作者:张林 倪思洁 甘晓 来源:中国科学报 发布时间:2015/4/28 7:27:33
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我国第一颗人造地球卫星成功发射45周年

红星照耀“东方”

写在我国第一颗人造地球卫星成功发射四十五周年之际

通信卫星整装待发。

■本报记者 张林 倪思洁 甘晓

几天前,周志成刚刚参加了一个长时间的会议。在这次会议上,来自航天系统相关部门的研究人员深入探讨了通信卫星技术的发展,并着重对我国开展通信卫星技术创新与攻关进行了谋划。

这是一次普通而又特殊的会议。走出会议室的他,疲惫中带着一丝亢奋。作为中国空间技术研究院通信卫星总体技术专家,周志成有一种强烈的预感:中国制造的通信卫星将要迎来一片新的“东方红”。

45年前,我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射前夕,当时的研究人员也和周志成有着同样的憧憬。

1970年4月24日,“东方红一号”成功发射。广为人知的《东方红》乐曲在太空中响起,向世界宣告中国航天史的新纪元就此开启。

从此,东方红系列卫星便踏上我国通信卫星研发与制造的漫漫征程。从首颗同步轨道“东方红二号”、首颗三轴稳定“东方红三号”、到首颗走出国门的“东方红四号”通信卫星,我国卫星技术实现了从无到有,从试验到应用,从国内到国际的卓越探索。

目前,新一代“东方红五号”和“全电推”平台已经开始孕育,平台性能与欧美发达国家相应平台比肩。一系列成就与跨越的背后,凝聚了数代航天人近半个世纪的艰辛与荣耀。

技术发展实现三次迭变

“科学精神最重要的就是创新。”钱学森说。

创新来自哪里?有人说是源于灵感,但对于李峰这样的中国航天人来说,创新更多时候与长期的科技积累与投入密不可分。

“中国卫星技术从‘跟跑’向‘并行’甚至‘领跑’转变,正是源于对自主创新的坚持。”这名中国空间技术研究院的项目技术经理信心满满地说。

今年伊始,我国“东方红三号”B卫星平台应用的离子电推进系统地面1:1长寿命考核试验取得重要成果。“东三”B星平台配置的电推进系统,其技术指标堪比美国劳拉公司、欧洲泰雷兹公司等国际知名卫星制造商,平台性价比、载荷比也达到或优于国外同类卫星水平。这成为我国航天技术屹立于世界舞台的又一个抢眼的表现,更诠释了创新才是中国卫星技术的跨越发展之道。

首颗“东方红一号”试验卫星成功发射,拉开了中国进军太空的序幕。

首颗同步轨道“东方红二号”的成功发射,则开启了我国通信卫星的实用化征程,使我国跻身世界第五个独立研制、发射静止轨道通信卫星的国家。

此后,首颗三轴稳定的“东方红三号”,不仅实现了一系列技术创新突破,还有效缓解了我国卫星通信紧张的状况。这颗卫星也成为我国第一颗面向全社会的民用卫星。

进入21世纪,同步国际水平的“东方红四号”平台通信卫星,不仅实现了我国航天产品出口零的突破,同时使我国通信卫星平台能力得到跨越式提升,至此,作为跟跑者的“东方红”系列通信卫星,实现了从无到有,从试验到应用的巨大转变。

从“东三”到“东四”,我国遭遇了全面的技术封锁,这时候,“以我为主”的研制精神再次发挥了重要作用。在“东方红四号”平台立项之初,由于基础相对薄弱,技术跨度太大,曾有关于引进合资卫星还是自主研制的争论。关键时刻,新老航天人坚决以我为主,通过技术创新,全面突破12项关键技术,实现了平台的跨越式发展。

