闵士权:天上一颗星,人间几十载

作者:刘婷宜 责任编辑:甄清岚 2019.09.17 07:10 来源:通信世界全媒体

在浩瀚的宇宙里,有着由无数恒星、行星和卫星组成的灿烂星河,也有漫天漂浮的宇宙尘埃。这其中,人造地球卫星是非常特殊的存在——人造地球卫星是人工制造的地球卫星,指在空间轨道上环绕地球运行的无人航天器。人造地球卫星是个兴旺的家族,且用途广泛、种类繁多,有通信卫星、导航卫星、地球资源卫星、气象卫星、侦察卫星、天文卫星等,它们组成了一个庞大的“卫星世家”。

人造地球卫星具有对地球进行全方位观测的能力,其最大特点是居高临下,俯视面大。一颗运行在赤道上空约36000公里高空静止轨道的卫星可以覆盖地球表面约1.63亿平方公里的面积,比一架8000米高空侦察机所覆盖的面积多出5600多倍。因此,对完成通信、侦察、导航等任务来说,人造卫星具有其他手段无法比拟的优势。

其中,卫星通信是指利用卫星中的转发器作为中继站,通过转发无线电信号,实现两个或多个地球站之间的通信。卫星通信是现代通信技术与航天技术的结合,并用计算机对其进行控制的先进通信方式。卫星通信是卫星产业的最主要组成部分,是目前卫星技术最具产业化的应用方向。

为了解更多早期中国卫星通信背后的故事,记者在中国卫星通信大厦见到了年过八旬的原中国空间技术研究院总体设计部通信卫星总体研究室负责人——闵士权,他当时负责领导东方红一号卫星总体研究室的研制工作,后来还参与了东方红二号、三号通信卫星等的总体研制、发射和运营工作。

“东方红一号”卫星——中国第一颗人造地球卫星

1957年10月4日,世界上第一颗人造地球卫星由前苏联发射成功。第一颗人造地球卫星的成功发射,揭开了人类向太空进军的序幕,这大大激发了世界各国研制和发射卫星的热情。1958年5月17日,毛泽东主席在中国共产党八大二次会议提出:“我们也要搞人造卫星,要搞就搞得大一点。”随即在1958年7月至8月间,中国科学院成立了专门研究人造卫星的“581”组。

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图注:东方红一号卫星发射

在60年代初,三年经济困难的特殊历史时期,我国人造卫星的研发工作一度被推迟。1964年,我国经济形势开始好转,中程导弹再次发射成功,意味着我国基本上具备了发射人造地球卫星的能力,卫星计划被重新提上议事日程。

1965年5月,周恩来总理指示中国科学院拿出第一颗人造卫星的具体方案。负责卫星总体组的钱骥带领年轻的科技工作者很快便拿出了初步方案。该方案由钱骥等直接向周总理作了汇报。当周总理知道钱骥姓钱时风趣地说:我们的卫星总设计师也是姓钱啊,我们搞尖端的,原子弹、导弹和卫星,都离不开“钱”啊!

1965年8月,在周恩来总理主持的中央专委会议上,原则上批准了中国科学院《关于发展中国人造卫星工作的规划方案建议》,确定将人造卫星研制列为国家尖端技术发展的一项重大任务,还确定整个卫星工程由国防科委负责组织协调,卫星本体和地面测控系统由中国科学院负责,运载火箭由七机部负责,卫星发射场由国防科委试验基地负责建设。由于该建议是于1965年1月份正式提出的,国家就将人造地球卫星工程的代号定名为“651”任务。

就这样,中国第一颗人造卫星即进入工程研制阶段。为开展该星的研制工作,同年9月中国科学院开始组建卫星设计院。在该院技术负责人钱骥领导下,卫星总体设计组开始拟定第一颗人造地球卫星总体方案。同年10月至11月,中国科学院受国防科委委托,在北京召开了中国第一颗人造地球卫星总体方案论证会(代号“651”会议),初步确定了第一颗人造地球卫星总体方案。

按照“651”会议确定作为科学探测卫星的“东方红一号”由结构系统、温控系统、能源系统、跟踪系统、遥测系统、天线系统、科学探测系统,以及作为试验项目的遥控系统、姿态测量和控制系统共9个系统组成。1967年提出保证播送《东方红》乐曲的要求后,在卫星技术总负责人孙家栋主持下,对卫星的组成作了若干修改和简化:能源系统只采用银锌化学电池组供电方案,去掉太阳能电池加镉镍电池供电部份;去掉科学探测系统和遥控系统;去掉姿态控制部份,只保留姿态测量用的红外地平仪和太阳角计。这样,最后确定的卫星系统组成是结构、温控、能源、《东方红》乐音装置和短波遥测、跟踪、天线、姿态测量7个系统。由于是首次研制,所以对每一个分系统的研究、设计、试制、试验、生产都是十分艰难的攻关过程。

