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孙家栋与中国第一颗人造地球卫星

2020-8-2 06:45| 发布者: 科技汇| 查看: 193| 评论: 0|原作者: 王建蒙

摘要:   今年是中国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功50周年,恰逢中国第一颗人造地球卫星技术总负责人孙家栋刚刚度过91岁人生年轮,这位航天战略科学家是中国科学院院士,中国“两弹一星”功勋奖章、中国科学技 ...

  今年是中国第一颗人造地球卫星“东方红1号”发射成功50周年,恰逢中国第一颗人造地球卫星技术总负责人孙家栋刚刚度过91岁人生年轮,这位航天战略科学家是中国科学院院士,中国“两弹一星”功勋奖章、中国科学技术最高奖励、中国改革开放四十年先锋称号和中国建国70周年国家勋章获得者。共和国把一个个国家最高荣誉授予孙家栋,是因为他几十年如一日以中国航天事业为己任,把祖国的需要为奋斗、拼搏目标。从“东方红一号”在九天之外向世界宣告——历史悠久的中华民族跨进太空时代起,孙家栋追星逐月,与中国卫星发展结下不解之缘。孙家栋曾动情地说:“我的心愿就是造一辈子中国的星。”

  上得去、抓得住、听得清、看得见

  1967年7月29日午后,正是北京最炎热的盛夏,骄阳似火。已经是导弹设计主任的孙家栋正在伏案审核导弹设计图纸,汗流浃背的孙家栋为了不让头上的汗珠流下来,他用一条毛巾围在脖子上,爬在图版上逐项查验。

  这时,国防科委一位同志驱车直接来到位于北京南苑,现在的运载火箭技术研究院孙家栋的办公室对孙家栋说:“我是国防科委的汪永肃参谋,组织上派我来向你传达上级的指示。国家将要开展人造卫星方面的研究,为了保证人造卫星研制工作能够顺利进行,中央已确定组建空间技术研究院,由钱学森担任院长,钱学森向聂荣臻元帅推荐了你,根据聂老总的指示,上级决定调你去负责我国第一颗人造地球卫星的总体设计工作。”

  1950年孙家栋是当日决定、当日入伍,17年后又是当日由搞导弹转入搞卫星,人生的转折来的是如此迅速。

  国防科委在技术系统充分论证的基础上,于1967年12月组织召开了“东方红一号”卫星方案论证协调会,会议决定:中国第一颗人造卫星命名为“东方红一号”;卫星总体目标抽象而通俗地概括为12字,即“上得去、抓得住、听得清、看得见”;确定中国的第一颗人造卫星的科学水平和技术指标都要高于苏联、美国第一颗卫星。

  总体技术目标确定后,需要对大量没有论证清楚的问题进行逐一落实。当时,航天系统还没有建立总设计师制度,当时的技术总负责人就相当于现在的总设计师。作为卫星技术总负责人的孙家栋,他大胆地提出对原来的卫星方案进行简化,充分发挥技术人员的聪明才智和积极性,说服了一些老专家,把卫星研制计划分为两步走,先用最短的时间实现卫星上天,在解决了有无问题的基础上,再研制带有探测功能的工程应用卫星。由此,确定“东方红一号”卫星由结构、热控、电源、短波遥测、跟踪、无线电和《东方红》乐音装置以及姿态测量部件组成,总质量控制在173公斤,直径1米,外形为近似圆球的72面体,采用自旋稳定方式在空间运行。另外,在末级火箭上设置了“观测裙”,以提高其在空间运行时的亮度,使人们不仅能听到卫星发送的《东方红》乐曲,还能看到卫星在空间运行的轨迹。

