中国卫星工程的成就与展望

中国空间技术研究院院长 徐福祥

世界各国发射的人造卫星占航天器发射总数的90%以上,人造卫星是人类探索、开发和利用太空最主要的工具。研制人造卫星是世界各国航天活动的主要内容,卫星工程是空间技术的重要组成部分。
  中国卫星研制工作开始于20世纪50年代末期。经过40多年的艰苦奋斗,以较少的投入,在较短的时间里,走出了一条适合本国国情和有自身特色的发展道路,并且取得了一系列重大成就。

  一、中国卫星工程发展历程
  中国卫星工程从研制探空火箭起步,然后集中力量发展人造卫星,重点研制各类应用卫星。中国卫星工程的发展历程可以分为三个阶段。
  第一阶段是1958~1970年。这一阶段是卫星工程的技术准备阶段。
  在这一阶段中,研制了探空火箭,开展了卫星工程的基础研究工作,同时为研制卫星进行了一系列技术上、工程上和组织上的准备工作。1960年9月,我国发射成功第一枚液体燃料气象火箭T-7。1965年国家正式下达了研制人造卫星的任务,1968年2月组建了中国空间技术研究院。1970年4月24日,第一颗人造卫星东方红一号研制和发射成功,使中国成为世界上第5个独立研制和发射人造地球卫星的国家。
  第二阶段是1971~1984年。这一阶段是卫星工程的技术试验阶段。
  在这一阶段中,先后研制成功了返回式遥感卫星和试验性通信卫星。1975年11月26日,首次发射回收了返回式遥感卫星,使中国成为世界上第5个掌握卫星返回技术的国家。从1976年至1984年,相继研制发射了5颗返回式卫星,其试验和回收均获得成功。
  1975年开始研制试验性通信卫星,1984年1月发射了一颗试验卫星,同年4月8日发射成功第一颗东方红二号地球静止轨道通信卫星,4月16日定点于东经125度赤道上空,使中国成为世界上第5个独立研制和发射静止轨道卫星的国家。
  在试验阶段,还研制和发射成功7颗不同类型的科学探测与技术试验卫星。
  第三阶段是1985年起至今。这一阶段是卫星工程从技术试验走向工程应用的阶段。
  在这一阶段,返回式卫星在连续多次试验成功的基础上进入了实际应用,为国土普查、资源勘测、铁路选线等国民经济各领域提供了大量的图片和数据。同时,卫星性能得到了改进,卫星在轨工作时间从起初的3天延长到了15天。
  从1986年至1990年,成功发射了4颗东方红二号甲实用通信广播卫星,分别定点于东经103度、87.5度、110.5度和98度赤道上空,为国内多家用户提供通信、广播和数据传输等服务。
  1988年9月和1990年9月,两次成功发射了风云一号试验性太阳同步轨道气象卫星。1999年5月成功发射了经过改进的风云一号第三颗气象应用卫星。1997年6月和2000年6月成功发射了风云二号地球静止轨道气象卫星,定点于东经105度赤道上空。风云一号和风云二号卫星为我国天气预报和气象研究提供了有效的服务。
  在1994年11月首次发射的具有24个转发器的试验性东方红三号中等容量通信广播卫星的基础上,经技术改进后,1997年5月发射了第二颗东方红三号通信广播卫星,成功定点于东经125度赤道上空,主要用于电话、数据传输、VSAT网和电视传输等,至今正常工作已达3年半。
  在此阶段的后5年,即在我国“九五”计划期间,我国卫星研制和工程管理水平有了很大提高,共研制和发射了11颗不同类型的人造卫星和第一艘神舟号试验飞船,发射成功率和飞行成功率均达到100%,其中6颗卫星及1艘试验飞船都是首次发射即获得成功,并取得了很好的应用效果。
  经过30多年的努力,中国已经形成了以中国空间技术研究院等单位为核心的航天器工程研制体系,建立了适应航天器高可靠性、高性能、长寿命特点的研究、设计、制造和试验装备、地面设备及应用、服务保障等完备的科研生产系统,并且培育了一支思想素质好、技术水平高、经验丰富的专家和工程技术队伍。

  二、中国卫星工程的主要成就和经验
