中國(guó)通信衛(wèi)星“升級(jí)”路

齊岳峰+蘆垚

2015年10月7日12時(shí)13分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將1組“吉林一號(hào)”商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射升空

在中國(guó)通信衛(wèi)星歷史上，2016年是值得銘記的一年。

1月16日0時(shí)57分，白俄羅斯通信衛(wèi)星從群山掩映下的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心拔地而起，刺破深空。這標(biāo)志著中國(guó)航天邁出了開(kāi)拓歐洲市場(chǎng)、服務(wù)世界航天的第一步。

對(duì)于一個(gè)發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，走到打開(kāi)歐洲市場(chǎng)這一步，頗為不易。

“買星”“造星”之爭(zhēng)

1970年4月24日，“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星順利發(fā)射升空。

“東方紅一號(hào)”的成功發(fā)射，使中國(guó)成為繼蘇、美、法、日之后世界上第五個(gè)獨(dú)立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國(guó)家。這為中國(guó)發(fā)展實(shí)用衛(wèi)星奠定了基礎(chǔ)。

就在“東方紅一號(hào)”升空那年，已有發(fā)展實(shí)用衛(wèi)星的呼聲。

航天專家彭成榮回憶，早在1970年，以石油勘探企業(yè)為主的一些用戶就迫切提出衛(wèi)星通信的要求。由于衛(wèi)星通信具備傳播距離遠(yuǎn)，不受地形限制，可實(shí)現(xiàn)大面積廣播，通信容量大，信息傳輸質(zhì)量好，成本較低等特點(diǎn)，中國(guó)有關(guān)部門也提出發(fā)展衛(wèi)星通信的要求，以期盡早解決邊疆、海島、山村、沙漠等地區(qū)的通訊問(wèn)題。

1970年初，在調(diào)研國(guó)外通信衛(wèi)星資料的基礎(chǔ)上，中國(guó)空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星研制隊(duì)伍提出了通信衛(wèi)星總體方案設(shè)想，并于同年11月召開(kāi)了方案討論會(huì)。

不過(guò)，由于運(yùn)載火箭能力的限制和“文化大革命”的干擾，衛(wèi)星通信工程進(jìn)展十分緩慢。

兩年后的1972年，美國(guó)總統(tǒng)尼克松訪華，打破了新中國(guó)成立后中美相互隔絕的局面。當(dāng)時(shí)，在周恩來(lái)的直接安排下，中方特意租用了一顆國(guó)際通信衛(wèi)星，為隨行的美國(guó)記者提供服務(wù)，使得美國(guó)本土觀眾目睹了這一歷史性事件。

在此事過(guò)去后兩年，1974年6月，中國(guó)空間技術(shù)研究院組織召開(kāi)衛(wèi)星方案可行性討論會(huì)。

1975年3月31日，中央軍委審議通過(guò)了國(guó)家計(jì)委、國(guó)防科委提出的《關(guān)于發(fā)展衛(wèi)星通信問(wèn)題的報(bào)告》，黨中央和毛澤東主席很快批準(zhǔn)了這個(gè)報(bào)告，代號(hào)“331工程”的中國(guó)通信衛(wèi)星計(jì)劃正式開(kāi)始實(shí)施。

但在此之后，通信衛(wèi)星研發(fā)也并非一帆風(fēng)順。1981年開(kāi)始，一場(chǎng)“買星”還是“造星”的爭(zhēng)論開(kāi)始了。

“造星”派認(rèn)為，中國(guó)在核心領(lǐng)域、戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)方面應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持自主發(fā)展的道路，通信衛(wèi)星關(guān)乎國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈和空間安全，理應(yīng)把“國(guó)產(chǎn)”作為首選。

