本
文
摘
要
中国航天事业自1956年创建以来,经历了艰苦创业、配套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期,迄今已达到了相当规模和水平,形成了完整配套的研究、设计、生产和试验体系;建立了能发射各类卫星和载人飞船的航天器发射中心和由国内各地面站、远程跟踪测量船组成的测控网;建立了多种卫星应用系统,取得了显著的社会效益和经济效益;建立了具有一定水平的空间科学研究系统,取得了多项创新成果;培育了一支素质好、技术水平高的航天科技队伍。 在举国庆祝天和核心舱发射成功的高兴时刻, 我们在此选取了中国航天历史上最为重要的十件里程碑航天事件与大家分享:
1、中国首颗人造地球卫星——东方红一号
“东方红一号” (Dong Fang Hong I/Red East 1)卫星是中国的第一颗人造卫星,由以钱学森、潘厚仁为中心的中国空间技术研究院研制,当时共做了五颗样星,结果第一颗卫星就发射成功。
东方红一号卫星于1958年提出设想计划,1965年开始研制工作,于1970年4月24日在酒泉卫星发射中心成功发射。东方红一号卫星重173千克,由长征一号运载火箭送入近地点441千米、远地点2368千米、倾角68.44度的椭圆轨道,进行了轨道测控和《东方红》乐曲的播送。东方红一号卫星工作28天(设计寿命20天),卫星于5月14日停止发射信号,目前仍在空间轨道上运行。
东方红一号卫星外形为近拟球体的72面体,直径约1米,质量为173千克,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。
东方红一号发射成功,开创了中国航天史的新纪元,使中国成为继苏、美、法、日之后世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。
2、中国首颗人造月球卫星——嫦娥一号
嫦娥一号是中国探月计划中的第一颗绕月人造卫星,以中国古代神话人物嫦娥命名。
2007年10月24日,嫦娥一号在西昌卫星发射中心发射升空;2009年3月1日,嫦娥一号完成使命,撞击月球表面预定地点。
嫦娥一号星体为立方体,两侧各有一个太阳帆板,最大跨度达18.1米,重2350千克,工作寿命一年。嫦娥一号卫星平台由结构分系统、热控分系统、制导、导航与控制分系统、推进分系统、数据管理分系统、测控数传分系统、定向天线分系统和有效载荷等9个分系统组成。这些分系统各司其职、协同工作,保证月球探测任务的顺利完成。星上的有效载荷用于完成对月球的科学探测和试验,其它分系统则为有效载荷正常工作提供支持、控制、指令和管理保证服务。
嫦娥一号卫星首次绕月探测的成功,树立了中国航天的又一个里程碑,突破了一大批具有自主知识产权的核心技术和关键技术,使中国成为世界上为数不多具有深空探测能力的国家。
3、中国首个空间实验室——天宫一号
天宫一号(Tiangong-1),为中国载人航天工程发射第一个目标飞行器,是中国第一个空间实验室,全长10.4米,舱体最大直径3.35米,起飞质量8506千克,舱体最大直径达3.35米,设计在轨寿命2年,实际在轨运行1630天,不但完成了既定使命任务,还超设计寿命飞行、超计划开展多项拓展技术试验,为空间站建设运营和载人航天成果应用推广积累了重要经验。
天宫一号的主要任务是作为交会对接目标,完成空间交会对接飞行试验;保障航天员在轨短期驻留期间的工作和生活,并保证航天员安全;开展空间应用、航天医学试验、空间科学实验和空间站技术试验;初步建立能够短期载人、长期无人独立可靠运行的空间试验平台、为建造空间站积累经验。
天宫一号于2011年9月29日发射升空;于2016年3月16日,天宫一号正式终止数据服务;于2018年4月2日再入大气层,销毁部分器件。
天宫一号的成功标志着中国已经拥有建立短期无人照料空间站的能力。
4、中国自行研制的全球卫星导航系统——北斗卫星
中国北斗卫星导航系统(英文名称:BeiDou Navigation Satellite System,简称BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统,也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO,是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并且具备短报文通信能力,已经初步具备区域导航、定位和授时能力,定位精度为分米、厘米级别,测速精度0.2米/秒,授时精度10纳秒。
2020年6月23日9时43分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星,至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成,宣告我国自主卫星导航定位系统建设空间部分彻底实现全球化布局。 目前全球范围内已经有137个国家与北斗卫星导航系统签下了合作协议。
5、中国自行研制的载人飞船——神舟飞船
神舟飞船是中国自行研制,具有完全自主知识产权,达到或优于国际第三代载人飞船技术的飞船。神舟号飞船是采用三舱一段,即由返回舱、轨道舱、推进舱和附加段构成,由13个分系统组成。神舟号飞船与国外第三代飞船相比,具有起点高、具备留轨利用能力等特点。
