人造衛星 -衛星運轉的人造天體

人造衛星

衛星運轉的人造天體
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人造衛星(Artificial Satellite):環繞地球在空間軌道上運行的無人航天器。人造衛星基本按照天體力學規律繞地球運動,但因在不同的軌道上受非球形地球引力場、大氣阻力、太陽引力、月球引力和光壓的影響,實際運動情況非常復雜。人造衛星是發射數量最多、用途最廣、發展最快的航天器。人造衛星發射數量約佔航天器發射總數的90%以上。

  • 中文名稱
    人造衛星
  • 外文名稱
    Manmade Satellite
  • 性質
    無人航天器
  • 發射工具
    火箭

基本介紹

衛星,是指在宇宙中所有圍繞行星軌道上運行的天體,環繞哪一顆行星運轉,就把它叫做那一顆行星的衛星。比如,月亮環繞著地球旋轉,它就是地球的衛星。“人造衛星”就是我們人類“人工製造的衛星”。科學家用火箭把它發射到預定的軌道,使它環繞著地球或其他行星運轉,以便進行探測或科學研究。圍繞哪一顆行星運轉的人造衛星,我們就叫它那一顆行星的人造衛星,比如最常用于觀測、通訊等方面的人造地球衛星

人造衛星

地球對周圍的物體有引力的作用,因而拋出的物體要落回地面。但是,拋出的初速度越大,物體就會飛得越遠。牛頓在思考萬有引力定律時就曾構想過,從高山上用不同的水準速度拋出物體,速度一次比一次大,落地點也就一次比一次離山腳遠。如果沒有空氣阻力,當速度足夠大時,物體就永遠不會落到地面上來,它將圍繞地球旋轉,成為一顆繞地球運動的人造地球衛星,簡稱人造衛星。人造衛星是發射數量最多,用途最廣,發展最快的航天器。

1957年10月4日蘇聯發射了世界上第一顆人造衛星。之後,美國法國日本也相繼發射了人造衛星。中國于1970年4月24日發射了自己的第一顆人造衛星‘東方紅一號’。截止1992年底中國共成功發射33顆不同類型的人造衛星。人造衛星一般由專用系統和保障系統組成。專用系統是指與衛星所執行的任務直接有關的系統,也稱為有效載荷。

人造衛星是目前發射數量最多、用途最廣、發展最快的航天器。人造衛星按照運行軌道不同分為低軌道衛星、中高軌道衛星、各種人造衛星地球同步衛星、地球靜止衛星、太陽同步衛星、大橢圓軌道衛星和極軌道衛星;按照用途劃分,人造衛星又可分為通信衛星、氣象衛星、偵察衛星、導航衛星、測地衛星、截擊衛星等。這些種類繁多、用途各異的人造衛星為人類作出了巨大的貢獻。

首顆衛星

蘇聯創造  初衷為打擊美國  

1957年10月4日,蘇聯宣布成功地把世界上第一顆繞地球運行的人造衛星送入軌道。

人造衛星

如同科學家們講述的那樣,這顆人造衛星的問世要歸功于一項毫不相幹的計畫:蘇聯迫切希望研製一枚能以氫彈打擊美國的火箭。

火箭工程師格奧爾基·格列奇科在接受採訪時說,由于尚不知道彈頭的重量,所以R-7彈道飛彈的推力極大,“遠遠大于美國人業已擁有的所有武器”。

R-7飛彈的推力和有效載荷在當時是無可比擬的,所以成為了把物體送入軌道的理想運載工具。

俄羅斯科學家說,如果不是因為蘇聯面臨著核威脅,“斯普特尼克”號可能要到很久之後才會升空。

切爾托克說:“發射‘斯普特尼克’號的關鍵原因是冷戰氛圍和我們與美國的競賽。我們當時主要考慮的是軍用飛彈。”

當彈頭計畫遇阻時,科羅廖夫抓住了機會。作為有遠見的科學家和意志堅定的管理者,科羅廖夫請求克裏姆林宮允許他發射一枚衛星。他指出,美國已經準備在1958年發射衛星。

然而,現年76歲的格列奇科說,盡管蘇聯政府在1956年1月予以批準,但軍方領導人還是希望把該飛彈用于氫彈計畫。“他們認為衛星沒什麽價值,科羅廖夫隻是在異想天開。”

格列奇科說,美國人製訂了自己的衛星計畫。“美國人驕傲地稱之為‘先鋒’計畫,但領先的是我們。”

