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給微信拍開屏圖的是哪顆中國衛星?新中國的航天發展看這里

發布時間:2019-10-07 20:05:56 已有: 人閱讀

  今年是中華人民共和國成立70周年;中國航天,也已經走過63年。回頭看來,它的每一幕依然激動人心。

  長征、東方紅、尖兵、實踐、風云、中星、神舟、天舟、天宮、悟空、墨子、張衡、嫦娥……這些航天任務單看優雅別致的名字已經讓人印象深刻,而背后的成就更是不可思議。

  1955年,美國國家航空航天局(NASA)絕對核心機構噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)核心創始和命名人之一、麻省理工學院正教授、加州理工學院正教授、V2火箭及其總師馮·布勞恩審問組成員、美國空軍顧問/上校、卡門·錢公式和錢學森彈道命名者——錢學森博士,要回去一窮二白的新中國搞“航天”。

  在此之前,蘇聯和美國通過強大的技術積累已經成為世界范圍內航空航天人才的唯二選擇,回到中國基本意味著錢學森要放棄他的輝煌學術生涯。但也正是他的歸來,給剛剛成立的新中國帶來了航空航天發展的最寶貴機會。

  東方紅一號的成功正式標志著“兩彈一星(導彈、核彈、人造衛星)”事業取得全面成功。由于獨特的軌道設計和日月引力攝動影響,49年后的今天,東方紅一號依然運行在環繞地球軌道,成為見證中華民族歷史性跨越的不朽豐碑。4月24日,也因此成為中國航天日。

  錢學森不僅獲得“兩彈一星功勛獎章”,更是因為他的卓越貢獻獲得了中華人民共和國歷史上僅頒發一位的“國家杰出貢獻科學家”偉譽。

  如果說最早期的中國航天背后還有蘇聯支援,那么隨著上世紀60年代的國際形勢變化,蘇聯專家和投資全面撤離。從發射基地到運載火箭,中國航天都面臨著巨大的困難。剛剛起步的中國航天尚未從襁褓中踉蹌站立,便走上了獨立自主發展的道路。

  1958年建成的酒泉衛星發射中心尚未正式啟用,中國卻不得不開始將國防和重工業做戰略性轉移。依靠自己的力量,中國先后在1967年、1970年開始建設太原衛星發射中心和西昌衛星發射中心。這三大衛星發射中心,成為支撐日后中國航天發展的根本基石。

  長征火箭的命名,來自1935年10月中國工農紅軍即將結束萬里長征時所做的詩《七律·長征》。“紅軍不怕遠征難,萬水千山只等閑”,我國的運載火箭以“長征”命名,寓意火箭事業一定會像紅軍長征一樣,克服任何艱難險阻,到達勝利彼岸。

  用紅軍走過的漫漫長征路來形容長征系列火箭家族的發展歷程再恰當不過了:長征一號火箭兩次成功發射后,中國面臨著新型火箭完全空白的情況,必須在一窮二白的情況下攻堅克難。但幾十年內,中國航天人堅持“兩彈一星精神”,又獨立自主發展出了長征二號、三號、四號系列,以及后來的五號、六號、七號、十一號系列。“長征”成為覆蓋發射各種軌道、多種載荷的龐大火箭家族。

  1970年到2007年的37年內,長征系列火箭突破100次發射大關。而突破200次大關,僅用了7年多。再4年后的2019年3月發射中星6C衛星,已經突破300次大關。37、7、4,這三個數字代表的是長征火箭“三軍過后盡開顏”的巨大成功!

  中國有句古話“天有不測風云,人有旦夕禍福”。然而,渺小的人類只生活在天空的最底層,甚至是大氣層最底部的對流層,這僅10多千米的范圍內就包括了風霜雨雪、電閃雷鳴。千百年來,變化莫測的天氣給人們的生產生活帶來了極大的困擾。

  雖然衛星可以“觀風測云”,但由于地球引力、日月攝動、太陽光壓、稀薄大氣阻力等一系列因素干擾軌道,所有的衛星都必須經由火箭發射到至少幾百千米高的太空才能穩定運行,在這個高度預測地表風云變幻談何容易!因而,在世界范圍內氣象衛星都能代表一個國家的航天綜合實力。