  在那个年代,国家的技术人才短缺,基础工业薄弱,加上当时的政治运动,造卫星的具体工作困难重重,时任国防科委副主任的刘华清(后为中央政治局常委、中央军委副主席)在回忆录中写道:“我不懂卫星,也不管这项工作。到了1968年,‘东方红一号’卫星的研制遇到了问题,各分系统文齐武不齐,不协调不配套。卫星技术负责人孙家栋拿着方案找到我,他说话很直率,你懂也得管,不懂也得管。你们定了,拍个版,我们就可以往前走。听了他们的汇报,问了有关情况,我心想,这事不能拖,总得有人承担这责任。便对他说,技术上你负责,其他问题我负责,我拍板。回想起来,当时这么干,除了有一种强烈的责任感外,也有一点傻大胆的味道。”

  太空奏响东方红,听似简单,但在那个技术基础条件下,实现起来还是有很大难度的。《东方红》乐音装置及短波遥测系统,采用一个发射机交替播送《东方红》乐曲和发送卫星各种工程遥测参数,用了模拟铝板琴演奏乐曲,用程序控制线路产生的节拍来控制音源振荡器发音,从而保证了乐音嘹亮悦耳。

  卫星的热控系统利用自然平衡方法,采用远红外电加热笼模拟,成功地攻克了热控技术难关,保证仪器舱内的温度能够长时间保持在5~40摄氏度之间。

  确保发送《东方红》乐曲信号和遥测参数的拉杆式短波天线可靠释放并展开,是保证能够在太空播放《东方红》乐曲的关键。卫星上共有4根短波天线,每根长3米,由3节组成,用铰链与卫星腰带相连结。天线的展开与释放在地面比较容易实现,但在太空中高速旋转状态下则是一项较为复杂的运动过程。

  于是,技术人员不厌其烦一遍遍模拟卫星自旋天线进行展开释放试验,1次、2次、3次、4次、……一直做了10次仍然没有成功。为了做到“稳妥可靠、万无一失”,孙家栋经过反复思考,并与技术人员们探讨后提出,天线释放和展开的运动形式是个复杂的运动合成,要作为专题来研究 ,并且还要考虑在地面做试验时重量的影响。天线组的人员进一步分析、试验后认为,天线与卫星之间只有一个铰链的设计,使每根天线相对卫星只有一个方向的转动,这与卫星自旋时,依靠旋转和离心力使天线展开和释放的实际运动是不一致的。孙家栋统一了大家的意见后,确定修改了天线结构设计后,重新进行了几次试验,均获成功。这个技术难关终于被攻克了。

  紧接着,又攻克了测量卫星姿态的红外地平仪,完成了顶级火箭上为了增强地面观测的“观测裙等技术难关等。

  当时,中国的基础工业非常薄弱,仅以小小的电信号连接插头为例,当时国内难以找到能够制造二十多个插针的合格。为了解决这个插头问题,孙家栋他们不得不怀揣着总理办公室的介绍信,通过当时上海市的主要负责人,找到上海无线电五厂,与几位有经验的老师傅具体切磋探讨,制定了初步方案后又经过反复试验,终于将这种卫星上专用的也是非常特殊的插头造出来。

  1969年9月,第一颗“东方红一号”卫星完成了初样卫星全部环境模拟试验,结果证明卫星各系统符合指标要求,技术状态正常。

  10月,“东方红一号”正样卫星、也就是要发射上天的卫星完成了各系统的研制工作。中国第一颗人造地球卫星研制工作胜利在望,从国家领导人到主管部门,从卫星研制、生产、总装车间到远在大西北戈壁滩的发射场都在紧张准备和关注着卫星发射上天。

  孙家栋回忆起这段历史时,仍然动情地说:“几十年的历史实践让我们深刻认识到,最先进的武器是买不来的,军工核心技术是买不来的,我们必须要依靠自己的力量强大国防。增强军工科技创新能力,是国防科技工业增强核心竞争力的必由之路。在当时那种技术条件、物质生活、工作环境下,在那么短的时间里做成这样一件大事,是中国社会主义集中力量办大事,是大力协同、无私奉献的航天精神的体现。”