蘇聯當時已經在研製一枚成熟的科學衛星,但科羅廖夫知道,完成這項工作尚需時日。因此,他命令自己的研究小組迅速設計出一枚簡單的人造衛星,名為“PS-1”———最簡單的衛星。

格列奇科說,他和其他年輕工程師嘗試說服科羅廖夫在“斯普特尼克”號上安裝一些科學儀器。科羅廖夫拒絕了這一建議,理由是缺少時間。

格列奇科說:“如果科羅廖夫聽從我們的建議,安裝更多的設備,開創太空時代的就會是美國人。”

這枚衛星僅重184磅(83.5公斤),是在不到3個月的時間裏製造完成的。最初確定的發射日期是10月6日,但科羅廖夫懷疑美國可能會比蘇聯早一天發射衛星。他取消了最後的部分測試,把發射時間提前到了1957年10月4日。格列奇科說:“科羅廖夫比誰都清楚開創太空時代的重大意義。”

主要分類

按運行軌道分

為低軌道衛星、中軌道衛星,高軌道衛星、地球同步軌道衛星、地球靜止軌道衛星、太陽同步軌道衛星、大橢圓軌道衛星和極軌道衛星;按用途區分為科學衛星、套用衛星和技術試驗衛星。

人造衛星

人造衛星的運行軌道(除近地軌道外)通常有三種:地球同步軌道,太陽同步軌道,極軌軌道。

地球同步軌道是運行周期與地球自轉周期相同的順行軌道。但其中有一種十分特殊的軌道,叫地球靜止軌道。這種軌道的傾角為零,在地球赤道上空35786千米。地面上的人看來,在這條軌道上運行的衛星是靜止不動的。一般通信衛星,廣播衛星,氣象衛星選用這種軌道比較有利。地球同步軌道有無數條,而地球靜止軌道隻有一條。

太陽同步軌道是繞著地球自轉軸,方向與地球公轉方向相同,旋轉角速度等于地球公轉的平均角速度(360度/年)的軌道,它距地球的高度不超過6000千米。在這條軌道上運行的衛星以相同的方向經過同一緯度的當地時間是相同的。氣象衛星、地球資源衛星一般採用這種軌道。

極地軌道是傾角為90度的軌道,在這條軌道上運行的衛星每圈都要經過地球兩極上空,可以俯視整個地球表面。氣象衛星、地球資源衛星、偵察衛星、軍用衛星常採用此軌道。

按用途分

它可分為三大類:科學衛星,技術試驗衛星和套用衛星。

科學衛星是用于科學探測和研究的衛星,主要包括空間物理探測衛星和天文衛星,用來研究高層大氣,地球輻射帶,地球磁層,宇宙線,太陽輻射等,並可以觀測其他星體。

技術試驗衛星是進行新技術試驗或為套用衛星進行試驗的衛星。航天技術中有很多新原理,新材料,新儀器,其能否使用,必須在天上進行試驗;一種新衛星的性能如何,也隻有把它發射到天上去實際“鍛煉”,試驗成功後才能套用;人上天之前必須先進行動物試驗……這些都是技術試驗衛星的使命。

套用衛星是直接為人類服務的衛星,它的種類最多,數量最大,其中包括:通信衛星,氣象衛星,偵察衛星,導航衛星,測地衛星,地球資源衛星,截擊衛星,軍用衛星等等。運行軌道

主要用途

一、人造衛星的用途如何決定?

人造衛星的組成基本上可分為「衛星本體」及「酬載」兩部分。酬載即是衛星用來做實驗或服務的儀器,衛星本體為維持酬載運作的載具。衛星的用途依其所攜帶的酬載而定。

二、人造衛星有哪幾類?用途為何?

人造衛星的優點在于能同時處理大量的資料及能傳送到世界任何角落,使用三顆衛星即能涵蓋全球各地,依使用目的,人造衛星大致可分為下列幾類:

科學衛星:送入太空軌道,進行大氣物理、天文物理、地球物理等實驗或測試的衛星,如中華衛星一號、哈伯等。

通信衛星:做為電訊中繼站的衛星,如:亞衛一號。

軍事衛星:做為軍事照相、偵察之用的衛星。

氣象衛星:攝取雲層圖和有關氣象資料的衛星。

資源衛星:攝取地表或深層組成之圖像,做為地球資源探勘之用的衛星。

星際衛星:可航行至其它行星進行探測照相之衛星,一般稱之為「行星探測器」,如先鋒號、火星號、探路者號等。

系統組成

衛星系統中,各種設備按其功能上的不同,分為有效載荷及衛星平台兩大部分。衛星平台又分為多個子系統:

有效載荷(不同類型衛星均不同,共同的如下)

1、對地相機

2、恆星相機

3、搭載的有效載荷

衛星平台(為有效載荷的操作提供環境及技術條件,包括:)

1、服務系統

2、熱控分系統

3、姿態和軌道控製分系統

4、程式控製分系統

5、遙測分系統

6、遙控分系統

7、跟蹤和測試分系統

8、供配電分系統

9、返回分系統(限於返回式衛星)

衛星工程

通用系統有結構,溫度控製,姿態控製,能源,跟蹤,遙測,遙控,通信,軌道控製,天線等等系統,返回式衛星還有回收系統,此外還有根據任務需要而設的各種專用系統。人造衛星能夠成功執行預定任務,單憑衛星本身是不行的,而需要完整的衛星工程系統,一般由以下系統組成:

1.發射場系統

2.運載火箭系統

3.衛星系統

4.測控系統

5.衛星套用系統

6.回收區系統(限于返回式衛星)

發射歷史

世界上第一顆人造衛星

1957年10月4日。蘇聯宣布成功地把世界上第一顆繞地球運行的人造衛星送入軌道。美國官員宣稱,他們不僅因蘇聯首先成功地發射衛星感到震驚,而且對這顆衛星的體積之大感到驚訝。這顆衛星重83公斤,比美國準備在第二年初發射的衛星重8倍,可是,美國沒有蘇聯那麽大的R7火箭,所以,發射不了。

人造衛星人造衛星

蘇聯宣布說,這顆衛星的球體直徑為55釐米,繞地球一周需1小時35分,距地面的最大高度為900公裏,用兩個頻道連續傳送信號。由于運行軌道和赤道成65度夾角,因此它每日可兩次在莫斯科上空通過。蘇聯對發射這顆衛星的火箭沒做詳細報道,不過曾提到它以每秒8公裏的速度離開地面。他們說,這次發射開闢了星際航行的道路。

1957年10月4日,蘇聯發射了第一顆人造地球衛星。這一事件具有劃時代的意義,它宣告人類已經進入空間時代。

第一顆人造地球衛星呈球形,直徑58釐米,重83.6公斤。它沿著橢圓軌道飛行,每96分鍾環繞地球一圈。人造地球衛星內帶著一台無線電發報機,不停地向地球發出“滴——滴——滴”的信號。一些人圍著收音機。側耳傾聽著初次來自太空的聲音。另一些人則仰望天空,嘗試用肉眼在夜晚搜尋人造地球衛星明亮的軌跡。但是,當時認識很少有人了解人造地球衛星是載人宇宙飛船的前導,科學家正在加緊準備載人空間飛行。一個月後,1957年11月3日,蘇聯又發射了第二顆人造地球衛星,它的重量一下增加了5倍多,達到508公斤。這顆衛星呈錐形,為了在衛星上節省出位置增設一個密封生物艙,不得不把許多測量儀器移到最末一節火箭上去。在圓柱形的艙內安然靜臥著一隻名叫“萊卡依”的小狗。小狗身上連線著測量脈搏、呼吸、血壓的醫學儀器,通過無線電隨時把這些資料報告給地面。為了使艙內空氣保持新鮮清潔,還安裝了空氣再生裝置和處理糞便的排泄裝置。艙內保持一定的溫度和濕度,使小狗感到舒適。另外還有一套自供食裝置,一天三次定時點亮信號燈,通知萊依卡用餐。使人遺憾的是,由于當時技術水準的限製,這顆衛星無法收回,試驗狗在衛星生物艙內生活了一個星期,完成全部實驗任務後,隻好讓它服毒自殺,成為宇航飛行中的第一個犧牲者。

各國首顆衛星發射

蘇聯在1957年10月4號發射人類首顆人造地球衛星Sputnik-1,揭開了人類向太空進軍的序幕,大大激發了世界各國研製和發射衛星的熱情。

美國于1958年1月31日成功地發射了第一顆“探險者”-1號人造衛星。該星重8.22公斤,錐頂圓柱形,高203.2釐米,直徑15.2釐米,沿近地點360.4公裏、遠地點2531公裏的橢圓軌道繞地球運行,軌道傾角33.34”,運行周期114.8分鍾。發射“探險者”-1號的運載火箭是“丘闢特”℃四級運載火箭。

法國于1965年11月26日成功地發射了第一顆“試驗衛星”-1(A-l)號人造衛星。該星重約42公斤,運行周期108.61分鍾,沿近地點526.24公裏、遠地點1808.85公裏的橢圓軌道運行,軌道傾角34。24”。發射A1衛星的運載火箭為“鑽石,tA號三級火箭,其全長18.7米,直徑1.4米,起飛重量約18噸。

