東方紅二號：從“無”到“有”的跨越

文/ 張國航

▲ 東方紅二號衛(wèi)星由長征三號火箭發(fā)射升空

東方紅二號通信衛(wèi)星是中國的第一種通信衛(wèi)星，主要用于國內通信，分試驗型和實用型。

經(jīng)歷9年艱苦奮斗，東方紅二號衛(wèi)星于1984年4月8日發(fā)射成功，4月16日定點于東經(jīng)125度赤道上空，5月15日完成在軌測試，性能良好，正式交付使用。至此，我國成為繼美國、蘇聯(lián)、歐空局和日本之后世界上第五個掌握研制和發(fā)射靜止軌道衛(wèi)星的國家（組織）。

東方紅二號衛(wèi)星的研制發(fā)射，實現(xiàn)了中國通信衛(wèi)星從“無”到“有”的跨越，開創(chuàng)了中國衛(wèi)星為社會主義現(xiàn)代化建設事業(yè)服務的新篇章，為中國通信衛(wèi)星做大做強、走向世界打下基礎。

千呼萬喚始出來

衛(wèi)星通信較地面明線、海底電纜、光纜、中長短波、微波中繼等通信有明顯的優(yōu)勢，具有傳播距離遠（可達1萬多公里），不受高山、沙漠和海洋限制，可實現(xiàn)大面積廣播，通信容量大，信息傳輸質量好，不像短波那樣受電離層變化影響，不易受地面戰(zhàn)爭破壞，成本較低等優(yōu)點，因此發(fā)展衛(wèi)星通信意義重大。當今世界，很多國家都在發(fā)展衛(wèi)星通信，幾乎各國也都在使用衛(wèi)星通信。

在中國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”發(fā)射成功后不久，中國人民解放軍通信兵部為了改變中國通信技術落后的面貌，就提出了利用通信衛(wèi)星實現(xiàn)對包括邊遠省區(qū)在內的全國覆蓋、完成電視傳播、完成中央人民廣播電臺的對內對外廣播節(jié)目傳送、完成潛艇和遠洋測量船通信以及國內邊遠省區(qū)的軍事通信等任務。

1970年6月和11月，中國空間技術研究院分別召開了“706會議”和“119會議”，研究了東方紅二號通信衛(wèi)星總體方案的初步設想。通過分析國外衛(wèi)星通信發(fā)展狀況、分析不同軌道衛(wèi)星通信方案，大家提出要避免重復國外的老路，充分吸取國外的經(jīng)驗，建議選用對地球表面相對靜止的靜止軌道通信衛(wèi)星方案，直接研制技術難度大、實用價值高的地球靜止軌道通信衛(wèi)星，并以當時代表世界先進水平的地球靜止軌道國際通信衛(wèi)星-III方案作為主要參考。按照這種設計，我們要跨過中低軌道通信衛(wèi)星階段，直接發(fā)射靜止軌道衛(wèi)星，實現(xiàn)“一步走”。盡管我國把“東方紅一號”打上了天，但這是一顆低軌道衛(wèi)星；而靜止軌道衛(wèi)星要求我們建立相應的衛(wèi)星、火箭、發(fā)射場、測控網(wǎng)、通信地面站五大系統(tǒng)，這對我們而言都存在極大困難。

1975年3月31日，原國防科委正式立項，衛(wèi)星通信工程被命名為“331工程”。

完全依靠自己的力量

在上世紀70年代，我們要搞通信衛(wèi)星這樣的尖端技術，完成東方紅二號試驗通信衛(wèi)星的研制發(fā)射，一沒有經(jīng)驗，二沒有資料，三沒有外援，難度可想而知。

而且，不僅要完成這個型號，更重要的是要同步完成五大系統(tǒng)的建設。衛(wèi)星要送到3.6萬公里高度的赤道上空去，這是個從來沒到過的高度，必須完成一系列技術攻關。

如衛(wèi)星要充分減重，并需要具備很強的姿態(tài)控制和變軌能力等等。

當時的火箭運載能力只能打幾百公里的高度，要發(fā)射靜止軌道的通信衛(wèi)星，也需要造新的能力更強的火箭。

要往赤道上空發(fā)衛(wèi)星，緯度越低越好。當時的酒泉發(fā)射場緯度較高，不利于發(fā)射通信衛(wèi)星，因此還要新建一個緯度較低的發(fā)射場——即現(xiàn)在的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心。

