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回顾331工程——国卫星通信工程发展 明灯玉宇傲苍穹
    日期:2004/04/07    字体:【】【】【
331工程,即我国卫星通信工程。在第一颗人造地球卫星发射成功之后,我国就开始对卫星通信进行探索性的研究工作。1975年2月,国家计委和国防科委联合向中共中央、中央军委提出《关于发展我国卫星通信问题的报告》。当年3月31日,中央军委讨论了此报告,不久,上述报告得到了党中央和毛主席的批准,我国卫星通信工程上马,由此该工程被称为“331工程”。该工程的实施,是中国航天技术从试验走向应用的重要标志,大大推进了我国应用卫星和卫星应用的进程。
  
  中国航天报 记者 杨振荣
  2004年4月,“331工程”成功20周年之际,记者有幸在航天科技集团公司高级顾问的办公室见到了工程总设计师任新民。已是89岁高龄的他,仍然同以前一样,身影还是不断出现在航天的各种论证会、发射场甚至生产一线。作为新中国第一代航天专家,任新民集中国第一代液体火箭、中国第一代通信卫星工程、中国第一代气象卫星工程的总师于一身。从这多个“第一代”我们不难想到,任总所从事的工作是多么具有开创性;而从这多个不同的总师“头衔”我们也不难想到,他所涉及的领域,是怎样一个庞大的系统工程。“331工程”正是这样一个工程。
  1975年,中央军委常委审议通过了国家计委、国防科工委提出的《关于发展中国卫星通信问题的报告》,这份报告最终以毛泽东主席的亲笔圈定而尘埃落定。因为毛泽东主席并没有在报告上留下日期,该工程就以中央军委常委审议通过的时间——3月31日命名了。虽然当时“文革”还没有最终结束,对工程最初的影响还没有完全消失,但毕竟已在逐渐退出历史舞台。而任新民则随着工程的拉开帷幕而走到台前,虽然荆棘满地,他已默默开始了耕耘。
  开工程总师制度之先
  1975年,中国的航天事业虽然已取得一定成绩,也积累了部分经验,但面对“331”这样庞大纷繁的工程,还是第一次。该工程包括五个全新系统的工作:东方红二号卫星的研制,其中包括通信转发器和天线;地面通信接收和发送站的建设和设备的研制;长征三号运载火箭的研制;微波统一载波测控系统地面站的建设和设备的研制;低纬度靶场的建设,要具备发射液氢、液氧发动机火箭的能力。
  在“331工程”之前,航天科研领域只有“技术负责人”而没有“工程总设计师”。为了加快工程的研制工作,“331工程”创造性地设立了“工程设计师系统”,开创了航天领域的“卫星工程总设计师”制度。德高艺精的任新民成了国防科工委选定技术“抓总”的最适合人选,被任命为卫星通信工程总设计师,全面负责五大系统工作;孙家栋、戚发轫分别任试验通信卫星总设计师和副总设计师。该工程中“工程总师”制度的开创,比过去的“技术负责人”制更能适应航天系统工程的要求,无疑是航天系统工程在工作方法上的重大改进,工程总师制度也一直沿用至今。从这个意义上来讲,任新民可谓中国航天“工程总师”第一人。
  “331工程”的五大系统都是具有挑战性的课题,都有失败的风险,担任工程总师的任新民,其工作千头万绪,异常繁重。任新民不仅要领导长征三号运载火箭和东方红二号通信卫星的研制,负责五大系统的技术协调和对重大技术问题进行决策,还亲自领导和参与了五大系统重大技术关键的攻关与决策,在研制过程中,各系统都出现了各种技术上的难题。任新民虽然分身乏术,但还是事必躬亲,坚持“自己跑”,他断然否定了有人提出的成立一个“工程总师办公室”的建议。任新民虽然很想把肩上的担子分给别人以换来自己片刻的喘息,但是这样做的结果很可能就是延缓工程的进展。在他看来,“总师”的使命就是承担重任。
  攻克世界性难题
  在“331工程”遇到的各种技术难题中,长征三号运载火箭的第三级系统的问题是最大的一块“硬骨头”。在运载火箭系统的研制中,争议最大的就是第三级是采用偏二甲肼和四氧化二氮常规推进剂,还是采用液氢和液氧低温高能推进剂。在两个技术方案的论证中,任新民申明了自己的见解:“尽管氢氧方案的关键技术多,难度比较大,工作量大,研制周期长,但能提高运载能力,又是今后航天技术发展所需要的,这个台阶迟早得上。而且我们已经具备了初步的技术条件和设施设备条件,经过努力可以突破这一技术关键。”经过他的力争,最终敲定使用氢氧发动机。
  1984年4月8日,改进后的长征三号运载火箭圆满地完成了任务,说明我国已具备发射地球同步轨道卫星的能力和条件,中国成为世界上第三个掌握氢氧发动机火箭技术的国家。与此同时,工程五大系统各个方面都取得了可喜的进步:卫星通信技术也开始迈向世界水平,地球静止轨道卫星的发射与测控技术大幅度提高,低纬度靶场的建设也获得成功,在这些成功的背后,在解决这些问题和克服这些困难中,“331工程”积累了宝贵经验,为我国航天事业又留存了一份宝贵财富。
  