  中国卫星工程是在基础工业比较薄弱、科技水平相对落后、国家财力有限的条件下发展起来的,经过长期的艰苦奋斗取得了一系列成就。1970年4月24日我国发射的第一颗人造地球卫星东方红一号,其重量、跟踪手段、信号形式、星体热控等技术都超过了其它国家第一颗卫星的水平。截至2000年底,我国共研制并发射了48颗不同类型的人造卫星。目前,我国已初步形成了四个卫星系列:返回式遥感卫星系列、东方红通信广播卫星系列、风云气象卫星系列和实践科学探测与技术试验卫星系列。资源地球资源卫星系列和北斗导航定位卫星系列也即将形成。我国研制和发射的卫星已广泛用于经济、科技、文化和国防建设等各个领域,取得了显著的社会效益和经济效益。
  返回式遥感卫星系列包括三种不同类型的近地轨道返回式卫星,至今发射和回收了17颗卫星,分别在轨道上运行了3~15天。为了使卫星能安全返回地面,攻克了变轨、防热、减速和回收等技术难关,并且基本形成了返回式卫星公用平台。卫星有效载荷是高水平的空间遥感系统。利用返回式卫星获得的大量有价值的卫星遥感资料,已应用于资源调查、地图测绘、地质调查、铁路选线和考古研究等方面,取得了丰硕的成果。从1987年第9颗返回式卫星开始进行卫星搭载科学实验,已为国内外用户进行了100多项在微重力和空间环境条件下的材料和生命科学实验,其中包括中国科学院的砷化镓、法国的海藻生长和德国的蛋白质微重力实验,均取得了可喜的成果。利用返回式卫星还进行了农作物种子搭载试验,显示了太空育种的诱人发展前景。
  东方红通信广播卫星系列包括三种不同类型的静止轨道通信卫星,即东方红二号试验通信卫星、东方红二号甲实用通信卫星和东方红三号通信广播卫星,至今共发射了10颗卫星。1984年4月东方红二号地球静止轨道通信卫星在成功发射和定点之后,圆满完成了各种卫星通信试验。在此基础上研制和发射了4颗东方红二号甲实用通信卫星,卫星采用国内波束天线,增加了有效辐射功率和转发器数量;卫星设计工作寿命4年,3颗卫星的实际工作寿命均超过了5年,为我国通信、广播、水利、交通、教育等部门提供了各种服务。1997年5月发射的东方红三号通信广播卫星比东方红二号甲卫星有了很大的改进,卫星采用三轴稳定姿控方式,装有24路C波段转发器;卫星设计工作寿命8年,至今已正常工作了3年半。东方红三号通信广播卫星已纳入我国卫星通信业务系统,为很多部门提供服务,社会和经济效益十分明显。
  风云气象卫星系列包括两类气象卫星,即风云一号太阳同步轨道气象卫星(又称极轨气象卫星)和风云二号地球静止轨道气象卫星。至今风云一号卫星发射了3颗,风云二号卫星发射了2颗。前两颗风云一号卫星装有5通道的可见光和红外扫描辐射计,第三颗的探测通道数增加到了10个,增加了对云层、陆地和海洋的多光谱探测能力。风云二号卫星装有3通道的可见光、红外和水气扫描辐射计,拍摄的云图资料填补了我国西部、西亚和印度洋上的大范围观测空白。该卫星还具有很强的数据收集和转发功能。经过空间运行测试表明,第3颗风云一号卫星和风云二号卫星的主要技术指标已达到20世纪90年代初的国际水平。两类气象卫星的业务化应用在我国天气预报和气象研究等方面发挥了重要作用。
  实践科学探测与技术试验卫星系列形成时间较长,共包括6颗卫星。1971年3月,我国发射了实践一号科学实验卫星,卫星在太空正常运行8年多,远远超过了原设计寿命,这在20世纪60年代国外研制的卫星中是少有的。1981年9月我国用一枚运载火箭同时发射了实践二号、实践二号甲和实践二号乙3颗科学实验卫星,卫星在太空运行积累了许多宝贵的经验。1994年2月发射了实践四号卫星,获取了大量的空间探测数据。1999年5月发射的实践五号小卫星是该系列最新的一颗卫星,采用了先进的小卫星平台,主要用于空间环境辐射探测、单粒子效应试验、空间流体科学试验以及卫星工程新技术试验,探测和试验取得了圆满成功。
