中国第一颗卫星
我国的面积是多少。海洋面积包含哪些地区?海岸线有多远。在1960年代,人们对这些问题的回答很暧昧,但是必须尽快弄清楚。虽然远程感测卫星是最可靠的路线,但是由于技术有限,所以卫星必须利用背景来拍摄高清照片。也就是说,卫星拍摄完照片后,回到地面后,可以冲洗照片进行分析。这是返回式卫星。
中国首个返回式卫星
当时,只有美苏两国发射和回收成功返回式卫星,这项技术成为了他们争夺空间霸权、进行战略侦查、获得各种情报的主要手段。为了保护国土安全,中国打破了这种大国垄断的局面,同时为载人航天事业奠定了基础,于是返回式卫星的研究工作被批准正式启动。
返回式卫星的“工作价值”?
当时,中国第一颗人造卫星“东方红”1号顺利发射,但是返回式卫星一直很复杂,美国在1970年代返回式卫星发射回收的失败率也只有1/3左右。那么,开发返回式卫星到底哪里难呢。返回式卫星我是怎么爬回来的?
返回舱着陆
简单来说,开发的难点包括调整卫星返回路线、防热、着陆、探索等。
首先,卫星返回必须设定预先设计的反馈程序,在“返乡”之前,卫星必须调整飞行状态,脱离原来的运行轨道。调整角度太大的话,卫星直接进入大气层,巨大的空气阻力温度太高。角度太小的话,卫星就离不开轨道。
接着,卫星在着陆过程中必须摩擦产生热量。因此,为了防止高温损伤,需要选择返回舱特殊的耐高温材料。
再次,卫星返回地面需要较长的运行区间,地球不断地自转、公转,使卫星返回地面的运动路线更加复杂,因此必须构筑广范围、多功能的地面测量控制网,在全过程中追踪卫星的运行。
最后,在卫星返回过程中,离地面一定距离时必须减速,因此需要借助减速伞。在这个过程中,降落伞打开的时间非常重要,决定卫星是否能安全着陆。降落伞打开的时间也需要提前设定。
总之,返回式卫星不仅技术要求高,开发成本也高,所以大部分卫星都没有设定返回程序。面对资金不足、技术空白的局面,当时的中国科研人员是如何开发出第一个返回式卫星的呢。
业余时间的本职工作
1966年,我国首次正式开始了返回式卫星开发。但是,当时文革,正常的工作秩序被破坏,研究小组的工作也不例外。另外,在技术上,当时没有公布的正确的卫星返回轨道计算方法、没有恰当的卫星制造方法耐高温材料、没有用于监视卫星的地面测量控制网等,科学研究人员也面临着困难。
但是,科学研究者们并不气馁,每个人都有“兵挡水挡土”的气势。文革期间,科学研究者白天被“革命”安排,晚上来工作!在那些日子里,科研人员们总是选择灯光夜战,到了晚上1点或2点也不舍地离开办公室。在这样的困难条件下,经过一年多的努力,研究小组提出了返回式卫星的总体方案的论证报告,确定了卫星的外形和内部结构。
工作时间可以解决,技术问题也可以解决。卫星结构确定后,科研人员开始攻克返回式卫星关键技术难关,其中“后退”是关键技术之一。当时,中国对准确的卫星返回轨道的计算方法一无所知。面对这个卡脖子难题,科研人员很烦恼,但他们选择去迎接难关,没有现成的资料,去创造资料!经过无数日夜的奋斗,利用导弹的正确性运动方程和返回式卫星返回舱的气动特性,勉强导出了算法。
运送第一个粒子返回式卫星长征二号运载火箭站在酒泉卫星发射场孙家克摄影)上。
卫星能返回,还保证能安全返回,重点是防热。在卫星返回地面的过程中,由于摩擦,温度达到了2、3千度。但是当时,国内没有适合制造卫星的耐高温材料。开发工作一度陷入停滞状态。但是,科研人员并没有放弃,在那之后的几个月里,他们不断地进行论证和试验,最终提出了大胆的构想。返回舱在表面涂上保护层。这样的保护层的材料,就像人流汗夺走身体的热量一样,燃烧时也可以退烧,可以保护人不被烧毁返回舱。经过风洞再生试验和材料的消融试验等许多试验,科学研究人员终于筛选出了高分子聚合材料。
卫星设计,难点技术解决,那么地上控制人员怎么知道卫星在天上的状态,怎么告诉卫星该回家呢?这个需要构筑地面测量控制网。1972年,几支技术小分队被派往山东莱阳、湖南新化、西藏拉萨、新疆喀什等地,设立了卫星追踪遥测站。几年来,他们在风口浪尖上建立了4个固定站和2个活动站。车站建成后,技术人员需要乘坐飞机在遥测站接收信号,测试发送情况。当时备有苏制伊尔14飞机。这架飞机没有空调,只能依靠发动机的温度暖气。飞机飞到高空后,发动机提供的热量不足以御寒。大家只能用棉大衣忍受冻结。尽管经历了困难,负责远程检测站的技术人员还是完成了任务。随着各站点测试合格,中国基本建立了近地卫星检测控制网。
风雨之后看见彩虹
尽管面临了很多困难,但是一切看起来都很顺利。1974年11月5日,中国首次飞行实验用返回式卫星的发射准备!
但是,大家兴奋的心情立刻被泼了冷水--卫星回收室没有供电。此时距离火箭点火还不到3分钟。在这个关键时刻,工作人员不顾危险,迅速爬上了几十米的发射塔,用人工操作排除了故障。运载火箭带着这个卫星终于发射了,仅仅20秒后,运载火箭突然像醉鬼一样失去控制,摇摇晃晃,最后在距离发射台300米左右的地方粉碎了。。。
对于参加这颗卫星开发的所有人来说,这无疑是沉重的打击,但大家并不灰心。他们全面测试了卫星和火箭的数十万个零件,采取了有效的安全保障措施。仅仅一年后的1975年11月26日,中国首个返回式卫星火箭再次耸立在酒泉发射中心发射台上。这次不让大家失望,点上火8分钟后,星矢成功分离,大家欢呼,第一个返回式卫星终于被送进了天空。
有必要使卫星成功发射到天上,并安全返回。这个任务可以说是成功了。根据计划,卫星发射3天后返回地球。快到最后一天中午了,卫星按照指令调整姿势,进入大气层,回家了!地面控制中心正要打开降落伞的时候,因为突然的问题而忙不过来。两台控制计算机“观点”不统一,一台判断出命令,另一台切断命令。
轨道计算组长祁思禹监视卫星远程测量数据
此时,卫星正在高速地落到地面上,指令延迟1分钟,落下点偏离8公里,反馈点的速度方向角偏离1次,落下点偏离300公里。轨道计算组迅速计算数据,最后坚决发出指令。当时,卫星只剩下15秒就“出国”了,如果控制指令发送晚了,卫星就会落到其他国家境内。中国第一次返回式卫星回家成功了!返回舱没有掉落,胶片也保存着!
至此,中国成为继美国、苏联之后世界第三掌握卫星归还技术的国家。40多年来,我国基本上每年以一个速度发射返回式卫星,在返回式卫星的基础上,神州载人宇宙飞船不仅可以把中国的宇航员送到宇宙,并能把他们安全带回地球,不仅到了嫦娥五号月又带回了“土特产”。其中凝聚了世世代代宇宙科学研究人员的付出,体现了中国科学研究人员艰苦奋斗、面对困难不屈服、勇于进取的精神。