  中国第一颗人造地球卫星的研制与发射,将是中国迈向宇宙空间的第一步,无论在国内还是在国际都具有非常大的政治影响。卫星研制的捷报频传同样牵动着周恩来总理的心,周恩来和中央专委的领导在百忙之中几次听取了卫星研制工作进展情况的汇报。

  1969年10月下旬的一天晚上,孙家栋作为卫星总体技术总负责人和钱学森的助手与钱学森一同来到人民大会堂江苏厅,孙家栋的心情无比振奋也非常激动。他们匆匆忙忙刚把卫星初样摆放好,中央领导和参加会议的有关部委领导步入会议大厅后,周总理向站立鼓掌的众人举起双臂,招手让大家坐下后自己坐了下来。

  钱学森首先将孙家栋介绍给了周总理,总理亲切地拉着孙家栋的手向他询问了一些简单情况,高兴地说:“这么年轻的小伙子就是卫星专家,这很好嘛,今年多大年龄?”

  孙家栋有些羞怯地回答:“今年40岁”。

  周总理风趣地说道:“哦,还是小伙子嘛,学森同志的年轻弟子满多的嘛!”

  本来浑身紧绷、大脑高度紧张的孙家栋,顿时被周总理几句风趣的朗朗笑声给调整的松弛下来。接着周总理说:“学森同志,是不是你先谈?”

  钱学森点点头说:“好。”于是,将“东方红一号”卫星的研制和“长征一号”运载火箭以及目前发射准备的总体情况作了全面汇报。

  接着,由孙家栋对卫星的初样进行了讲解和说明,对主要技术参数和研制中的重要情况作了具体汇报。

  周恩来对钱学森和孙家栋的汇报听得很认真,还不时提出一些问题,尤其是对卫星上的每一个环节的质量和质量保障措施问的很详细。当孙家栋汇报结束时,周恩来总理突然像考场里的考官那样问孙家栋:“卫星上总共有多少根电缆?”

  孙家栋如数作了回答。周总理又问:“卫星上总共有多少个插头?”

  这可难住了孙家栋,他一时有些语塞,卫星上有许多分系统,系统与系统之间、卫星与地面测试设备之间、卫星与火箭之间,有电源连接插头,有无线电信号插头,还有机械配合插头,只顾了总体把关和严格要求各分系统完成指标,却没有将全部插头进行准确的统计。

  孙家栋红着脸有些不好意思地说:“总理,我回去认真统计好后向您汇报。”

  周恩来笑了笑和蔼地说道:“这些数字对我来说是没有什么用处的,但对你们来说应该是重要的。你们搞卫星工作首先要仔细认真,应该像外科医生那样对病人的每一条神经、每一根血管都很熟悉一样,才能保证卫星的万无一失。”孙家栋的脑子当时就感到周总理把卫星结构与人体结构相比很形象,尤其是用人体解剖学做手术为例,做到对卫星了如指掌,清清楚楚是一个跨学科的思维,值得在今后工作中举一反三、胸中有数。

  其实,孙家栋在得到他将参加汇报的通知后,大脑就有一个拿不准的考虑,不知道该不该向总理提出卫星许多仪器上镶嵌的毛泽东金属像章对卫星部件的影响,如何处理尊重科学与突出政治的矛盾?会前准备的方案是否能将问题汇报清楚?怎样才能既解决问题,还又不至于使领导为难。