  1999年10月中国、巴西联合研制的资源一号卫星发射成功,星上装有5谱段CCD相机、4谱段红外多光谱扫描仪、2谱段宽视场成像仪等。一年多来,卫星运行正常,接收到近9万多景卫星图像资料,广泛应用于农业、林业、水利、矿产、能源、测绘、环保等众多部门。2000年9月我国自行研制的资源二号卫星发射成功,其分辨率比资源一号卫星更高。这两颗资源卫星的主要技术指标已达到20世纪90年代初的国际水平。它们的研制和发射成功,标志着我国传输型遥感卫星研制取得了突破性进展,研制水平又上了一个新台阶。
  2000年10月和12月,我国两次成功地发射了北斗导航试验卫星,为我国北斗导航系统的建设奠定了基础。北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域导航系统,主要为公路交通、铁路运输、海上作业等领域提供导航定位服务。
  除了上述各类卫星的直接应用以外,研制各类卫星取得的许多新技术已被移植到国民经济的很多部门,得到了二次开发和应用,带动了这些部门的技术改造,创造了十分可观的间接经济效益。
  截至2000年底,我国依靠自己的力量,共研制和发射了48颗不同类型的人造卫星,飞行成功率达90%以上。卫星工程的发展为我国国民经济、国防建设、文化教育和科学研究作出了重大贡献,而且增强了民族凝聚力,大大提高了我国在世界上的政治地位。
  我国是一个发展中国家,正如前述,基础工业和科技基础比较薄弱,国家财力有限,对空间技术的投入不多,虽然研制和发射卫星的数量较少,但是已经取得了举世瞩目的成就。总结我国的卫星研制工作,有以下几点经验:
  1.坚持独立自主,自力更生,自主创新。充分发挥了广大工程技术人员的聪明才智,知难而进,奋力求新,在条件比较差的情况下,不断攻克关键技术,取得了卫星工程一个又一个的重大成果,同时不断完善和加强了从事卫星工程研制必需的各项基础工作。
  2.根据国情国力,选择有限目标,重点发展国家急需的应用卫星。因此确定了主要发展直接为国民经济和国防建设服务的少数几种应用卫星,集中力量,突破重点,力求实效,以满足国家现代化建设的主要需求。
  3.发挥社会主义制度的优越性,大力协同,密切合作。我国各类人造卫星的研制都是在国家的集中统一领导下,以中国空间技术研究院为主,在全国有关部门和单位的大力协作和密切配合下完成的。
  4.正确选择技术路线,加强预先研究,不断进行技术跨越。针对国家投资有限,研制卫星数量较少的客观条件,正确选择了技术跨度较大的发展途径,加强关键技术的预先研究,以研制少量卫星,不断实现较大的技术跨越,大幅度提高卫星工程水平。 
  5.加强科学管理,努力提高质量和效益。针对空间技术投资大、风险大、技术密集、系统复杂等特点,积极探索科学有效的管理办法,不断取得新进展。近5年来,中国空间技术研究院已初步建立并实施了符合我国卫星研制特点的一整套科学管理办法和措施,显著地提高了卫星工程的质量和效益,取得了良好的效果。



  三、21世纪初中国卫星工程展望
  当前中国航天技术与世界先进水平相比还有较大差距,也不适应国家现代化建设的需求。根据国家现代化建设的发展需求和长远目标,国家有关部门正在制定21世纪初中国航天发展战略和规划,加快发展航天事业,以满足国民经济、国防建设、科技发展和社会进步等方面的主要需求,并保持较为领先的国际地位。2000年11月22日国务院新闻办公室发表了《中国的航天》政府白皮书,向国内外公开介绍了中国航天事业近期和远期的发展目标,其中有关卫星工程的发展目标包括以下几方面内容:
  近期(今后10年或稍后的一个时期)发展目标:
  --建立长期稳定运行的卫星对地观测体系。以气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列和环境与灾害监测小卫星群组成长期稳定运行的卫星对地观测体系,实现对中国及周边地区甚至全球的陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。