“買星”派則認(rèn)為，從價(jià)值規(guī)律出發(fā)，“租星”或“買星”來(lái)得快，還可能又好又便宜，因此當(dāng)然是解決國(guó)內(nèi)市場(chǎng)燃眉之急的捷徑，畢竟，全世界有170多個(gè)國(guó)家和地區(qū)利用衛(wèi)星通信，只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家有自己的通信衛(wèi)星。

雙方爭(zhēng)議持續(xù)幾年，“官司”一直打到了國(guó)務(wù)院。1986年3月7日，國(guó)家電子振興領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)議召開(kāi)，會(huì)議決定，要依靠中國(guó)自己的力量研制新一代通信廣播衛(wèi)星。

這意味著，航天人必須在技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、設(shè)施條件差的情況下邁出一大步，趕上20世紀(jì)80年代通信衛(wèi)星的國(guó)際水平。

在中國(guó)空間技術(shù)研究院各個(gè)研究室、車間里，研制工作緊張地開(kāi)始了。

賈立地、李婷夫婦站在甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心“東方紅一號(hào)”發(fā)射塔架下。同在國(guó)防科大獲得博士學(xué)位的賈立德和李婷畢業(yè)后來(lái)到西北風(fēng)呼嘯的航天城，投身國(guó)家航天事業(yè)第一線

此后，用了8年時(shí)間，中國(guó)航天人解決了上百個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，啃下了硬骨頭課題11項(xiàng)，完成了衛(wèi)星七大系統(tǒng)的研制工作、總裝和發(fā)射前的各項(xiàng)檢測(cè)和地面試驗(yàn)。如果把衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)部下發(fā)到各分系統(tǒng)的任務(wù)書摞在一起，相當(dāng)于一堵2米多高的書墻。

上萬(wàn)公里外的“退燒”治療

1983年8月，通信衛(wèi)星工程的五大系統(tǒng)即運(yùn)載火箭、通信衛(wèi)星、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控通信及地面應(yīng)用站已完成配套建設(shè)，基本具備了通信衛(wèi)星發(fā)射試驗(yàn)的條件，完成總裝測(cè)試的衛(wèi)星和運(yùn)載火箭也相繼運(yùn)抵西昌衛(wèi)星發(fā)射中心。

1984年1月5日清晨，運(yùn)輸衛(wèi)星的特種車穩(wěn)穩(wěn)地停靠在高高的發(fā)射塔架前，在發(fā)射人員的操作下，衛(wèi)星被緩緩吊起，裝配在運(yùn)載火箭頂部。

1月26日16時(shí)15分，衛(wèi)星完成了發(fā)射場(chǎng)的各項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)，發(fā)射倒計(jì)時(shí)程序進(jìn)入5小時(shí)準(zhǔn)備。

不料，發(fā)射人員按照測(cè)試規(guī)定對(duì)火箭進(jìn)行第二次功能檢查時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)火箭穩(wěn)定系統(tǒng)的一個(gè)信號(hào)超出正常值。這一異常發(fā)現(xiàn)打亂了正常程序，發(fā)射立即中止。

經(jīng)判定，問(wèn)題來(lái)自陀螺平臺(tái)功能性故障。陀螺平臺(tái)是火箭的心臟，發(fā)射指揮部決定更換陀螺平臺(tái)，改日發(fā)射。

經(jīng)過(guò)調(diào)試，1984年1月29日，第一枚長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭載著試驗(yàn)通信衛(wèi)星從發(fā)射臺(tái)上騰空而起，飛向太空。這是西昌衛(wèi)星發(fā)射中心首次進(jìn)行衛(wèi)星發(fā)射。

但這顆衛(wèi)星沒(méi)有被送入預(yù)定軌道，無(wú)法正常工作。

西安衛(wèi)星測(cè)控中心隨即實(shí)施應(yīng)急方案，決定在衛(wèi)星運(yùn)行第13圈時(shí)實(shí)施星上遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。經(jīng)過(guò)短時(shí)間的精心準(zhǔn)備，上述方案成功實(shí)施，衛(wèi)星由近地軌道變?yōu)榇髾E圓軌道。盡管無(wú)法再作為近地同步衛(wèi)星使用，但是衛(wèi)星被挽回了。