測控包括地面測控站、海上測控船等，都要根據(jù)“東方紅二號”這個任務來做準備。

衛(wèi)星上了天，要開展衛(wèi)星通信，還需要地面也有相應的衛(wèi)星通信站來進行信號的接收。

“331”工程一開始，就確定了要堅持自力更生的原則，在引進國外先進技術的同時，堅持把自己的研制工作搞到底。也是在這個時期，航天系統(tǒng)對型號研制流程管理和規(guī)律有了更加科學的認識，明晰了衛(wèi)星研制方案設計、初樣研制、正樣研制等階段，開始逐步探索建立指揮系統(tǒng)和設計師系統(tǒng)。

1975到1977年，是東方紅二號試驗通信衛(wèi)星的方案設計階段。衛(wèi)星姿態(tài)確定為雙自旋穩(wěn)定。1976年7月15日召開的通信衛(wèi)星第一期工程大總體會提出，在論證中既要考慮技術上的先進性，更要考慮可靠性，還要考慮經(jīng)濟性和合理性。這為今后包括通信衛(wèi)星在內的各種應用衛(wèi)星的發(fā)展進一步明確了原則和方向。

1977年年初，衛(wèi)星控制系統(tǒng)的姿態(tài)測量部件、消旋組件以及通信系統(tǒng)的行波管放大器等各分系統(tǒng)的方案樣機已經(jīng)研制出來，并完成了電性能聯(lián)試，從而結束了方案階段，開始了初樣研制。之后，衛(wèi)星技術問題逐步得到解決，研制經(jīng)費也得到較好保證，衛(wèi)星研制呈現(xiàn)出揚鞭催馬的好形勢。

1979年8月，第七機械工業(yè)部黨組任命劉川詩為“東方紅二號”總指揮，孫家棟為總設計師。

孫家棟上任總設計師后，立即主持制定了衛(wèi)星總體技術方案，進一步明確了“兩個一步走”原則：衛(wèi)星“一步”發(fā)射至同步靜止軌道，衛(wèi)星研制指標“一步”達到第三代國際通信衛(wèi)星的技術水平，同時把衛(wèi)星通信技術試驗與實際應用結合起來一次完成。

這是一個跨越式發(fā)展的方案，與美蘇都不同。這樣做的技術難度雖然很大，但可以由試驗、試用很快轉入實用，將盡快縮小中國通信衛(wèi)星在技術方面與國外發(fā)達國家的差距，較好地滿足用戶通信需求，并減少我國通信衛(wèi)星網(wǎng)絡建設的成本費用。

1979年11月，初樣的各項大型試驗基本完成，衛(wèi)星進入正樣研制階段。到1982年5月，東方紅二號試驗通信衛(wèi)星完成了正檢星力學環(huán)境試驗、熱真空試驗、衛(wèi)星自旋試驗以及發(fā)射場合練，先后攻克了通信轉發(fā)器和通信天線、姿態(tài)控制和測量、統(tǒng)一載波測控系統(tǒng)等方面的關鍵技術問題。1983年8月，東方紅二號試驗通信衛(wèi)星0A、0B星完成出廠評審，9月同時出廠。

▲ 東方紅二號通信衛(wèi)星

“這確是值得大慶大賀的事！”

第一顆試驗通信衛(wèi)星定點成功后，國家有關部門開展了電視和廣播節(jié)目的傳送，進行了圖片、文字傳真和數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N應用。解放軍通信兵部開通了北京至烏魯木齊、拉薩、昆明三個方向的數(shù)字電話電路，大大提高了通信效果和信息傳輸?shù)陌踩煽啃浴Ｖ醒腚娨暸_對新疆、西藏、云南等邊遠地區(qū)傳送電視、廣播節(jié)目，初步改變了我國邊遠地區(qū)通信落后的狀態(tài)。聶榮臻在給張愛萍寫的信中說：“這確是值得大慶大賀的事！”

4月17日18時，衛(wèi)星通信試驗正式開始。早已調試好的北京、南京、石家莊、昆明、烏魯木齊通信站開展了通信、廣播、彩色電視節(jié)目傳輸、報紙版型傳真和時間標準頻率播發(fā)等工作，結果表明衛(wèi)星工作正常，傳輸品質良好。

▲ 1984年4月，張愛萍通過東方紅二號通信衛(wèi)星，與新疆維吾爾自治區(qū)黨委第一書記王恩茂實現(xiàn)了北京和新疆間的第一次衛(wèi)星通話

▲ 東方紅二號甲通信衛(wèi)星

4月17日19時，昆明、烏魯木齊等地的市民們第一次看到了中央電視臺正在直播的《新聞聯(lián)播》，而在此之前，收看同樣的一段節(jié)目，卻要等上整整7天。