日本于1970年2月11日成功地發射了第一顆人造衛星“大隅”號。該星重約9.4公斤,軌道傾角31.07”,近地點339公裏,遠地點5138公裏,運行周期144.2分鍾。發射“大隅”號衛星的運載火箭為“蘭達”-45四級固體火箭,火箭全長16.5米,直徑0.74米,起飛重量9.4噸。第一級由主發動機和兩個助推器組成,推力分別為37噸和26噸;第二級推力為11.8噸;第三、四級推力分別為6.5噸和1噸。

中國于1970年4月24日成功地發射了第一顆人造衛星“東方紅”1號。該星直徑約1米,重173公斤,沿近地點439公裏、遠地點2384公裏的橢圓軌道繞地球運行,軌道傾角68,5”,運行周期114分鍾。發射“東方紅”1號衛星的遠載火箭為“長征”1號三級運載火箭,火箭全長29.45米,直徑2.25米,起飛重量81.6噸,發射推力112噸。

英國:英國于1971年10月28日成功地發射了第一顆人造衛星“普羅斯帕羅”號,發射地點位于澳大利亞的武默拉(Woomera)火箭發射場,運載火箭為英國的黑箭運載火箭。近地點537公裏,遠地點1593公裏。該星重66公斤(145磅),主要任務是試驗各種技術新發明,例如試驗一種新的遙測系統和太陽能電池組。它還攜帶微流星探測器,用以測量地球上層大氣中這種宇宙塵高速粒子的密度。

除上述國家外加拿大義大利澳大利亞德國荷蘭西班牙印度印度尼西亞等也在準備自行發射或已經委托別國發射了人造衛星。

中國衛星

首顆衛星的誕生

30多年過去了,今天,中國有幾十顆衛星在太空中遨遊,神舟號試驗飛船返回大地,中國已開始向載人航天邁步。回顧中國的航天史,不能不提到它的開端“東方紅一號”這一高精度技術在基礎差且動蕩的時期一舉成功。但“東方紅一號”衛星誕生的始末,長期是個謎。 1970年4月24日,中國成功的發射了自己的第一顆人造衛星,衛星軌道的近地點高度是436KM,遠地點高度為2384km,軌道平面與地球赤道的平面夾角為68.5°,繞地球一圈需要114min。衛星質量為173kg,用20.009MHz的頻率播放“東方紅”樂曲。

中國發射的探月衛星發回的照片中國發射的探月衛星發回的照片

原本對前蘇聯很崇敬的科學家們深有感慨。當年積極提倡搞人造衛星的地球物理所所長趙九章先生說,“靠天,靠地,靠不住!發展宇航科學主要靠我們自己的力量。”

在前蘇聯雖然沒有達到考察衛星研製工作的目的,但蘇聯先進的工業和科技還是使中國的科學家們開了眼界。他們對比蘇聯和中國情況,意識到發射人造衛星是一項技術復雜、綜合性很強的大工程,需要有較高的科學技術水準和強大的工業基礎作後盾。代表團在總結中寫到,發射人造地球衛星中國尚未具備條件,應根據實際情況,先從火箭探空搞起。同時,應立足國內,走自力更生的道路。

1959年1月21日,主持領導衛星研製工作的張勁夫向科學院傳達了鄧小平的指示,“衛星明後年不放,與國力不相稱”。“衛星還是要搞,但是要推後一點”。根據中央的方針,張勁夫提出“就湯下面”,因國家經濟困難,暫停衛星研製工作,集中力量先搞探空火箭。

“651”任務

由于縮短了戰線,中國很快在探空火箭研製方面有了突破性進展。1960年2月,中國試驗型液體探空火箭首次發射成功。此後,各種不同用途的探空火箭相繼上天,有氣象火箭、生物火箭等。1964年6月,中國自行設計的第一枚中近程火箭發射成功;10月,爆炸成功了中國第一顆核子彈。此時,中國在衛星能源、衛星溫度控製、衛星結構、衛星測試設備等方面都取得了單項預研成果。此時中國的科學家們覺得發衛星可以提上日程了。

1964年12月全國三屆人大會議期間,當年積極倡導中國要搞人造衛星的趙九章,提筆上書周恩來總理,建議開展人造衛星的研製工作。與此同時,知名科學家錢學森也上書中央,建議加速發展人造衛星。

1965年5月,周恩來總理指示科學院拿出第一顆人造衛星具體方案。負責衛星整體組的錢驥,帶領年輕的科技工作者很快便拿出了初步方案,歸納為三張圖一張表:用紅藍鉛筆畫成的衛星外形圖、結構布局圖、衛星運行星下點軌跡圖和主要技術參數及分系統組成表。

該方案先後拿到文津街3號科學院院部和國防科委大樓,分別向張勁夫等科學院領導和羅舜初等國防科委領導作了詳細匯報,並由錢驥等直接向周恩來總理作了匯報。當周總理知道錢驥姓錢時風趣地說:我們的衛星總設計師也是姓錢啊,我們搞尖端的,原子、飛彈和衛星,都離不開“錢”啊!