1984年4月8日，第二枚長(zhǎng)征三號(hào)運(yùn)載火箭載著新的試驗(yàn)通信衛(wèi)星再行組織發(fā)射。

正當(dāng)這顆衛(wèi)星進(jìn)入地球準(zhǔn)同步軌道向預(yù)定位置漂移的時(shí)候，西安衛(wèi)星測(cè)控中心發(fā)現(xiàn)，裝在衛(wèi)星上的鎘鎳電池溫度超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)的上限值，并且還有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。遙測(cè)數(shù)據(jù)顯示，衛(wèi)星的外殼和其他部分儀器的溫度也偏高，如果控制不住，溫度繼續(xù)升高，剛剛發(fā)射成功的衛(wèi)星可能報(bào)廢。

一場(chǎng)上萬(wàn)公里外的遠(yuǎn)程“退燒”治療立即展開(kāi)。地面人員迅速實(shí)施技術(shù)操作，新指令發(fā)出后，衛(wèi)星溫度停止上升，然后一點(diǎn)一點(diǎn)地回落，蓄電池?zé)崾Э貑?wèn)題被解決了。

西安衛(wèi)星測(cè)控中心對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)再次調(diào)整后，驗(yàn)證了這一措施的正確性，保證了衛(wèi)星定點(diǎn)和長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，衛(wèi)星終于化險(xiǎn)為夷。

4月16日18時(shí)28分，衛(wèi)星準(zhǔn)確定點(diǎn)于東經(jīng)125度赤道上空的地球靜止軌道，中國(guó)擁有了自己的第一顆通信衛(wèi)星。

至此，繼美國(guó)、蘇聯(lián)、歐空局和日本之后，中國(guó)也掌握了研制和發(fā)射靜止軌道衛(wèi)星的技術(shù)。

“升級(jí)”的“東方紅三號(hào)”

在“東方紅二號(hào)”發(fā)射成功之后，1988年、1990年，中國(guó)還先后發(fā)射了兩顆“東方紅二號(hào)”甲通信衛(wèi)星。這3顆衛(wèi)星的在軌服務(wù)，大大改變了邊遠(yuǎn)地區(qū)收視難、通信難的狀況。

不過(guò)，設(shè)計(jì)壽命為4.5年的“東方紅二號(hào)”，以及“東方紅二號(hào)”甲通信衛(wèi)星在幾年后先后退役。

事實(shí)上，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，此前的“東方紅二號(hào)”，其性能亦無(wú)法滿足市場(chǎng)的需求。作為“繼任者”的“東方紅三號(hào)”，隨后登上歷史舞臺(tái)。

“東方紅三號(hào)”的發(fā)射也有不少坎坷。

1994年11月30日，“東方紅三號(hào)”發(fā)射升空，但因?yàn)樾l(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)燃料泄漏、推力下降，“東方紅三號(hào)”未能在預(yù)定軌道定點(diǎn)，無(wú)法正確傳輸通信信號(hào)，從而成為了一顆“流星”。

兩年后的1997年，第二顆“東方紅三號(hào)”出廠了，大家習(xí)慣稱它為東方紅三號(hào)02星。

“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星（左）“東方紅二號(hào)”衛(wèi)星模型（右）

1997年5月12日零時(shí)17分，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心試驗(yàn)靶場(chǎng)上，準(zhǔn)備就緒的東方紅三號(hào)02星靜靜地安置在長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭頂端。

不久，隨著發(fā)射指揮員一聲令下，發(fā)射按鈕被按下，“東方紅三號(hào)”順利升空。當(dāng)天下午4時(shí)11分，星上遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了第一次點(diǎn)火，變軌成功。此后，再經(jīng)過(guò)兩次變軌，四天之后，衛(wèi)星進(jìn)入地球準(zhǔn)同步軌道。