1967年12月,国防科委召开第一颗人造卫星研制工作会议,审定了总体方案和各分系统方案,正式命名中国第一颗人造卫星为“东方红一号”。1968年1月,国家正式批准了“东方红一号”人造地球卫星的研制任务书。

该卫星外形为球形72面体,直径约1米,质量为173公斤,采用自旋姿态稳定方式,转速为120转/分,利用太阳角计和红外地平仪测定姿态。为了利于全球视听,卫星采用近地点439公里,远地点2384公里,倾角68.44度的低椭圆形轨道。

“东方红一号”成功的标志是:“上得去,抓得住,听得到,看得见”。所谓“上得去”就是首先要保证卫星飞上天;“抓得住”就是卫星上天以后地面设备能对卫星实施测控;“听得到”就是卫星要播送音乐,且可被地面接收和听到;“看得见”就是卫星在轨飞行时能让地面上的人用肉眼直接看得见,以便鼓舞人心。

为了实现“听得到”措施:由于当时一般的收音机在频率和灵敏度上都不能满足直接收听卫星播送的《东方红》乐曲的要求,因此,卫星上天后要通过中央人民广播电台专门配置的短波接收设备,把接收到的《东方红》乐曲再转发到中波的频率上转播出去,使全国和全世界都用一般的收音机收听。

为了实现“看得见”措施:由于卫星太小,本体的亮度为5~8等星,末级火箭的亮度为4~7等星,地面上的人用肉眼很难看到。为此,技术人员集思广益想出了在末级火箭上加镀铝的“观测裙”的方法,使其亮度提高为2~3等星。不过用肉眼看到的是星箭分离后带着“围裙”的末级火箭,而不是卫星本身。

1970年4月24日21时35分,“东方红一号”卫星由“长征一号”运载火箭从甘肃酒泉卫星发射场发射,21时48分进入预定轨道,地面收到各项测试数据正常。国家广电总局收到了“东方红一号”卫星传来悠扬的《东方红》乐曲,声音清晰而宏亮,参加卫星研制任务的科技工作者热泪盈眶,举国上下一片欢腾。这意味着“东方红一号”卫星发射成功,实现了“上得去,抓得住,听得到,看得见”的要求,也实现了毛主席“我们也要造卫星” 的伟大号召!

“东方红一号”卫星发射成功在我国航天史上具有划时代意义,是我国发展航天技术的一个良好开端,是我国航天技术发展的第一个里程碑。此外,“东方红一号”卫星发射成功对我国航天技术发展最大的重要性是培养了一支能攻善战的队伍。为自主研制“东方红二号”通信卫星奠定了思想和技术基础。

闵士权不无感慨地对记者说:“东方红一号”卫星的成果是天上发射了一颗卫星,地上培养了一支队伍。

“东方红二号”卫星——中国第一颗试验通信卫星

1970年4月24日我国第一颗人造地球卫星东方红一号发射成功不久,中国人民解放军通信兵部提出了发射静止通信卫星,发展我国卫星通信事业,摆脱通信落后状态的建议。为此,中国空间技术研究院开展了可行性论证,在1970年6月召开的“706”会议和11月9日召开的“119”会议上提出了我国通信卫星总体方案的初步设想。与会各单位通过对国外卫星通信发展状况分析,对各种不同轨道的卫星通信方案比较,大家一致建议选用卫星对地面相对静止的静止轨道通信卫星方案。

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图注:1984年7月人民画报图像-科学工作者在发射前对卫星进行总检查(梁德明摄影)。图中由前往后最后一人为闵士权

静止通信卫星原先的总体方案设想,完全是军用的。1972年随着美国尼克松总统和日本田中首相先后访华,邮电部、广播事业局利用地球站通过国际通信卫星进行了通信和电视转播。卫星通信的优越性引起了他们极大兴趣,对我国研究的通信卫星提出了使用要求。经过卫星总体部分析论证和与军方多次协调,一致同意将原来军用的卫星变为军民共用的卫星,并将原定的通信频段改为与国际通信卫星一致的频段。

当时正处于我国特殊历史时期,正常的科研生产秩序被严重破坏。加上卫星通信工程是一个庞大的系统工程,技术复杂,涉及面广,但没有一个统一组织来指挥和协调整个工程的研制和建设,各大系统自身的特别是相关的问题得不到及时解决,致使整个工程进展十分缓慢。周恩来总理在日理万机情况下,十分关心这项工程的进展,并于1974年5月19日,对反映这些情况的群众来信作了批示,要求国家计委、国防科委联合召开一个有关部门参加的会议,先将卫星通信工程的研制、协作和使用方针定下来,然后再按分工做出规划,督促进行。