  中国航天报 记者 杨建
  我国第一颗试验通信卫星发射成功20周年纪念日前夕,记者前往中国运载火箭技术研究院,采访了当时承担发射任务的长征三号运载火箭的总设计师谢光选院士。
  “‘长征三号’的使命,是把通信卫星送到36000公里高的地球同步转移轨道上去。这个使命对于当时我们国家的火箭技术来说,是很不容易做到的,需要攻克许多难关。”已经82岁高龄的谢总精神很好,谈起“长征三号”来兴致勃勃。
  谢总细数了“长征三号”研制中攻克的三大难关:低温氢氧发动机技术、氢氧发动机二次启动技术、抑制全箭纵向耦合振动技术。
  1978年1月,谢光选受命担任长征三号运载火箭总设计师。总设计师系统对设计方案进行了充分的科学论证,决定第一、二级火箭采用“长征二号”的常规推进剂,第三级采用具有二次启动能力的新型氢氧发动机。
  液氢、液氧是高能、无毒、无污染、无腐蚀的推进剂。这种推进剂的好处很多,首先是高能,能量比普通推进剂高出50%;其次是无毒、无污染、无腐蚀,有利于环境保护。但是,它同样也存在缺点,就是沸点低、密度小,易燃易爆。液氢、液氧的沸点温度非常之低,液氢的沸点温度是-253℃,液氧的沸点温度是-183℃。这种要求一般只有在试验室里才能实现。因此,它给研制工作带来了一大堆的问题,如容器材料问题、制造问题、运输问题等等。为了解决低温给氢氧发动机和贮箱结构设计等方面带来的技术问题,总设计师系统会同有关单位组织技术攻关。从1976年秋到1980年底,703所、510所和北京市的有关单位,克服物质技术条件差的困难,实测到部分金属和非金属材料在液氢中的几千个力学和物理学参数,为氢氧发动机和贮箱的选材、设计和工艺制造提供了重要依据。1983年4月,全尺寸贮箱低温综合试验取得圆满成功。低温工艺的突破,为长征三号运载火箭第三级结构的研制打下了基础。
  谢总介绍说,按照设计方案,长征三号运载火箭从西昌卫星发射中心起飞,一、二级发动机工作结束后,三级液氧液氢发动机第一次工作,将卫星送入停泊轨道,而后再次点燃液氧液氢发动机,使卫星进入远地点高度约36000公里、近地点高度约400公里的地球同步转移轨道。第二次启动氢氧发动机是在高真空度和失重场的环境下进行的,这种环境给发动机带来的困难是难以想象的,因此最初设计的方案存在一些缺陷。1984年1月29日,“长征三号”第一次在西昌发射,第二次启动氢氧发动机点火后推力突然消失,未将卫星送入预定轨道,但研制人员从遥测和外测所得到的参数中获得了重要成果。针对出现的问题,总设计师系统进行了大量分析、计算和试验,找到了故障原因,制订了排除方案,以最快的速度组织了第二枚火箭的发射。70天后的4月8日,长征三号运载火箭发射圆满成功。
  如何有效地抑制纵向耦合振动,是长征三号运载火箭研制人员面临的又一个大难题。“长三”箭体长,结构纵向振动固有频率较低,而且与推进剂输送系统的固有频率相近,极可能产生不稳定的自激振动。这种振动,轻则使惯性仪表精度下降,重则造成局部结构破坏,导致飞行失败。经过多次试验和理论分析,研制人员采取在火箭第一、二级氧化剂系统安装蓄压器措施,有效地解决了这一难题。
  “那时候航天人收入不高,可是干劲都很大。”回忆起二十多年前为“331工程”而奋力拼搏的日日夜夜,谢总感慨万千:“那时的西昌发射中心刚刚启用,条件很差,试验队员们住的是简陋的平房,房内连厕所也没有,夜间男同志还好办,女同志可就难了。可是大家没有怨言,工作热情很高,因为大家知道我们干的是一项伟大的工程,对未来航天的发展有重大意义。就是在这样的条件下,我们创造了航天领域的一项世界第二、一项世界第三,即:我国是继美国之后第二个掌握在失重场高真空度环境下二次启动氢氧发动机技术的国家;是继美国、欧空局之后第三个使用氢氧发动机的国家。”
  