東方紅三號(hào)通信衛(wèi)星的研制和發(fā)射成功，標(biāo)志著中國(guó)通信衛(wèi)星技術(shù)跨上了一個(gè)新臺(tái)階。

首先，衛(wèi)星功能更強(qiáng)。和只有4個(gè)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，主要用于遠(yuǎn)距電視傳輸?shù)摹皷|方紅二號(hào)”不同，“東方紅三號(hào)”配置了24臺(tái)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，其功率也大大增加，其中6臺(tái)中功率轉(zhuǎn)發(fā)器用于傳輸電視，其余18臺(tái)低功率轉(zhuǎn)發(fā)器，主要用于電視傳輸、電話、電報(bào)、傳真、廣播和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)。

其次，覆蓋區(qū)域更廣?！皷|方紅三號(hào)”的主服務(wù)區(qū)覆蓋了中國(guó)大陸、海南、臺(tái)灣及近海島嶼的所有地區(qū)。

性能大大“升級(jí)”的“東方紅三號(hào)”衛(wèi)星，極大緩解了中國(guó)衛(wèi)星通信的緊張狀況。這顆衛(wèi)星也是中國(guó)第一顆面向全社會(huì)的民用衛(wèi)星，星載24路轉(zhuǎn)發(fā)器全部投入使用。

值得提及的是，“東方紅三號(hào)”為中國(guó)航天事業(yè)提供了一個(gè)高可靠的通信衛(wèi)星平臺(tái)。今天，利用該平臺(tái)，中國(guó)航天人已經(jīng)研制發(fā)射了數(shù)十顆通信衛(wèi)星，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、嫦娥一號(hào)和二號(hào)月球探測(cè)衛(wèi)星等都是在東方紅三號(hào)衛(wèi)星公用平臺(tái)基礎(chǔ)上創(chuàng)新研制開(kāi)發(fā)的。

“東四”打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)大門

不過(guò)，東方紅三號(hào)衛(wèi)星只占有國(guó)內(nèi)民用市場(chǎng)的一小部分，遠(yuǎn)不能滿足衛(wèi)星直播通信的業(yè)務(wù)需求。在其服役期間，20世紀(jì)90年代后期，正是中國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的階段，中國(guó)對(duì)衛(wèi)星通信的需求出現(xiàn)了一個(gè)高潮，國(guó)內(nèi)衛(wèi)星水平和運(yùn)營(yíng)規(guī)模已不能滿足業(yè)務(wù)需求。國(guó)內(nèi)相繼成立衛(wèi)星公司，購(gòu)買外國(guó)通信衛(wèi)星，經(jīng)營(yíng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)成為普遍現(xiàn)象。

而進(jìn)入21世紀(jì)后，先期購(gòu)買的衛(wèi)星工作壽命相繼將要結(jié)束，又一次面臨新衛(wèi)星接替的關(guān)鍵時(shí)期。

“東方紅四號(hào)”在此時(shí)期應(yīng)運(yùn)而生。

要滿足當(dāng)時(shí)激增的市場(chǎng)需求，這意味著，“東四”要在“東三”的基礎(chǔ)上，整體技術(shù)難度連上幾個(gè)臺(tái)階。

輸出功率、載重量、使用壽命是衡量一個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)性能好壞的最為重要的三個(gè)指標(biāo)。

“東四”平臺(tái)研制團(tuán)隊(duì)毫不猶豫瞄準(zhǔn)了1萬(wàn)瓦輸出功率，600～800公斤有效載荷、15年設(shè)計(jì)壽命的國(guó)際先進(jìn)水平。與之相比，東方紅三號(hào)平臺(tái)的輸出功率只有1700瓦，有效載荷是200公斤，設(shè)計(jì)壽命為8年。