  那个时期正是“文化大革命”个人崇拜的鼎盛期间,在街上走有一圈都会看到所有人的胸前都别着一枚毛主席像章。那个年代,那是人们对领袖的崇拜,但感情与科学的冲突是不可调和的。各系统的卫星单元仪器做出来后,上面都镶嵌了一个毛主席像章,有的像章还很大,岂不知加上去的这些金属像章对仪器有影响,首先是超过了原定的总体重量,那么多仪器综合在一起,将会使火箭的运载余量减小。另外,每台仪器都有自己特定的散热要求,仪器所涂的颜色不同,结构材料的厚度不同,散热的情况也不同,增加了毛主席像章有可能带来许多意识不到的技术问题。但要肯定地说在仪器上加个毛主席像章就会把仪器弄坏,还需要从技术角度进行论证,因为没有准确的数据,所以谁也不敢贸然多嘴,引火烧身将政治帽子招到自己头顶。虽然大家对这件事情的本质心知肚明,可搞技术的人不敢吱声也没有胆量去肇事,当孙家栋得到通知随同钱学森一同向中央汇报前就在想,这个事关重大的质量隐患不能错失良机,只要抛开个人私心就不用担心思前想后的种种顾虑。

  于是,孙家栋很郑重地说:“大家出于对毛主席的热爱,在卫星仪器上装了毛主席像章,从政治感情上讲是可以理解的。但是从技术角度讲,一是重量超限,二是卫星上天后有可能影响卫星质量。”

  孙家栋发现周总理对这件事是很重视的,虽然周总理当时并没有明确说这件事情的对错,但语重心长地说:“大家对毛主席热爱是可以理解的,但看看我们人民大会堂这么严肃的地方,也不是什么地方都要挂满毛主席的像,有的地方是写了主席的语录,但是放在什么地方也是很严肃的,你看咱们这个会议室就没有挂毛主席的像嘛。政治挂帅的目的是要把工作做好,而不是把政治挂帅庸俗化。搞卫星更是要有科学态度,要讲科学。你们回去以后好好考虑一下,只要把道理给群众讲清楚,我想就不会有什么问题嘛。”

  周恩来一字一句、句句在理的话语,不仅使孙家栋他们的内心豁然开朗,而且卸掉了一块悬在各位心里的一块沉重的石头。会后把传达了周恩来总理的原话,大家马上按总理说的做了安排,使这件棘手的难题得到了解决。

  1970年2月初,“东方红一号”卫星成功地通过了整星状态下的自旋试验,火箭和卫星的质量按照要求全部合格,完成了在制造厂出厂前的各项准备工作。

  3月26日,中央批准火箭、卫星正式出厂。孙家栋仔细查看卫星出厂的各项工作,抚摸着辛勤汗水浇灌的“宝贝”,但一想到卫星将按计划节点发射的倒计时,内心就会激起一阵阵兴奋的涟猗。

  4月1日,装载着“长征一号”运载火箭和“东方红一号”卫星的专列火车向西、向西,向封闭在大漠中的发射场进军。

  1970年4月14日,卫星测试的各项工作已经基本就绪,周总理和中央专委领导要求再次听取发射场人员对火箭、卫星情况的汇报。当日午后,钱学森、李福泽、任新民、杨国宇、杨南生、戚发轫等领导和专家又登上了前往北京的军用专机。孙家栋当时在北京,他一同来到人民大会堂福建厅。这时周总理弯曲着一支胳膊,热情地向大家挥手致意,招手点着前排的位置说:“从发射场赶来的同志请到前面,到前面来坐。”

  钱学森按照事先准备的材料详细汇报火箭和卫星在发射场的测试情况。末了,钱学森以内疚的口吻说:“总装时,尽管大家做了反复检查,但在总检查时还是发现了火箭舱内有遗留下的焊渣和钳子等多余物。”

  周恩来紧锁一下眉头,严厉的说:“这可不行!这等于外科医生开刀把刀子、钳子丢在了病人的肚子里嘛!你们的产品是允许搬来搬去,允许拆开、再组装,找一遍不行再找一遍,总可以搞干净嘛!无非是晚两天出厂。把焊渣和钳子丢在火箭里头,这是不能原谅的!”

  为了鼓舞大家的信心,总理说:“临近发射,同志们要大胆去干,搞科学试验嘛,成功和失败的可能性都存在,你们大家要尽量把工作做细、做好,万一失败了也没有什么,继续努力就是了。失败是成功之母嘛!”