  中国航天报 记者 周武
  “1984年4月8日,我永远记得这个日子,卫星通信技术正是在这一天开始进入了中国的千家万户。”正在参加中国航天科技集团科技委年会的戚发轫院士对记者讲述了20年前的那段历史。当时,“331工程”的总设计师是任新民,东方红二号通信卫星总设计师是孙家栋,开始为卫星副总设计师的戚发轫后来接替孙家栋成为卫星总设计师和工程副总师。
  中国出现第一批长寿命卫星
  1984年4月8日,中国自行研制的长征三号运载火箭,成功地将东方红二号通信卫星送入36000公里的地球同步转移轨道,卫星定点在东经125°。
  戚院士说,“中国卫星通信工程”是起点晚,但起步高。东方红二号采取自旋稳定方式,相当于第三代国际通信卫星的水平。1986年,我国又成功发射了第二颗通信东方红二号通信卫星,它将第一颗卫星采用的全球波束改为国内波束,从而地面接收天线可以从10米降低到3米~5米,更有利于应用。1988年,东方红二号甲通信卫星发射成功,卫星性能进一步提高,转发器从2个变成4个,功率由8瓦变成10瓦。这些数字看起来非常简单,而航天科技人员付出了大量的辛勤劳动。
  由于卫星和火箭都是新的,在研制中出现了大量的问题。在星箭联试时,卫星和火箭曾出现了频率耦合的问题。为了模拟天地联试,科技人员还在北京百望山山顶建了一个高塔,将卫星模拟器放在上面与测控站进行联试。东方红二号是我国第一颗长寿命的应用卫星,设计寿命为3年,我国当时的电子元器件固有可靠性不能满足要求,而国外对我国实行封锁,空间技术研究院的人员只好对所有的配套元器件进行全过程监造和验收,并通过老化筛选,剔除不合格产品,将这些元器件的使用可靠性从3级提高到6级,有的甚至更高,最终筛选出了东方红二号通信卫星上使用的几万个元器件,使卫星寿命达到5年~6年。
  为了防止出现新的问题,在卫星发射成功后,许多机电产品的试验仍在地面同步进行。戚院士说,当时甚至采取了许多“笨”办法,为了保证东方红二号上至关重要的消旋组件连续工作3年以上,该组件被放在真空罐中做了几年的实验。504所承担的卫星有效载荷也在地面连续不间断地通电3年,进行对比实验。这些都为以后长寿命的卫星研制打下了坚实的基础。东方红二号和东方红二号甲通信卫星共有5颗定点成功,投入使用。
  卫星通信进入中国千家万户
  在我国通信卫星上天前,我国的电视完全靠微波一站一站地接力传输,信号衰减严重,抗干扰能力差,影音效果特别不好。说得形象点就是在播放京剧样板戏《红灯记》时,观众都分不出哪一个是李玉和,哪一个是李奶奶。全国当时的电视覆盖率为38%,电视机卖不出去,出现大量积压,人们文化生活质量很差。东方红二号成功定点后,相当于将电视转播塔架到了36000公里的高空,通过地面天线接收,广播电视可以实现全国覆盖,全国人民都可以收看中央电视台的节目了。在看完电视台播放的清晰的“五一”劳动节特别节目后,老百姓开始抢购电视机——为收看国庆35周年在北京举行的盛大阅兵仪式,一时间,电视机被抢购一空,全国电视普及率上升到80%多。卫星地面接收天线也供不应求,许多安装人员都变成了当时人人羡慕的“万元户”。
  戚院士告诉记者,国家为该工程共投资10亿元,当时全国有10亿人口,相当于每人拿出1元钱来搞这个工程。而卫星发射成功带来的效益却不可估量。东方红二号通信卫星的发射成功是中国航天技术从试验走向应用的重要标志。从此卫星通信技术开始进入千家万户。
  
  
  
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