  1988年,中國首顆氣象衛星風云一號A星發射,掀開了中國氣象衛星系列的大幕。在過去30年內,中國發展了 “高低搭配”的風云衛星系列:八顆風云二號和剛開始發射的風云四號運行在距離地球赤道上空36000千米的靜止軌道“登高望遠”,它們圍繞地球一圈時間恰好等于地球自轉一圈,因而與地面保持相對靜止;另有四顆風云一號和四顆風云三號運行在距離地球表面幾百千米高的地方“洞悉細節”,它們每隔1.5小時便圍繞地球一圈;這些衛星構成了中國洞悉風云的核心。

  2017年9月25日起,擁有龐大用戶量的微信軟件將開機畫面-阿波羅17號登月任務拍攝的《藍色彈珠》更換了4天,這張新圖就來自我國新一代氣象衛星風云四號A星。這張圖只能代表風云四號真實水平的冰山一角,事實上它的掃描成像輻射計能力是風云二號近3倍,衛星能夠實現對大氣1000多個細分光譜的觀測,閃電成像儀能高速拍攝高分辨率圖像,極大提高中國氣象預測水平,微信“變臉”背后說明的“人定勝天”技術可不簡單。

  在風云系列衛星之外,我國還發射了資源、環境、遙感、海洋、高分等一系列對地遙感衛星,它們的存在,成為我國氣象預測、防災減災、國土勘察、農林牧漁和國土安全等多方面應用的保證。

  信息的快速傳遞,成為人類新時代的重要標志,而航天的核心應用之一便是在太空中建立一座又一座“烽火臺”-通信衛星。

  從最早期的東方紅一號衛星實現單向廣播功能開始,后續的中國通信衛星經過了從東方紅一號到如今東方紅五號衛星平臺的快速進步,在這些衛星平臺的基礎上我國建造了一系列通信衛星,例如中星系列成為中國的現代烽火臺。自2017年發射的中星16號起,中國通信衛星也正式進入高通量時代。

  高通量是個什么概念呢?中星16號使用了Ka波段多波束寬帶通信系統,通信總容量達到了20 Gbit/s,超過了之前中國所有通信衛星容量的總和!同時,它還驗證了星載激光通信和離子電推進系統,通信質量和衛星壽命都大大提高。越來越普遍的飛機上通信,就依賴這些高通量通信衛星的存在。

  而隨著東方紅五號衛星平臺的全面成熟,一顆新一代通信衛星就能將包括中星16號在內的此前所有通信衛星總容量再提高一倍。

  此外,在航天器測控領域,一直以來中國依靠陸基測控站和海基的七艘遠望號測量船,但它們始終不可能對航天器無縫連接。例如,2005年,楊利偉在執行中國首次載人航天任務時,每次飛臨中國上空僅有幾分鐘通信時間;而到了2013年,王亞平就已經能夠給全國小學生太空授課;2016年,景海鵬和陳冬已經能隨時觀看直播節目。這背后的支撐,是我國建成的通信中繼衛星系統天鏈一號,四顆衛星實現全球覆蓋,再也不存在盲區。

  2018年,我國甚至把中繼衛星技術用到了月球,鵲橋號成為人類唯一一顆地球-月球背面通信中繼衛星。這個月球背后的烽火臺,也確保了人類首次著陸月球背面——嫦娥四號任務的巨大成功。

  中國古代的偉大發明之一是指南針技術,它也成為人類文明時代最重要的科技產物之一。但到了人類航天時代,衛星應用領域卻讓GPS系統占據先機。

  這一軍用通信導航系統憑借超高精度創造了“外科手術式打擊”、“斬首行動”等一系列新的軍事名詞,成為幾乎所有現代武器必備的輔助,后續通過民用商業化又賺得盆滿缽滿。

  但GPS畢竟本質上是個軍用系統,可隨時對指定用戶關停,這足以凸顯大國必須發展獨立自主衛星導航系統的重要性。因而,從上世紀末起我國就一直在攻堅這一航天核心技術。經歷20年發展,2018年,中國北斗衛星導航系統實現了1年10箭18星的壯舉,這一速度遠超GPS系統一年6星的記錄。

  在我國長期航天技術積累和導航系統技術發展的后發優勢下,我國采取了一套與其他任一導航系統都截然不同的思路。北斗有多個“三”的創新:三種軌道(地球靜止軌道、地球傾斜同步軌道、中高軌道)、三個頻率、前后三代系統和衛星。此外,它還擁有星間鏈路通信、短報文系統、衛星應急救援等多個功能。由于它是一種無源定位系統,理論上不存在用戶數量的上限!