要做到這一點(diǎn)并不容易。

以一萬(wàn)瓦輸出功率為例。如果繼續(xù)保持“東三”平臺(tái)40伏的電壓，電流就會(huì)很大，這樣一來(lái)，整個(gè)平臺(tái)的發(fā)熱量就會(huì)非常高。而如果提高電壓，電流就會(huì)變小，發(fā)熱量也會(huì)降低。但是，要提高電壓，一方面對(duì)平臺(tái)產(chǎn)品的選用標(biāo)準(zhǔn)更為苛刻，另外一方面，在空間環(huán)境下，高電壓很容易使太陽(yáng)能電池出現(xiàn)打火放電的現(xiàn)象。

面對(duì)這種情況，研制團(tuán)隊(duì)一方面組織研制生產(chǎn)適應(yīng)高壓、大電流工況的新器件，同時(shí)反復(fù)試驗(yàn)，比對(duì)不同電壓下熱耗和技術(shù)難度的利弊，摸索著最優(yōu)值。從40伏到100伏，每一個(gè)電壓值，就意味著研制團(tuán)隊(duì)要進(jìn)行大量的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)比對(duì)，經(jīng)過(guò)數(shù)千次的反復(fù)試驗(yàn)，研制團(tuán)隊(duì)選中了與平臺(tái)最為合適的電壓值。接下來(lái)，經(jīng)過(guò)大小近百次的模擬演練，團(tuán)隊(duì)最終敲定了采取變換傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板串行走線方式等方法，破解了大功率輸電這個(gè)世界級(jí)難題。

“‘東四平臺(tái)具有長(zhǎng)壽命、高可靠、大容量、大功率、高母線電壓等技術(shù)特點(diǎn)，平臺(tái)能力和整星技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)外同類衛(wèi)星先進(jìn)水平，其中在衛(wèi)星姿態(tài)控制精度、電源母線特性、項(xiàng)目研制周期等方面已處于國(guó)際領(lǐng)先水平 ?！薄皷|四”平臺(tái)總設(shè)計(jì)師周志成告訴《瞭望東方周刊》。

憑借高性能的“東四”平臺(tái)，中國(guó)航天不僅一舉扭轉(zhuǎn)了中國(guó)通信衛(wèi)星長(zhǎng)期依賴進(jìn)口、受制于人的被動(dòng)局面，更是開(kāi)啟了國(guó)際商業(yè)通信衛(wèi)星市場(chǎng)大門。

自2004年尼星一號(hào)實(shí)現(xiàn)整星出口零的突破以來(lái)，“東四”平臺(tái)成功進(jìn)入了國(guó)際市場(chǎng)并逐步獲得了市場(chǎng)和客戶的認(rèn)可，迄今為止已經(jīng)取得了13個(gè)國(guó)外客戶訂單，客戶遍及除北美外的所有地區(qū)，已完成委內(nèi)瑞拉一號(hào)、尼日利亞IR、巴基斯坦IR、玻利維亞一號(hào)等8星的履約，2星正執(zhí)行履約。

1991年5月，科技人員在衛(wèi)星發(fā)射塔上，對(duì)即將發(fā)射上天的返回式技術(shù)探測(cè)衛(wèi)星進(jìn)行最后的檢測(cè)和處理

至今，“東四”依然是中國(guó)航天競(jìng)爭(zhēng)國(guó)際商業(yè)衛(wèi)星市場(chǎng)的主力平臺(tái)，承擔(dān)著中國(guó)航天每年出口2～3顆國(guó)際衛(wèi)星，達(dá)到10%的國(guó)際市場(chǎng)占有率的重任。

而為了適應(yīng)市場(chǎng)需要，“東四”S平臺(tái)、“東四”增強(qiáng)型平臺(tái)、東方紅五號(hào)平臺(tái)等相繼問(wèn)世，中國(guó)通信衛(wèi)星平臺(tái)的大家族正不斷壯大。（本文部分內(nèi)容參考王建蒙《奔月》一書）