1965年8月,周總理主持中央專委會議,原則批準了中國科學院《關于發展中國人造衛星工作規劃方案建議》確定將人造衛星研製列為國家尖端技術發展的一項重大任務。並確定整個衛星工程由國防科委負責組織協調,衛星本體和地面檢測系統由中國科學院負責,運載火箭由七機部、衛星發射場由國防科委試驗基地負責建設。因是一月份正式提出建議,國家將人造地球衛星工程的代號定名為“651”任務。全國的人、財、物遇到“651”均開綠燈,這樣中國衛星就從全面規劃階段,進入工程研製階段。

1970年4月24日,“長征”一號運載火箭成功的將中國第一顆人造衛星“東方紅”一號送入太空重量上要超蘇美。

1965年10月20日至11月30日,科學院受國防科委委托,在北京召開了中國第一顆人造衛星整體方案論證會,歷時42天。會上,錢驥報告了中國第一顆人造衛星整體方案。與會的軍、民包括海、陸、空方面的120多位專家,對發射人造衛星的目的、任務進行了反復論證。

這個代號為“651”的會議上確定:中國第一顆人造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基本經驗和設計資料;發射時間定在1970年;成功的標志是“上得去、抓得註聽得見、看得見。”

會上較為保密論證的一個議題,便是中國第一顆衛星重量如何確定。這一問題涉及到飛彈武器的水準。因為早期發射衛星的運載工具,都是在飛彈的基礎上發展起來的,放衛星實質上是展現一個國家的軍事實力。雖然中國衛星工程起步較晚,但專家們都認為中國的起點要高,第一顆衛星在重量、技術上要做到比美、蘇第一顆衛星先進。蘇聯第一個衛星重量83.6公斤,美國的第一顆衛星隻有8.2公斤。會議最後確定中國第一顆衛星為100公斤左右(實際上,最後上天時是173公斤)。

鋁板琴奏出“東方紅”

30年前上街遊行的人們可能已忘記了當時的慶祝場面,但衛星從太空中發出的“東方紅”悠揚樂音卻長久地留在了人們的記憶中。提起“東方紅一號”的命名、樂音的誕生,不能不談到中國航天事業中一位默默無聞的鋪路人--何正華。

蘇聯第一顆人造衛星的呼叫信號是嘀嘀噠噠的電報碼,遙測信號是間斷的。中國的衛星信號應該是什麽樣的?衛星整體組的組長何正華認為,中國應該超過蘇聯,發射一個連續的信號,且這個信號要有中國特色,全球公認。當時中央人民廣播電台對外呼號是“東方紅”樂曲,某種意義上“東方紅”也成了“紅色中國”的象征。出于對毛澤東的崇敬,何正華亦提出了衛星命名為“東方紅一號”的建議。這些提議在“651”會議上得到了專家的贊同。1966年5月,經國防科工委、中國科學院、七機部負責人羅舜初、張勁夫、裴麗生、錢學森等共同商定,將中國第一顆人造衛星取名為“東方紅一號”。1967年初正式確定中國第一顆人造衛星要播送《東方紅》音樂,讓全球人民都能聽到中國衛星的聲音。

由于當時正處于“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。如果衛星上天後,變調或不響,按“上綱上線”的說法,無疑是重大的政治問題,研製者就有可能被打入十八層地獄。在沉重的思想負擔和精神壓力下,何正華和樂音裝置的主要設計者劉承熙冒著政治風險,開始了他們技術上的探索,解決了樂音錯亂和樂音變調等一系列問題。“東方紅”樂音最後採用電子音樂,用線路模擬鋁板琴聲奏出。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,由于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。

衛星“紅色風暴”