神舟系列载人飞船由专门为其研制的长征二号F火箭发射升空,发射基地是酒泉卫星发射中心,回收地点在内蒙古中部的乌兰察布市四子王旗航天着陆场。 从1999年至2016年,神舟一号至十一号飞船共搭载6批次10位航天员进入太空。
6、中国首次探月工程——嫦娥工程
2004年,中国正式开展月球探测工程,并命名为“嫦娥工程”。嫦娥工程分为“无人月球探测”、“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。
2007年10月24日,“嫦娥一号”成功发射升空,在圆满完成各项使命后,于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日“嫦娥二号”顺利发射,也已圆满并超额完成各项既定任务。2012年9月19日,月球探测工程首席科学家欧阳自远表示,探月工程已经完成嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。2020年11月24日,中国在中国文昌航天发射场用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器,火箭飞行约2200秒后,顺利将探测器送入预定轨道,开启中国首次地外天体采样返回之旅。 12月1日,嫦娥五号探测器成功在月球正面预选着陆区着陆。 12月17日,嫦娥五号返回器携带月球样品,采用半弹道跳跃方式再入返回,在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆。7、中国建设中的长期载人空间站——天宫空间站
中国载人空间站,简称中国空间站或天宫空间站,是一个在轨组装成的具有中国特色的空间实验室系统。建造计划预计于2020年至2025年间进行,预计在2022年前后建成。空间站轨道高度为400~450公里,倾角42~43度,设计寿命为10年,长期驻留3人,总重量可达90吨,以进行较大规模的空间应用。中国空间站包括核心舱、实验舱梦天、实验舱问天、载人飞船(即已经命名的“神舟”号飞船)和货运飞船(天舟一号飞船)五个模块组成。各飞行器既是独立的飞行器,具备独立的飞行能力,又可以与核心舱组合成多种形态的空间组合体,在核心舱统一调度下协同工作,完成空间站承担的各项任务。
按照空间站建造任务规划,2021年和2022年我国将接续实施11次飞行任务,包括3次空间站舱段发射,4次货运飞船以及4次载人飞船发射,于2022年完成空间站在轨建造,实现中国载人航天工程三步走发展战略第三步的任务目标。
中国载人空间站整体名称及各舱段和货运飞船共5个名称具体如下:
载人空间站命名为“天宫”,代号“TG”;核心舱命名为“天和”,代号“TH”(今天发射成功);实验舱Ⅰ命名为“问天”,代号“WT”;实验舱Ⅱ命名为“梦天”,代号“MT”;货运飞船命名为“天舟”,代号“TZ”。空间站拟按长期载3人状态设计,运营阶段每半年由载人飞船实施人员轮换,而初期将采用人员间断访问方式。载人空间站建成后,将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地,在轨运营10年以上。
中国空间站未来还将单独发射一个十几吨的光学舱,与空间站保持共轨飞行状态,并计划在光学舱里架设一套口径两米的巡天望远镜,分辨率与哈勃相当,视场角是哈勃的300多倍。在轨10年,可以对40%以上的天区,约17500平方度天区进行观测。
8、世界首颗暗物质粒子探测卫星——悟空卫星
暗物质粒子探测卫星(英文:Dark Matter Particle Explorer,缩写:DAMPE,简称悟空号)是中国科学院空间科学战略性先导科技专项中首批立项研制的4颗科学实验卫星之一,是目前世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。
DAMPE是一个空间望远镜,有效载荷质量1410公斤,它可以探测高能伽马射线、电子和宇宙射线。它由一个塑料闪烁探测器、硅微条、钨板、电磁量能器和中子探测器组成。 DAMPE的主要科学目标是以更高的能量和更好的分辨率来测量宇宙射线中正负电子之比,以找出可能的暗物质信号。它也有很大潜力来加深人类对于高能宇宙射线传播机制的理解,也有可能在高能γ射线天文方面有新发现。
2015年12月17日,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将暗物质粒子探测卫星“悟空”发射升空。2016年12月29日,中科院紫金山天文台通报,暗物质粒子探测卫星“悟空”近两个月内频繁记录到来自超大质量黑洞CTA 102的伽马射线爆发。这是暗物质卫星科研团队自卫星上天后首次发布观测成果。“悟空”观测到的现象表明,黑洞CTA 102正经历新一轮活跃期。2018年12月17日“悟空”服役延长两年工作时间。 2020年12月17日,“悟空”服役期再次延长。9、世界首颗量子科学实验卫星——墨子号
墨子号量子科学实验卫星(简称墨子号),于2016年8月16日1时40分,在酒泉用长征二号丁运载火箭成功发射升空。此次发射任务的圆满成功,标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。
