1984年4月17日傍晚,昆明的居民围在黑白电视机前,收看当天的《新闻联播》。
大家只是觉得新鲜:第一次在当天晚上看到中央电视台的新闻,而不是等几天后的录像带。而实际上,正是在这一天,中国第一次用自己研制、自己发射的通信卫星,实现了跨越数千公里的电视直播。
每天晚上7点,《新闻联播》的片头曲从电视机里准时传出,国内外大事尽收眼底。而《新闻联播》在全国的实时传播,是从1984年4月17日傍晚开始的,在那之前,国内很多省份并不能看到当天的《新闻联播》。
离地面3.6万公里,东经125度赤道上空的那颗星,叫“东方红二号”。它让中国成为世界上少数几个能独立研制并发射地球同步定点卫星的国家,也让很多边远地区的人们,第一次与首都北京在同一时间看同一条新闻。
▲ 边远地区群众收看电视节目
40多年后,曾任东方红二号卫星副总师的戚发轫回忆这件往事:“当时我们国家电视的覆盖率很低,技术比较落后,效果也不好。好多边远地区像云南、西藏、新疆等,都不能实时看到中央电视台节目,只能录像,送过去再放。”
正是在这样的现实之下,研制东方红二号卫星被提上了议程。
从尼克松访华到“331工程”
1958年,我国开始筹划人造卫星事业。随后几年,从运载火箭到天地间的测控,一条从无到有的技术道路被慢慢铺开。1965年,中国科学院“651设计院”成立;1968年,中国人民解放军第五研究院(中国空间技术研究院)在北京成立,一批年轻人走进了一个当时还没有清晰轮廓的领域。
▲ “331工程”示意图
彭成荣就是那批年轻人之一。“当年接到通信卫星任务是不是特别激动?”谈起这段经历时,彭成荣很难用某一个具体瞬间来形容。“其实激动和光荣,是一路走过来的。”他这样说。
后来成为东方红二号通信卫星工程总体设计组组长的彭成荣在1968年进入第二总体室。“那时候中国空间技术研究院总体设计部一共组建了4个总体室,1室搞导航卫星,2室搞通信卫星,3室搞返回式卫星,4室搞载人飞船。”他回忆说,“从1968年起,我们室的任务就是搞通信卫星。”
时任美国总统尼克松访华,让“通信卫星”这4个字带上了紧迫感。
1972年年初,尼克松的专机在北京降落,他身边有一位叫黑格(后来任美国国务卿)的军官,紧紧抱着一个“黑皮箱”——卫星地面站的移动终端。尼克松受到等候在机场的周恩来总理的热烈欢迎,两人握手的画面通过“黑皮箱”仅0.3秒即传回了美国。
高裕祥当年在东方红二号工程中负责总体设计工作,是卫星总体队伍里的技术骨干之一,他至今记得那次震动:“人家拿手提式通信终端,把尼克松的一举一动都向世界播放了。这对我们国家的影响是很大的。”
1975年3月31日,中央军委常委会讨论通过《关于发展我国卫星通信问题的报告》,这项后来被称为“331工程”的重大工程正式启动。
1970年11月,一场被称为“119会议”的总体方案论证会在北京京西宾馆召开。彭成荣把总体方案设想画在纸上,挂在讲台上,一边指着图一边介绍。
“我们提出,东方红二号采用自旋稳定方案。”他回忆,“在东方红一号的基础上,把它做成一个自旋稳定的通信卫星,在自旋的基础上增加了转速姿态和轨道控制能力。自旋稳定方案相对简单,技术也比较适应当时的国家工业基础。”
▲ 东方红二号试验通信卫星
从那次会议以后,各个分系统回去开展了分系统的方案设计,包括通信、测控、电源、控制、热控等。1974年后,设备样机陆续被做出来;1977年,转入正样阶段,一颗挂着“东方红二号”名字的通信卫星,逐步从方案走到图纸,又从图纸走向总装厂房。
凡是上天要遇到的环境,都在地面做试验
如果说立项阶段定下的是“走哪条路”,那么研制与发射阶段要解决的,就是“这条路到底怎么走下去”。
由于工业基础薄弱,原材料和元器件水平落后,各分系统在要求重量和功耗指标时都倾向“保守”——多要一些余量。总体把所有分系统的重量、功耗加总后发现:卫星太重、功率太大——卫星的重量大概有1吨。
那时的运载火箭运力根本达不到发射1吨级同步轨道卫星的要求。火箭研制团队曾提出:能不能把卫星重量减到250公斤?“我们经过多次反复地研究,怎么也不行。”彭成荣说。
最终,中央提出的决策是反过来适配:既然同步通信卫星必须达到1吨左右的重量,就需要新研制运载能力更强的三级运载火箭——长征三号运载火箭。经过反复研究、试验,用液氢、液氧做推进剂,研制大推力的第三级火箭发动机,这样一个方案映入了大家眼帘。这样的决定意味着,卫星、运载、测控站、发射场、应用终端要同时走上全新台阶,“331工程”成为一场从头开始的大工程。
“真正的压力,是谁也没搞过,研制条件又都比较差,但这个事你得努力往前推。”彭成荣说。
“凡是上天要遇到的环境,我们在地面都做试验。”戚发轫说,为了让通信卫星在轨稳定工作3~5年,研制队伍首先得解决电子元器件的可靠性难题——当时国内电子元器件的可靠性水平大致只有“6级”,而工程要求达到“9级”。在当时的国际环境和工程定位下,项目只能通过建立可靠性试验中心、统一筛选国产器件等方式,把整星用器件一点点“啃”上去。