中國第一顆人造衛星工程的整個研製工作,大部分都是在“文化大革命”最動亂的年月裏進行的。那時席卷全國的“紅色風暴”沖擊到承擔衛星工程任務的每一個單位。1967年初,中國科學院和七機部及下屬單位均被“民眾組織”奪權,衛星設計院的原來的領導都“靠邊站”了,很多的科學家當時被定為“反動學術權威”、“特務”、“牛鬼蛇神”遭到批鬥。即使普通的科技人員,也有不少親屬和社會關系在運動中受到沖擊和株連。衛星的研製工作與“革命”發生了沖突。

人造衛星

當時的“革命”要求大家手捧“寶書”,口念語錄,心地虔誠地表忠獻忠。衛星研製隻能等參加完“革命”才能去做,否則就會被扣上“不突出政治”的帽子。科學家被批判時,科技業務骨幹還要參與陪“鬥”。武鬥不斷,交通受阻,器材供應不上,衛星研製事業已面臨夭折的危險。

在這種情況下,1967年初,周恩來總理與聶榮臻副總理採取了一系列措施,宣布:組建中國空間技術研究院,錢學森任院長,編入軍隊序列,不開展“文化大革命”的“四大”(即大鳴、大放、大字報、大辯論)。空間技術研究院從許多單位抽調出精兵良將,把分散在各部門的研究力量集中起來,實行統一領導,使科研生產照常進行,保證了中國第一顆衛星的如期發射。

在空間技術研究院建院之初,研製衛星所需的物質條件十分缺乏,如測試設備少,試驗設備不齊,加工設備不足等等。衛星製造廠是由科學儀器廠轉產的,在人員、技術、設備和管理方面都面臨很多困難。鉚接,是衛星製造中必不可少的一道工序。可當時衛星廠未幹過,在衛星的初樣和試驗階斷,沒有鉚槍,更沒有固定工件的桁架,工人們就靠一把小錘,用自己的身體當桁架,將鉚釘一個個敲上去。就是在這樣的條件下,衛星廠解決了鉚接、陽極化電拋光、光亮鋁件大面積鍍金、鋁件熱處理等多項工藝問題。

為了檢驗設計的正確性與合理性,“東方紅一號”衛星從元件、材料,到單機分系統以至整星都要在地面進行多種環境模擬試驗。發射場預定發射衛星的時間氣候寒冷,而衛星廠又沒有符合要求的試驗場地,“熱控試樣星”的試驗是1968年的夏季于海軍後勤部的一個冷庫中進行的。很多的困難都是靠科技人員因陋就簡、土法上馬、群策群力解決的。衛星上天後,許多國際友人來空間技術研究院參觀衛星,當時的環境條件讓參觀者大為感嘆:“東方紅一號”能誕生,是個奇跡!

難忘4.24

1970年4月1日,裝載著兩顆“東方紅一號”衛星、一枚“長征一號”運載火箭的專門列車到達中國西北酒泉衛星發射中心

4月份的西北戈壁灘上,白天也要穿棉衣,到夜間,裹著皮大衣也感到寒冷。在離地面30多米高的龍門塔工作平台上,科技人員不分白天黑夜,排除一切故障,一次次地測試。

1970年4月24日3點50分,周恩來總理電話告知國防科委副主任羅舜初:毛澤東主席已經批準這次發射,希望大家鼓足幹勁,過細地做工作,要一次成功,為祖國爭光。

21時35分,衛星發射時刻終于到來了。“東方紅一號”隨“長征一號”運載火箭在發動機的轟鳴中離開了發射台。21時48分,星箭分離,衛星入軌。21時50分,國家廣播事業局報告,收到中國第一顆衛星播送的“東方紅”樂音,聲音清晰宏亮。

1970年4月25日18點,新華社授權向全世界宣布:1970年4月24日,中國成功地發射了第一顆人造衛星,衛星運行軌道的近地點高度439公裏,遠地點高度2384公裏,軌道平面與地球赤道平面夾角68.5度,繞地球一圈114分鍾。衛星重173公斤,用20.009兆周的頻律播送“東方紅”樂曲。

然而,為中國的第一顆人造衛星傾註了全部心血的趙九章先生卻未能等到這一刻。無端受誣陷迫害的他,早在一年半以前已經含冤去世。不少的科學家是在“牛棚”中聽到“東方紅”樂音的。

“東方紅一號”衛星升空後,星上各種儀器實際工作的時間遠遠超過了設計要求,“東方紅”樂音裝置和短波發射機連續工作了28天,取得了大量工程遙測參數,為後來衛星設計和研製工作提供了寶貴的依據和經驗。

“東方紅一號”的發射成功,為中國航天技術的發展打下了極為堅實的根基,帶動了中國航天工業的興起,使中國的航天技術與世界航天技術前沿保持同步,標志著中國進入了航天時代。