依托技术创新突破,中国航天人一鼓作气拿下我国首颗整星出口订单,并创造了25个月的“尼日利亚卫星研制速度”。

如果把“东方红二号”(我国首颗地球静止轨道同步通信卫星)发射成功看作我国第一代通信卫星的源起,那么“东方红三号”、“东方红四号”系列卫星则实现了从二代技术向三代技术的嬗变。

“东方红五号”卫星平台是我国新一代大型通信卫星公用平台,采取了高效电源和热控、电推进等一系列先进技术。平台技术指标先进,可扩展性强。目前正在进行平台先期技术攻关,立项在即,基于“东五”平台的首发星预计将于2018年发射。

“东五”平台设计直接“对标”美国洛马A2100平台、波音702HP平台、欧洲Alphabus平台等国际最先进的大型通信卫星平台,又增加了自己的设计特点,在性能上达到甚至超越了国际上同类卫星的水平。这意味着,我国与国外航天技术的差距正在逐步缩小,甚至达到同步的水平。

“东五”平台的研制,也标志着我国通信卫星领域将完成三次(四代卫星技术)迭代发展。而每一次迭代成功的背后,都是中国航天技术向国外先进技术一次次逼近的过程,是对“弯道超车”机遇的大胆把握。

通信卫星的发展带动了卫星通信的发展,我国已实现从上世纪70年代租用国际通信卫星探索卫星通信业务,到卫星通信商业运营的巨大转变。目前,我国卫星通信业务涉及固定、中继和直播等方面,覆盖S、C、Ku、Ka等频段,为国家安全、国民经济发展提供了日益强大的“空间信息走廊”。

国际征程永无止境

西经87.2度赤道的上空,有一颗名为“图帕克·卡特里”的通信卫星,这是玻利维亚拥有的第一颗卫星。这颗对于玻利维亚来说意义重大的卫星,采用的正是中国的“东方红四号”卫星平台,2013年发射,设计寿命为15年。

2009年10月,市场开拓团队的成员出访玻利维亚。为了谈下这个项目,作为当时市场开拓团队一员的沈宇飞和他的同事们,在“大后方”连轴转了很长一段时间。

“谈判时,一旦对方有什么问题,‘前方’同事会把信息及时传给‘后方’,我们的反应速度必须很快。由于玻利维亚和中国的时差正好是12个小时,所以我们一直处在‘连轴转’的状态。”沈宇飞说。

付出终会有回报。2013年12月21日零时42分,中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功将玻利维亚通信卫星发射升空并进入预定轨道,玻利维亚总统莫拉莱斯亲临现场观看了发射。这是东方红四号平台卫星第四次成功走出国门。在这个卫星项目中,中国航天还首次为对方提供了频率轨位资源咨询服务。

“东方红通信卫星的竞争对手都在国外,只有在与国际对标的过程中,才能确保技术的先进性。”李峰告诉记者。

东方红系列卫星平台“走出去”的道路,起始于东方红四号,而东方红四号“走出去”则始于尼日利亚通信卫星一号。早在2004年12月,中国长城工业总公司代表中国航天与尼日利亚空间研究开发局签署尼日利亚通信卫星一号的采购合同,东方红卫星平台迈出了国际化的第一步。

十多年来,东方红四号已获得十余个国际商业卫星订单,其中为尼日利亚、委内瑞拉、巴基斯坦、玻利维亚制造的4颗通信卫星都已成功发射并在轨交付。

如今,东方红系列卫星在“走出去”的路上,闯出了三个“规模化”:国际商业通信卫星项目履约规模化,仅2015年第一季度履约数量就达到7颗;商业卫星保险规模化,东方红四号卫星平台的卫星保险费率已经降至6.8%左右,与波音公司的保险费率相当;市场开拓规模化,随着亚太星9号的启动,我国通信卫星研制领域敲开了国际成熟运营商的大门。