  --建立自主经营的卫星广播通信系统。积极支持商用广播通信卫星的发展,开发长寿命、高可靠性的大容量地球静止轨道通信卫星和电视直播卫星,初步建成中国卫星通信产业。
  --建立自主的卫星导航定位系统。分步建立导航定位卫星系列,开发卫星导航定位系统,初步建立中国的卫星导航定位应用产业。
  远期(今后20年或稍后的一个时期)发展目标:
  --空间技术和空间应用实现产业化和市场化,空间资源的开发利用满足经济建设、国家安全、科技发展和社会进步的广泛需求,进一步增强综合国力。
  --按照国家整体规划,建立多功能和各种轨道的、由多种卫星系统组成的空间基础设施;建成天地协调配套的卫星地面应用系统,形成完整、连续、长期稳定运行的天地一体化网络系统。 
  可以看出,21世纪初我国卫星工程将迎来更加蓬勃发展的新时期。初步预计仅“十五”期间,我国将研制和发射近30颗各类卫星,包括通信卫星、导航卫星、气象卫星、资源卫星、海洋卫星、环境与灾害监测卫星、天文卫星、空间探测卫星等15类。自1968年2月中国空间技术研究院成立至今32年来,我国自行研制和发射的人造卫星共计48颗,平均每年研制和发射人造卫星1.5颗,而“十五”期间平均每年研制和发射人造卫星近5颗,而且卫星的性能和质量将有更大的提高,这充分展示了中国卫星工程发展的美好前景。
  在“十五”期间,中国空间技术研究院将要承担大部分卫星的研制工作以及多艘神舟号载人飞船的研制任务。为了完成国家赋予的艰巨而光荣的任务,中国空间技术研究院在总结和继承建院30多年工作经验的基础上,在技术上和管理上将采取以下一些主要措施:
  1.优先发展卫星有效载荷技术。有效载荷是卫星的核心部分,是决定卫星性能水平的主要因素。它往往涉及到机、电、光、热等多种学科前沿,技术难度大、更新快,必须适当地超前安排,并选择有优势的单位给予重点支持。
  2.大力发展卫星公用平台技术。在经过飞行考验的、正在研制的和新研制的卫星平台的基础上,选择几种平台,使其实现通用化、系列化和模块化,以适应多种有效载荷的配置。计划建成地球静止轨道卫星、太阳同步轨道卫星、返回式卫星和小卫星四个系列的卫星公用平台,在研制新卫星时可从这几类公用卫星平台中选用,以缩短卫星的研制周期,降低成本,提高可靠性。
  3.加强新技术研究开发和技术基础建设。积极跟踪、研究国际空间技术前沿,集中力量重点攻克一些新技术,如卫星总体优化设计、高精度高稳定度控制技术、新型空间光电技术、空间微电子、空间信息安全技术、卫星自主导航、空间轻型结构与机构、大型可展开和多波束天线以及先进空间制冷等技术,促进我国卫星工程的跨越式发展。同时加强各种技术基础建设,发挥技术支撑和保障作用。
  4.加强卫星应用技术的研究开发。建立长期稳定运行的各种应用卫星系统,提高卫星的应用效益,不仅要靠卫星,还要靠地面的各种卫星应用系统。重点支持通信广播、对地观测、导航定位等卫星应用领域中的关键技术攻关,使地面应用系统的建设与应用卫星的研制协调发展。
  5.加强管理创新,探索建立新型管理体制。在总结建院30多年来,特别是近5年来中国空间技术研究院在卫星工程管理上大胆实践所取得经验的基础上,借鉴国际宇航公司的工程管理方法,结合实际,继续探索,努力建立具有自身特色的新型卫星工程管理模式和管理体制,建立高效的运行机制,促进我国卫星工程持续快速发展。
  中国空间技术研究院在实施技术创新、管理创新的同时,还积极推进体制创新,将分步进行结构调整和资源重组,加大改革力度,以体制创新促进科技创新,加速空间技术产业化的进程,争取在2005年前后将中国空间技术研究院基本建成与国际宇航公司接轨的高科技公司。在航天科技集团公司和上级机关的领导下,在全国各有关部门和单位的支持下,中国空间技术研究院将继续发挥空间技术主力军的作用,为21世纪初中国空间技术的大发展做出更大的贡献。