部分人造衛星介紹

到目前為止,中國共發射了三代通信衛星。第一代通信衛星是1984年發射的2顆通信衛星和1986年2月1日發射的東方紅二號實用型通信廣播衛星。第二代通信衛星是1988年3月7日、1988年12月22日、1990年2月4日和1991年11月28日發射的載有4台C波段轉發器的東方紅二號甲通信衛星。第三代通信衛星是1997年5月12日發射的東方紅三號地球靜止軌道通信衛星。

人造衛星

從1970年4月24日中國成功發射第一顆衛星到2005年10月,中國已成功發射了近百顆國產衛星、6艘飛船、27顆國外衛星。

中國第一顆通信衛星是1984年1月29日發射的,它取得了部分成功。這是一顆試驗通信衛星。

1984年4月8日成功發射的第一顆靜止軌道試驗通信衛星 東方紅二號,使中國成為世界上第五個自行發射地球靜止軌道通信衛星的國家。

實用廣播通信衛星東方紅二號甲于1988年3月7日成功發射。該衛星大大改善了中國的通信和廣播電視傳輸條件。

中容量廣播通信衛星東方紅三號于1997年5月12日成功發射。該衛星改善了中國的國際通信以及西部邊遠山區的通信狀況。

風雲氣象衛星系列包括風雲一號太陽同步軌道氣象衛星和風雲二號地球靜止軌道氣象衛星兩大類。風雲一號和風雲二號分別進行過4次和3次發射,在中國天氣預報和氣象研究方面發揮了重要作用。

1988年9月7日,中國第一顆氣象衛星風雲一號由長征四號火箭發射升空。

中國在1997年6月10日發射第一顆地球靜止軌道氣象衛星風雲二號甲,並于1997年12月1日正式交付使用者使用。2000年6月25日又發射了風雲二號乙。2004年10月19日又發射了一顆風雲二號氣象衛星。

到目前為止,中國已經發射的空間物理探測衛星,主要是“實踐” 衛星系列。1971年3月3日成功發射了實踐一號衛星。1981年9月20日一箭三星成功發射了實踐二號、實踐二號A和實踐二號B。1994年2月8日成功發射了實踐四號衛星。

共發射了八顆衛星,分別是:1971年3月發射的實踐一號;1981年9月20日用一箭三星發射的實踐二號、實踐二號甲、實踐二號乙;1994年2月8日發射的實踐四號;1999年5月10日發射的實踐五號。2004年9月9日發射的實踐六號A星和B星。

實踐一號衛星是在東方紅一號衛星的基礎上增加了太陽能供電系統等8個空間技術試驗及探測項目。1971年3月3日,實踐一號衛星由長征一號火箭成功發射。衛星在軌道上運行了8年多,向地面發回了大量科學探測和試驗資料。

實踐二號衛星是專門用于空間物理探測的科學實驗衛星。衛星重250公斤,衛星主體為一個外接圓直徑1.23米、高1.1米的八面棱柱體。1981年9月20日,中國發射一箭三星,實踐二號是其中之一。

1970年4月24日,中國成功發射了自己研製的第一顆衛星東方紅一號。該衛星重173千克,星上裝有一台“東方紅”電子音樂發生器及科學探測儀器設備。其任務是探測空間電離層和地球大氣密度,並將有關資料傳回地面。因此,東方紅一號是一顆具有空間探測性質的技術試驗衛星。

從1999年10月到2003年10月,中國共發射了3顆地球資源衛星。

1999年10月14日,中國與巴西合作研製的地球資源衛星——資源一號衛星在中國太原衛星發射中心成功發射。

從2000年10月到2003年5月,中國共發射了3顆北鬥導航定位衛星。

從1970年4月24日到2000年10月31日,中國發射了74個航天器,它們覆蓋了地球所擁有的4種軌道。其中有國產的實驗飛船1艘,國產的人造衛星47顆,外國製造的衛星26顆。現以47顆國產衛星為主,簡要介紹一下它們的運行軌道。

2016年8月16日01時40分,中國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將全球首顆量子科學實驗衛星(簡稱量子衛星)“墨子號”發射升空。此次發射任務的圓滿成功,標志著中國空間科學研究又邁出重要一步。

運行軌道

順行軌道

人造衛星

順行軌道的特點是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面的夾角小于90度。在這種軌道上運行的衛星,絕大多數離地面較近,高度僅為數百公裏,故又將其稱為近地軌道。中國地處北半球,要把衛星送入這種軌道,運載火箭要朝東南方向發射,這樣能夠利用地球自西向東自轉的部分速度,從而可以節約火箭的能量。地球自轉速度可以通過赤道自轉速度、發射方位角和發射點地理緯度計算出來。不難想象,在赤道上朝著正東方向發射衛星,可利用的速度最大,緯度越高能用的速度越小。