首颗量子通信卫星以我国古代科学家墨子的名字来命名。墨子最早提出过光线沿直线传播的观点,进行了小孔成像实验。用他的名字命名以纪念他在早期物理光学方面的成就。
中国量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍,如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”,那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就,海量信息将在其中来去如影,并且“无条件”安全。
2017年1月18日,中国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”圆满完成了4个月的在轨测试任务,正式交付用户单位使用。中国科学技术大学、中科院等单位相关领导在交付使用证书上签字。2017 年8月12日,墨子号”取得最新成果——国际上首次成功实现千公里级的星地双向量子通信,为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础。2017年9月29日,世界首条量子保密通信干线“京沪干线”与“墨子号”科学实验卫星进行天地链路,我国科学家成功实现了洲际量子保密通信。这标志着我国在全球已构建出首个天地一体化广域量子通信网络雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。2018年1月,在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发,并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力。2020年6月15日,中国科学院宣布,“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。该实验成果不仅将以往地面无中继量子密钥分发的空间距离提高了一个数量级,并且通过物理原理确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下依然能实现安全的量子密钥分发。10、中国自行研制的航天运载工具——长征系列运载火箭
截至2021年2月4日,中国长征系列运载火箭已发射360次。 长征运载火箭起步于20世纪60年代,1970年4月24日“长征一号”运载火箭首次发射“东方红一号”卫星成功。
长征火箭已经拥有退役、现役共计4代19种型号。其中长征一号、长征二号、长征二号E、长征三号、长征四号甲5个型号已退役;长征二号丙、长征二号丁、长征二号F、长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙、长征四号乙、长征四号丙、长征五号、长征五号B、长征六号、长征七号、长征七号甲、长征八号和长征十一号15个型号在役。另有长征六号甲、长征六号X、长征十一号甲3个型号在研,长征九号1个型号论证中。
长征火箭具备发射低、中、高不同地球轨道不同类型卫星及载人飞船的能力,并具备无人深空探测能力。低地球轨道(LEO)运载能力达到25吨,太阳同步轨道(SSO)运载能力达到15吨,地球同步转移轨道(GTO)运载能力达到14吨。
1970年中国第一次成功发射人造卫星,标志着中国人独立自主地掌握了进入空间的能力。经过半个世纪的发展,中国长征系列运载火箭经历了由常温推进剂到低温推进剂、由末级一次启动到多次启动、从串联到并联、从一箭单星到一箭多星、从载物到载人的技术跨越,逐步发展成为由多种型号组成的大家族。具备进入低、中、高等多种轨道的能力,入轨精度达到了国际先进水平。
长征系列运载火箭共完成了4代运载火箭研制。
第一代:长征一号(CZ-1)、长征二号(CZ-2)为第一代。第一代根据战略武器型号改进而来,具有明显的战略武器型号特点,解决了我国运载火箭从无到有的问题,但其运载能力等总体性能偏低、使用维护性差、靶场测试发射周期长、采用模拟控制系统。第二代:长征二号丙系列(CZ-2C系列)、长征二号丁(CZ-2D)、长征三号(CZ-3)、长征二号E(CZ-2E)为第二代。第二代仍然带有战略武器型号的痕迹,在第一代火箭的基础上进行了技术改进;第二代火箭以原始状态CZ-2C火箭为基础改进,一、二级与CZ-2C火箭基本相同;采用有毒推进剂(四氧化二氮和偏二甲肼);采用了数字控制系统。第三代:长征二号F(CZ-2F)、长征三号甲系列(CZ-3A系列)、长征四号系列(CZ-4系列)为第三代。第三代在第二代基础上,持续开展可靠性增长和技术改进,采用系统级冗余的数字控制系统;增加了三子级,任务适应能力大大提高;或为满足载人航天任务需求,增加了故检和逃逸系统,其任务可靠性大大提高;简化了发射场测发流程,使用维护性能得到了提高。第四代:长征五号系列(CZ-5系列)、长征六号系列(CZ-6系列)、长征七号系列(CZ-7系列)、长征八号系列(CZ-8系列)、长征九号(CZ-9)、长征十一号系列(CZ-11系列)等为第四代。第四代采用无毒无污染推进剂,环境友好;采用全箭统一总线技术和先进的电气设备;最大运载能力得到了大幅提升。