为落实周总理批示,国家计委、国防科委多次联合召集会议,明确了制造、使用、计划分工和协作范围等问题,并于1975年2月17日提出了《关于发展我国卫星通信问题的报告》报请中央审批。这是我国卫星通信工程的指导性文件。同年3月31日,中央军委第八次常委会议讨论通过了《关于发展我国卫星通信问题的报告》。不久,上述报告得到党中央和毛泽东主席的批准,并将该卫星通信工程命名为“331”工程。

从此,我国“331”卫星通信工程(包括通信卫星、运载火箭、测控系统、发射场和通信地球站五大系统)正式列入国家计划。在国防科委具体组织下,各部门密切合作,奋力工作,卫星通信工程很快改变了过去几年的徘徊局面,各大系统取得了重大进展。

“331”工程是我国开始研制的第一代地球静止轨道通信卫星(“东方红二号”)项目,是当时国家的“三抓(洲际导弹、潜艇导弹和通信卫星的研制发射)”任务之一。

被命名为“东方红二号”的静止通信卫星是双自旋稳定通信卫星,有两套转发器,通信天线为圆极化全球波束定向天线,上行频率为6225MHz~6425MHz,下行频率为4000MHz~4200MHz,每天可二十四小时全天候通信,可转发电视、广播、电话、电报、数传、传真等各种模拟和数字通信信息。由中国空间技术研究院承担整星和大部分分系统的研制任务。孙家栋任卫星总设计师、戚发轫任卫星副总设计师。

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图注:1984年4月在我国渭南卫星测控中心参加东方红二号卫星发射测控任务的部分人员合影。

左起第五人为东方红二号卫星总设计师孙家栋,第三人为东方红二号卫星副总设计师戚发轫,第六人为东方红二号卫星总体主任设计师闵士权

1984年1月29日,第一颗“东方红二号”通信卫星在西昌卫星发射中心发射,因“长征三号”运载火箭第三级火箭出现故障,卫星只能运行于高度为400公里的近圆形的停泊轨道。在如此灾难性故障情况下,航天工业部副部长宋健、空间技术研究院院长孙家栋、测控中心副司令员郝岩等测控指挥部主要技术负责人迅速作出决策,要求尽可能进行多项试验。首先将星载远地点发动机点火,一方面完成发动机点火和性能测试,另一方面将卫星轨道远地点高度提高,增加可以测控时间,为各种试验创造条件。

为此,在极其困难的条件下,渭南测控中心地面测控系统对卫星进行了调控、远地点发动机点火,使卫星由停泊轨道进入到远地点高度为6480公里的大椭圆轨道,在远地点附近的时段,进行了一系列在轨试验:星上各种备份仪器切换功能试验;卫星的姿态控制、轨道控制功能试验;应答机不同工作方式及遥控不同频率功能试验;通信天线消旋功能试验;卫星和地面测控网的星地回路控制试验;卫星数传通信试验;电视、电话转播试验等。

各项试验表明,卫星方案正确,通信信道可以开通,为第二颗“东方红二号”通信卫星成功发射打下基础。

1984年4月8日,第二颗“东方红二号”通信卫星在西昌卫星发射中心发射,“长征三号”运载火箭顺利地将卫星送到预定的轨道。该星经渭南测控中心及所属测控站进行测量和控制,于4月16日定点于东经125度赤道上空的预定位置。17日起进行在轨测试后,北京、石家庄、乌鲁木齐、昆明和南京等地球站通过卫星成功地进行了电视、电话和广播节目等传输试验。4月25日起,卫星移交给北京卫星通信管理中心试用。

“东方红二号”通信卫星的发射和试用成功,标志着中国成为世界上能够独立研制、发射静止通信卫星的五个国家之一。“东方红二号”通信卫星的发射和试用成功,也就是整个“331”卫星通信工程的成功,谱写了我国卫星通信的新篇章。

“331”工程在我国航天技术上最突出的成就是成功地研制了:首次采用对地静止轨道的通信卫星;首次采用低温推进剂二次启动发动机的新型运臷火箭;首次采用微波统一载波的新型测控系统。它们的技术途径完全符合卫星通信工程国际先进技术发展方向。

“331”工程是一个全新的工程,它所属的五大系统都是新研制的系统;“331”工程也是一个国产化的工程,几乎所有元器件和设备均为国内生产、制造。不言而喻,整个工程的庞大、复杂性、研制工作量和技术难度在当时是空前的。