中國用長征一號、風暴一號兩種運載火箭發射的8顆科學技術試驗衛星,用長征二號、二號丙、二號丁3種運載火箭發射的17顆返回式遙感衛星以及用長征二號F運載火箭發射的神舟號試驗飛船,都是用順行軌道。它們都是從酒泉發射中心起飛被送入近地軌道運行的。通過長征三號甲運載火箭發射的1顆北鬥導航試驗衛星也是採用順行軌道。

逆行軌道

逆行軌道的特征是軌道傾角大于90度。欲把衛星送入這種軌道運行,運載火箭需要朝西南方向發射。不僅無法利用地球自轉的部分速度,而且還要付出額外能量克服地球自轉。因此,除了太陽同步軌道外,一般都不利用這類軌道。

由于地球表面不是理想的球形,其重力分布也不均勻,使衛星軌道平面在慣性空間中不斷變動。具體地說,地球赤道部分有些鼓漲,對衛星產生了額外的吸引力,給軌道平面附加了1個力矩,使軌道平面慢慢進動,進動方向與軌道傾角有關。當軌道傾角大于90度時,力矩是逆時針方向,軌道平面由西向東進動。適當調整衛星的軌道高度、傾角和形狀,可使衛星軌道平面的進動角速度每天東進0.9856度,恰好等于地球繞太陽公轉的日平均角速度,這就是套用價值極大的圓形太陽同步軌道。

在太陽同步軌道上運行的衛星,可在相同的時間和光照條件下觀察衛星雲層和地面目標。氣象、資源、偵察等套用衛星大多採用這類軌道。中國用長征四號火箭發射的2顆風雲一號氣象衛星和2顆測量大氣密度的地球衛星,用長征四號2火箭發射的1顆風雲一號氣象衛星、1顆中國和巴西合製的資源一號衛星、1顆中國資源二號衛星、1顆實踐五號科學試驗衛星,都採用這種軌道。它們都是從太原發射中心升空的。長四乙火箭在發射資源一號衛星時,還用1箭雙星的方式把1顆巴西小型科學套用衛星送入太陽同步軌道。

赤道軌道

赤道軌道的特點是軌道傾角為0度,衛星在赤道上空運行。這種軌道有無數條,但其中的一條地球靜止軌道具有特殊的重要地位。由于衛星飛行速度隨距地面的高度而變化,軌道越高,速度越小,環繞周期越長,故由計算可知,當其在赤道上空35786公裏高的圓形軌道上由西向東運行1周的時間,恰好是23小時56分4秒,正與地球自轉一周的時間相同,這條軌道就被稱為地球靜止軌道。因為衛星環繞周期等于地球自轉周期,兩者方向又一致,故相互之間保持相對靜止。從地面上看,衛星猶如固定在赤道上空某一點。在靜止軌道上均勻分布3顆通信衛星即可進行全球通信的科學構想早已變為現實。世界上主要的通信衛星都分布在這條軌道上。有的氣象衛星、預警衛星也被送入靜止軌道。中國用長征三號火箭先後發射了1顆試驗衛星、5顆東方紅二號系列通信衛星、2顆風雲二號氣象衛星、用長征三號甲火箭發射了1顆實踐四號探測衛星、2兩顆東方紅三號通信衛星、1顆中星22號通信衛星,這些衛星中有10顆進入靜止軌道預定位置。發射這類衛星,星上要攜帶遠地點發動機,運載火箭把衛星送入大橢圓同步轉移軌道後,地面再發出指令,讓星上遠地點發動機點火,將衛星移入靜止軌道。

極地軌道

就衛星軌道類型來說,還有一種軌道傾角為90度的極地軌道。它是因軌道平面通過地球南北兩極而得名。在這種軌道上運行的衛星可以飛經地球上任何地區上空。中國雖未研製運行于此類軌道的衛星,但發射過此類軌道的衛星。長征二號丙改進型火箭以1箭雙星的方式6次從太原起飛,把12顆美國銥星送入太空,就屬于這種發射方式。

1981年9月20日,中國用風暴一號運載火箭成功發射了3顆衛星(實踐二號、實踐二號甲、實踐二號乙),這是中國在空間探測和新技術試驗方面取得的重要成果,使中國成為世界上第三個掌握一箭多星發射技術的國家。

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