4月18日10時，張愛萍在北京通過衛(wèi)星與遠在3700公里外的新疆維吾爾自治區(qū)黨委第一書記王恩茂即時通話，話音清晰，音質良好，仿若近在咫尺。

在當時，東方紅二號衛(wèi)星的成功也引發(fā)了國內外媒體的報道熱潮，獲得世界廣泛關注，因為中國的通信衛(wèi)星成功了！中國做到了！

這顆衛(wèi)星最終運行了4年多才終止壽命。1986年2月，東方紅二號衛(wèi)星又在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心進行了第三次發(fā)射，這次是實用型衛(wèi)星，其發(fā)射和定點均獲成功。星上一臺轉發(fā)器行波管在上天后很快失效，但另一臺轉發(fā)器在軌工作長達4年半之久。

東方紅二號衛(wèi)星除了完成邊遠省區(qū)大城市的電視傳播和15套廣播節(jié)目發(fā)送，實現(xiàn)北京到烏魯木齊、拉薩、昆明的軍事通信外，還開展了新華社及地震局的數(shù)字通信、水利電力部的水文調度等衛(wèi)星通信業(yè)務。

坎坷的求索

在研制東方紅二號通信衛(wèi)星時，研制人員已經(jīng)認識到必須充分挖掘該衛(wèi)星的潛能，提高它的總體性能，才能滿足當時的通信需求。為此，研制東方紅二號改進型衛(wèi)星的設想在1980年提出，并從1984年4月起全面展開設計工作，5月被正式命名為“東方紅二號甲”。

東二甲衛(wèi)星的研制遵循三條原則。一是充分挖掘東方紅二號衛(wèi)星的潛力，提高衛(wèi)星通信能力，延長衛(wèi)星工作壽命。二是進一步提高整星可靠性，使衛(wèi)星滿足實用要求。三是盡量保持東方紅二號衛(wèi)星的技術狀態(tài)，改動的部分要經(jīng)過充分論證，輔以必要的試驗。這3條原則后來成為衛(wèi)星公用平臺設計思想的基礎。

與“東方紅二號”相比，東二甲衛(wèi)星的通信容量增大1倍，轉發(fā)器的有效全向輻射功率提高近10倍，壽命增加一半。就總效益來說，1顆東二甲衛(wèi)星相當于3顆東方紅二號衛(wèi)星。

1988年3月7日，東方紅二號甲第一顆衛(wèi)星成功定點于東經(jīng)78.5度，用于傳送中央電視臺第一、二套節(jié)目和云南、貴州、新疆電視臺節(jié)目以及30套廣播節(jié)目。

1988年12月22日，東方紅二號甲第二顆衛(wèi)星成功定點于東經(jīng)110.5度，用于通信和傳送教育電視一臺、二臺的節(jié)目。

1990年2月4日，東方紅二號甲第三顆衛(wèi)星成功定點于東經(jīng)98度。

1991年12月28日，東方紅二號甲衛(wèi)星第四次發(fā)射因運載火箭第三級提前關機，衛(wèi)星只進入近地軌道。西安衛(wèi)星測控中心決定用星上遠地點發(fā)動機將軌道抬高，以免衛(wèi)星多次進出地影使蓄電池入不敷出而造成整星斷電。由于近地衛(wèi)星過境時間很短，只能利用零星的時段在非正常情況下進行姿態(tài)測量、姿態(tài)機動和調整。一切準備就緒以后，指揮中心命令在海上航行的遠望二號測量船發(fā)送點火遙控指令，使衛(wèi)星進入了大橢圓軌道，脫離了斷電的危險。而后，又在1992年5月下旬利用星上的肼系統(tǒng)將橢圓軌道的近地點高度從200公里提高到2000公里，使星上紅外地球敏感器在整圈都可以正常輸出信號、進而可以啟動消旋控制。

除了第四顆星發(fā)射失利外，東二甲的第一、二、三顆衛(wèi)星均在軌運行正常。這3顆衛(wèi)星中，除了第一顆星有1臺轉發(fā)器因為行波管放大器失效而過早停止工作外，其他轉發(fā)器的壽命均達到和超過設計壽命要求。它們共同承擔了20世紀80年代末、90年代初中國國內衛(wèi)星通信的主要業(yè)務，帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。