“东方红三号”卫星——中国第一颗商用通信卫星

“东方红二号”卫星的使用,是我国使用国产试验通信卫星进行卫星通信历史的开端;“东方红三号”卫星的使用,则是由我国的卫星公司使用国产商用卫星进行经营的开端。

“东方红三号”卫星是1986年经国务院、中央军委批准研制的中容量国内通信卫星。星上装有24个C频段转发器,可传输电视、电话、电报、传真和数据等各种信号。主要为国内的公众通信、专用通信和电视传输业务服务。

“东方红三号”卫星是国家重点工程建设项目。立项之初,国家就明确卫星按商业化管理,由中国广播卫星公司(后为中国通信广播卫星公司)作为卫星业主与航天工业部(后为航天工业总公司)签订卫星经济合同,卫星发射成功后由卫星公司负责经营管理,并将经营回收的资金用于发展后续卫星。

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图注:闵士权荣立一等功证书

按照航天工程项目研制工作划分,整个东方红三号通信卫星工程分为五大部分:卫星、运载火箭、卫星发射系统、地面测控系统、卫星应用系统。其中整个东方红三号通信卫星工程总设计师是孙家栋,卫星总设计师是范本尧,卫星应用系统总设计师是闵士权。

作为该卫星经营方——中国通信广播卫星公司负责卫星应用系统的建设、经营和管理。卫星应用系统的主要技术工作有四项:提出“东方红三号”卫星技术要求;负责“东方红三号”卫星测控管理站建设;负责“东方红三号”卫星在轨验收测试;负责“东方红三号”卫星管理和应用。

卫星由中国空间技术研究院研制。本着“以我为主、辅以必要的国际技术合作”方针,与德国、美国和日本等国家进行了不同程度合作,采用了许多先进技术。

“东方红三号”通信卫星是双组元统一推进系统,转移轨道和静止轨道都为三轴稳定控制的全三轴稳定通信卫星。卫星由通信、测控、姿态和轨道控制、推进、能源、温控和结构等分系统组成。通信分系统包括频率复用转发器和赋形波束收发天线。测控分系统包括遥测、指令、跟踪设备和全向测控天线等。

第一颗“东方红三号”卫星于1994年11月30日用新研制的“长征三号甲”运载火箭在西昌卫星发射中心发射,西安卫星测控中心负责卫星测控。星箭分离后,卫星运行40多天,经多次变轨,进入了漂移轨道。但因卫星推进剂泄漏,卫星未能定点投入正常运行。

第二颗“东方红三号”卫星于1997年5月12日发射,5月20日16时定点于预定的轨道位置东经 125 度。卫星定点后由西安卫星测控中心新建的测控站和中国通信广播卫星公司新建的北京测控管理站进行在轨测试。经过一年多试运行后,于1998年8月12日在北京进行卫星轨道交付仪式。它标志着“东方红三号”通信卫星由卫星研制方-中国空间技术研究院正式交付给卫星经营方-中国通信广播卫星公司经营和管理。

第二颗卫星进入试运行后,中国通信广播卫星公司就积极安排各种业务,于1998年初正式开始商业服务,主要用于电话、传真、数据传输、VSAT网、电视等业务,服务对象遍布全国各地。为中国人民的生活、经济活动、文化教育、外交活动、政治活动等各方面提供了重要的服务,有着显著的社会效益,对推进中国的信息化进程具有重大意义。

从中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”任务完成,到中国第一颗试验通信卫星“东方红二号”任务完成,再到中国第一颗商用通信卫星“东方红三号”任务完成,这些划时代、标志性的卫星发展,谱写出中国“东方红”卫星系列早期发展历史。在此期间,共历时三十余年,经过几代人的艰苦奋斗、无私奉献,书写了中国“东方红”卫星系列光辉发展的初篇。

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图注:闵士权获国家科技进步特等奖证书

采访最后,闵士权表示,当今时代是信息化的时代,以互联网技术为代表的各种信息网已经进入了全球化、网络化、智能化时代。卫星通信网与地面通信网正在朝天地一体化方向发展;通信卫星与导航卫星、遥感卫星以及其它航天器正在往天基综合信息网方向发展;通信卫星除了继续为地球用户提供通信业务外,还在朝邻近空间飞行器和和深空间飞行器提供跟踪与数据中继业务的方向发展。我国卫星通信要紧跟时代发展的潮流,把握世界的走向,努力奋进!

闵士权告诫年轻的通信行业从业者,要牢记个人命运和前途与国家命运和前途是紧密联系在一起的。要不忘初心,牢记使命;要艰苦奋斗,为国争光。为中国人民谋幸福,为中华民族谋复兴,是中国共产党人的初心和使命,也应该成为每个年轻的通信行业从业者努力的方向。同时,通过艰苦奋斗,做出显著成绩,为国争光,这是不忘初心,牢记使命的具体体现。


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