  15日凌晨1时许,周恩来办公室打来电话,传达周恩来的指示:“从今天起一直到卫星上天,发射场的情况要逐日向周恩来办公室电话汇报。”

  1970年4月24日下午3点50分,钱学森在发射场接到周恩来总理从北京打来的电话:“毛主席已经批准了这次发射。希望大家鼓足干劲,细致地工作。要一次成功,为祖国争光!”

  发射场蔚蓝的天空万里无云,这时,发射警报从高音喇叭里再一次响起,发射场坪的人员按照发射程序逐步撤离,太阳已经落下,发射场四周的照明灯将发射场照的如同白昼,最后一次急促的撤离警报声拉响后,发射场坪空无一人,地下控制室的潜望镜伸向地面,人们屏气呼吸等待火箭点火的最后一刹那……

  21时35分,“点火”口令的瞬间,载有“东方红一号”卫星的运载火箭的发动机喷射烈焰,运载火箭在排山倒海的轰鸣声中向天空刺去。

  15分钟后高音喇叭里传来“星箭分离”、“卫星入轨”这一万众期盼的消息。

  “东方红一号”卫星发射成功了!《东方红》乐曲环绕太空、响彻全球!

  这是中国史无前例发射成功的第一颗人造卫星。运载卫星上天的 “长征一号”三级运载火箭也是中国自行研制、第一次承担卫星发射任务。“东方红一号”卫星进入太空运行轨道后距离地球表面最近点(技术术语称之为近地点)高度439公里,距离地球表面最远点(技术术语称之为远地点)高度2384公里,轨道平面与地球赤道夹角(技术术语称之为轨道倾角)68.5度。卫星外型直径一米球形72面体,卫星重量173公斤,用20.009兆赫的无线电频率播放《东方红》乐曲。这是中国继苏联、美国、法国和日本之后第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。卫星的质量,比上述四个国家第一颗卫星的总和还要多,其跟踪手段、信号传递方式、星上系统控制等也都超过上述四个国家第一颗卫星的水平。大家欢欣跳跃,相互拥抱祝贺,泪水和汗水交织在了一起。

  “两弹一星”功勋科学家孙家栋院士与本文作者中国高科技产业化研究会军民两用技术创新工作委员会王建蒙主任合照

  天涯地角有穷时,只有相思无尽处。50年过去弹指一挥间,孙家栋践行和见证了中国航天从起步到跨入世界航天大国行列的全部历程。人类自1957年向太空发射了第一个飞行器开始,截止2019年底共进行了5904次航天发射,中国1970年发射第一颗卫星至今已经完成326次航天飞行。纵观中国航天发射史,从几年发射一次到一周发射几次、一天发射两次,从第一个10次发射历经了14年,到现在一年发射40次;2018年和2019年发射次数连续两年位居世界第一。长征运载火箭的运载能力从几百公斤量级到几顿、几十吨;人造卫星从会唱歌的东方红一号到通信卫星、电视直播卫星、气象卫星、遥感卫星、海洋卫星、定位导航卫星、数据传输中继卫星、月球探测卫星;载人航天从一人寰宇到多人多天,从出舱活动到太空对接;航天发射场从发射单一导弹到低轨、中轨、高轨布局齐全的酒泉、太原、西昌、文昌航天发射场;航天体制从单一的国家体制向创新型军民融合的商业航天发展,由蓝箭航天自主研发的液氧/甲烷,无污染环保新型运载火箭发动机全系统变推力点火试车的圆满成功,使民营火箭为中国航天下一步的发展提供延伸和补充;以蓝箭引领的民营火箭上升为国家战略为中国航天发展注入创新活力;从单个小卫星到几百乃至数量更多的微纳卫星星群、星座。

  孙家栋深为中国航天的一派生机勃勃而自豪,深为自己拼搏奋斗一生的航天事业而骄傲,他坚信中国人有能力,有理由成为世界科技强国,中国人有能力、有自信为世界航天提供支持并做出更多的贡献。

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