▲ 孙家栋(左)与戚发轫(右)在任务成功后合影
在功耗协调中,总体发现如果按各分系统原始要求配置,太阳电池帆板的面积要做得非常大,卫星总体难以承受。后来,他们把工作时间很短但瞬时功率很大的载荷从太阳电池供电中“剥离出来”,改为由蓄电池供电。这样既不影响任务,又显著降低了太阳电池的峰值需求。
1983年9月,东方红二号试验通信卫星0A星进场,西昌卫星发射中心迎来它的第一次任务。
“我们到现场看,他那个塔架有20层楼高,每层平台周围没有任何遮挡,就只有几根栏杆。下雨刮风就直接吹到里面去,这对卫星来说环境是比较恶劣的。”彭成荣说,“我们的卫星很娇气,上面天线露在外面,有很多是温控保护层;另外卫星的外壳就是太阳电池,太阳电池外表面是玻璃,玻璃很薄,一碰就碎。”
为了在塔架上保护卫星免受风雨侵袭,彭成荣从节日充气拱门上得到启发,提出用充气橡胶结构搭一个帐篷。帐篷顶部有一个直径2米的充气圆环,底部有一个直径约3米的充气圆环,两环之间用四根充气圆柱相连,充气后形成一个圆锥骨架,在四周用胶布封闭后形成一个保护卫星的帐篷。
1984年1月29日,长征三号运载火箭托举东方红二号试验通信卫星0A星发射。在第三级氢氧发动机第二次启动后,推力消失,卫星未能进入预定地球同步转移轨道,首飞宣告失败。
“1983年9月份进场,1984年1月29日第一次发射失败,4月8日再打成,中间那70天谁都不能离开发射场。”戚发轫回忆,“又是国庆、又是元旦、又是春节,这么长的时间,对很多同志确实是个考验。”
基地条件艰苦,离家又远,心理压力更是一层叠着一层。
“那个时候没有长途电话,都是写信。我是队长,我想打一通长途电话也得排队,很困难。”他说,“有一次春节,还把各家小孩的录像拿来基地放,有位母亲一看见孩子就大哭,说‘以后再别干这事儿了’。”
70多天之后,东方红二号0B星再度出征。1984年4月8日傍晚,长征三号火箭点火升空,送东方红二号0B星顺利入轨。
0B星成功入轨不久,新的情况又被发现——遥测数据显示,星上电池温度超过了设计指标45摄氏度的上限。那一刻,大家刚刚放下的心又被提了起来。
戚发轫马上被派往相关厂所,抓紧做电池温度耐受度试验,把能模拟的极限工况都做了一遍,很快拿到了电池可以承受的更高温度数据。时任东方红二号卫星总设计师的孙家栋果断下达多次调整卫星姿态的指令,尽量让电池“斜对着太阳”,随着姿态调整,电池温度最终被压回安全区间,0B星“化险为夷”。
“最根本的一条,还是自力更生”
1984年4月16日,东方红二号试验通信卫星成功定点于东经125度赤道上空。4月17日18时许,卫星通信试验正式开始。那天傍晚,昆明、乌鲁木齐等地的市民,第一次通过我们自己国家研制、发射的通信卫星,看到了当天的《新闻联播》等节目,而不再是几天前的录像带。
第二天上午10时,时任国防部长张爱萍通过东方红二号通信卫星与新疆维吾尔自治区党委第一书记王恩茂,实现了北京和新疆间的第一次卫星通话,电话接通后,张爱萍扔下事先准备好的讲稿说:“老王,哈密瓜熟了没有?”王恩茂幽默地回答:“我这就派人给你送过去。”当天,我国便进行了第一次卫星电视直播。
王恩茂还在电话里说:“乌鲁木齐市各族人民第一次看到了中央电视台播送的当天新闻,感谢你们为祖国、为人民作出了很大的贡献。”
▲《人民日报》刊发东方红二号卫星成功定点的报道
彭成荣在发射阶段一直在西昌,定点成功后被调回北京继续工作;第一次卫星通话时,他人在单位,但很快就通过广播、电视听到了这个消息。“全国人民都很欢欣鼓舞,我们也一样,很激动,也觉得光荣。”他说。
随着东方红二号卫星的投入使用,一批批小口径地面站在全国铺开,“大锅盖”成了20世纪八九十年代很多城市和乡镇屋顶上一道新的风景线。通过卫星中继,电视、广播、电话、数据业务和远程教育的覆盖范围迅速扩展到西北、西南和边疆地区,许多地方第一次拥有了相对稳定的长途通信能力。
戚发轫算过一笔账:当年为了“331工程”国家投入了大约10个亿,相当于“10亿人口、每人拿出一块钱”,花了9年时间,“带来的效益是1∶10还多,家家户户买电视机,各地都搞起接收‘大锅盖’的天线,社会效益更显著”。
从工程角度看,东方红二号卫星标志着我国卫星事业从技术试验走向了真正的应用——从“能打上去”到“用得上、用得好”。此后,我国又先后成功发射了1颗东方红二号实用通信卫星和3颗东方红二号甲实用通信卫星,支撑起广播电视、新闻通信、水利电力调度等业务;再往后,是东方红三号卫星、东方红四号卫星、东方红四号增强型卫星、东方红五号卫星等大型地球静止轨道卫星平台,从通信、广播一路延伸到导航、气象、数据中继、月球卫星和深空探测等。
“最根本的一条,还是自力更生。”高裕祥说,“从方案设计到理念、概念,我们并没有跟着别人走,有时候是迎头赶上,有时候是走自己的路,但这是一条很难的路。”