，達到10%的國際市場占有率的重任。

而為了適應市場需要，“東四”S平臺、“東四”增強型平臺、東方紅五號平臺等相繼問世，中國通信衛星平臺的大家族正不斷壯大。（本文部分內容參考王建蒙《奔月》一書）