2014年12月15日,中国空间技术研究院国际业务部接到了一封来自中国长城工业集团有限公司的表扬信,这封信着实让沈宇飞激动了一番。

信中写道:SES公司(环球卫星公司)高级副总裁Nicholas Boudier先生在今年(2014年)12月初来京会谈期间,对贵院技术方案专业水平大加赞赏,认为方案考虑全面,数据详实,分析透彻,很好地回应了客户关心的问题,具有很高的国际水准,特别提出请长城向贵院予以转达,并对技术团队的努力表示感谢。

“我们的努力,得到了国际成熟运营商的认可。”沈宇飞说。

随着我国“一带一路”战略版图日渐明晰,更大尺度的空间信息走廊建设步伐更趋密集,这也为东方红系列卫星征战国际市场带来新的机遇。

“‘一带一路’在通讯方面会有更大的需求,中国卫通也正在积极策划发展规划,加之巴基斯坦通信卫星使用效果非常好,使东方红卫星平台形成了品牌效应,未来,东方红卫星平台会有更多通向国际的机会。”李峰说。

前进的道路永无止境,创业的新征程已然开启。从东方红一号诞生到今天,中国通信卫星事业蒸蒸日上;从东方红四号走出国门到今天,中国通信卫星平台的影响力日渐提升。单机国产化,产品多样化,服务国际化,在通讯需求越来越旺盛的当下,研制东方红系列卫星的这支充满激情的队伍,将继续围绕着核心产品提供和服务咨询两大业务领域,拓展业务规模,延伸业务职能,找准自身定位,追赶国际一流。

“电推进”掀起卫星技术革命

为了完成卫星变轨和姿态保持任务,传统卫星采用化学推进作为动力,推进剂占到卫星发射重量的一半以上,卫星有效重量低。用电能为卫星提供动力,为卫星发展带来另一种思路。

电推进技术概念在1906年被提出后,受到了世界各国的高度关注。我国相关研究人员从上世纪80年代起开始电推进技术的应用攻关,解决了一系列工程应用的关键技术,为电推进技术的工程应用奠定了坚实基础。

“电推技术的应用将掀起一场卫星技术的革命。”中国空间技术研究院通信卫星事业部可靠性负责人刘波向《中国科学报》记者表示。

电推技术进入通信卫星领域后,一直以“化学推进升轨—电推进位保”的混合推进方式发展。随着技术的成熟,“全电推”卫星逐步登上历史舞台。

中国空间技术研究院通信卫星事业部某卫星项目负责人王敏介绍,“全电推”卫星将使卫星发射重量大幅降低,从目前主流的5到7吨降低到2到4吨,项目投入明显降低。通信卫星的寿命也将不再受燃料携带量的限制,从而延长到18年到20年,甚至更长。同时,“全电推”还将使卫星管理和运行更加智能化。

“电推进技术可以使人类以更低的成本进入太空领域,这必将深度改变通信卫星的面貌。”王敏说。

2012年3月,美国波音公司获得了4颗“全电推”通信卫星合同,成为世界第一个推出“全电推”卫星的公司。今年3月2日,首批2颗“全电推”卫星发射升空,预计于11月投入使用。

据了解,我国全电推进卫星的研制与世界同步。2007年起,中国空间技术研究院510所从工程样机起步,5年内研制成功200毫米离子电推进系统,并在2012年发射的“实践九号”卫星上开展了飞行验证。经过长达一年的在轨飞行试验考验,电推进系统表现优异。后经专家评估,认为该系统已达到国际先进水平,一些主要技术指标优于国外同类产品。

周志成介绍,如今电推进技术已经完成长寿命、高可靠的相关地面验证,国内多家单位联合完成了“全电推”卫星平台方案的详细设计,突破了小推力长周期联合姿轨控技术等关键技术,中国首颗全电推进卫星的研制也指日可待。

电推进技术引发的一场卫星技术革命已经打响,中国科研人员正在“东方红”精神的指引下,努力将“中国制造”的电推进卫星转化为工程应用,占领市场先机。

《中国科学报》 (2015-04-28 第1版 要闻)
 
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