  2018年12月27日,北斗三號開始提供全球服務,包括“一帶一路”國家和地區在內的世界各地,均可享受到北斗系統的服務。隨著2019年北斗衛星導航系統進入最后建設階段,“天上的星星參北斗”將成為真切的現實。

  蘇聯和美國在20世紀60年代初突破并掌握載人航天技術,之后形成了長達40多年的壟斷,這足以證明載人航天是人類航天技術的最高技術之一。不過,隨著2003年楊利偉進入太空,世界載人航天領域如今已經有三個玩家了,而中國在載人航天領域的發展效率之高,可謂驚人。

  1999年11月20日,神舟一號實現兩個突破:載人火箭長征2F和實驗性質的飛船測試,僅飛行21小時。

  2002年3月25日,神舟三號實現一個突破:經過兩次2002年12月30日,神舟四號實現一個突破:全面檢測飛船的逃逸系統、生命維持系統和返回系統,最后一次全面檢驗載人航天技術。

  2002年12月30日,神舟四號實現一個突破:全面檢測飛船的逃逸系統、生命維持系統和返回系統,最后一次全面檢驗載人航天技術。

  2003年10月15日,神舟五號實現一個重大突破:楊利偉升空,中國打破蘇美壟斷,成為世界第三個能實現獨立自主載人航天的國家。

  2005年10月12日,神舟六號實現一個突破:多人多天任務,費俊龍和聶海勝在太空中停留了5天,遠超楊利偉的21小時。

  2011年9月29日,天宮一號實現一個重大突破:中國首個空間站/實驗室,它超期服役了兩倍壽命。

  2012年6月16日,神舟九號實現兩個突破:載人情況下與天宮一號兩次對接,中國第一位女性航天員劉洋。

  2016年9月15日,天宮二號實現兩個重大突破:貨運飛船補給,多人長期在軌駐留、為建立長期天宮空間站做最后準備。

  2016年10月17日,神舟十一號實現一個重大突破:多人次長期在空間實驗室生存,其中老將景海鵬已經是三上太空。

  2019年7月19日21時06分,在軌運行1036天后,天宮二號受控離軌并再入大氣層,少量殘骸落入南太平洋預定安全海域,標志著中國載人航天工程空間實驗室階段全部任務完成。中國以極低的成本、最高效率地利用有限任務次數,完成了天宮空間站建站的全部準備,可謂是人類航天史上的奇跡。

  中國的歷法、傳說和文化無數次出現過月球的身影,但能去月球卻是一件極不容易的事情:它距離地球遠達38萬千米!月球背面更是神秘,由于地球引力潮汐鎖定的原因,它基本無法從地球上看到!

  2007年10月24日,嫦娥一號升空前往月球,將包括《半個月亮爬上來》在內的30首歌曲攜帶到中國人魂牽夢繞的月球。

  2010年10月1日,嫦娥二號發射,它挑戰了一系列全新技術,最后飛過距離地球150萬千米的日地拉格朗日二點,是人類歷史上唯一一次從月球前往此點。在此工作一年之后,又飛掠圖塔蒂斯小行星,最近僅距小行星3.2千米,非常不可思議。

  2019年1月3日,嫦娥四號和玉兔二號成功著陸月球背面南極-艾特肯盆地,實現人類探測器首次在月球背面軟著陸。

  我們還有:尖兵系列,為國土保駕護航;實踐系列,驗證一系列航天尖端技術;墨子衛星,洞察量子通訊的奧秘;張衡一號,揭開地震發生原理和影響的神秘機制;悟空衛星,探測宇宙中最深不可測的暗物質粒子;慧眼望遠鏡,通過X射線洞察宇宙深處的神秘……

  我們還將有:多個型號新型火箭、新一代載人飛船,天宮空間站、巡天望遠鏡、火星探測、月球采樣返回、木星探測、愛因斯坦探針、太陽天文臺、引力波探測、重力場探測、系外行星搜尋、全球低軌通信衛星網絡、小微衛星和商業航天等一系列發展中的技術。

  不過,請別忘記,中國航天史上輝煌成就的背后,不僅有偉大的23位“兩彈一星”元勛,更有一個又一個堅持“兩彈一星”精神、平凡但偉大的航天人。

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