關關難過關關過,事事難成事事成 | 紀念“東方紅一號”成功發射50週年

1970年4月24日,中國獨立自主研製的第一顆人造地球衛星——“東方紅一號”衛星由“長征一號”運載火箭發射併成功地進入地球軌道,使中國成為世界第五個獨立發射人造衛星的國家,從此,中國正式跨入航天時代。

昨天,我們介紹了“東方紅一號”的研製方案提出與演變。今天帶你瞭解衛星的研製過程,感受老一輩科學家攻關克難的科研精神。

在“東方紅一號”衛星研製過程中,科技人員攻克了一個又一個技術難關,主要有:東方紅樂音裝置研製問題、熱真空試驗問題、衛星天線展開問題、紅外地平儀研製試驗問題、末級火箭觀測裙研製問題、儀器艙罩鍍金問題。

1966年,中科院自動化研究所開始研製《東方紅》樂音裝置及短波遙測系統。

1968年初,《東方紅》樂音裝置的設計完成。最初生產出來的樂音裝置在各種試驗中,不是出現樂音錯亂,就是發生走調現象。

劉承熙帶領技術人員從線路設計、電裝工藝上查找原因,反覆進行試驗,解決了在電子輻照下由於電子束產生的電磁干擾使樂音錯亂的問題,採用新的固封方法,解決了樂音在高、低溫條件下變調的問題。為了保證樂音的質量,還對所使用的電子元件進行嚴格篩選,逐個檢測,並經過各種試驗檢查元件的質量和可靠性。

1968年上半年,重慶一家工廠生產了《東方紅》樂音裝置的第一批正樣產品,由於當時該廠生產秩序極不正常,在樂音裝置正樣產品全面複查時發現許多元件有虛焊現象。為此,後來決定由上海科學儀器廠(539廠)重新生產樂音裝置正樣產品。經過半年的努力,上海科學儀器廠完成了生產任務,且樂音裝置質量很好。

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“東方紅一號”衛星樂音裝置

《東方紅》樂音裝置及短波遙測系統的另一個難關是星上4根短波天線的正常展開、釋放。衛星進入軌道與火箭分離後,拉管式短波天線能否可靠地釋放展開,關係到播放《東方紅》樂曲的質量。

在星箭分離前呈收縮折轉狀態的短波天線長度為1米,與衛星自旋軸平行。天線展開釋放是一個比較複雜的運動過程,衛星設計院衛星結構組對此進行了較深入的研究和試驗。為儘快地進行天線伸展試驗,技術人員自己設計、自己動手建起了高度3.5米、轉盤直徑1米的簡易試驗設備來模擬衛星自旋。

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“東方紅一號”研製期間的孫家棟

“長征一號”運載火箭第三級上安裝的“觀測裙”是為增加亮度,便於地面對衛星進行觀測而設計的。初樣產品的質量(重量)遠大於允許值,必須減下來。承擔該項研製任務的第七機械工業部第八設計院採取“三結合”的方式研究解決超重的問題。

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70年代,第七機械工業部合照

設計人員經過分析發現,“觀測裙”的3個主要部件——導向杆、裙包環、大彈簧是超重的主要矛盾。為此,他們分析了重量與剛度、重量與強度、重量與啟動力之間的矛盾關係,決定把導向杆的材料由不鏽鋼管改為鋁合金、減少製作裙包環的鋁板厚度使它們的重量減小。

但在生產中又遇到導向杆的不平直度問題和薄板成型後的變形問題,為此,又在工藝上進行多次試驗和改進使問題得到解決。

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安裝衛星天線

他們設計使用大彈簧將衛星彈射出去,雖然對它的設計作了許多修改,但重量仍減不下來。經過論證和充分的試驗,後來改用壓縮氣體彈射方案,終於取得成功。

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70年代,王大珩與同事一起討論工作

當時的衛星製造廠是從中科院科學儀器廠轉產,試驗設備有限。很多困難都是靠科技人員因陋就簡、土法上馬、群策群力解決的。許多試驗工作是借其他單位的條件開展的。

改革開放後,一些國外專家來空間技術研究院參觀,當時的衛星研製試驗環境條件令他們大為感嘆,“東方紅一號”能夠誕生,是個奇蹟!


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中國第一顆人造衛星從1965年底開始論證,到1970年4月發射,歷時4年多時間,衛星研製工作經歷了模樣、初樣、試樣和正樣4個階段。

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1966年3~4月,衛星設計院總體組設計出“東方紅一號”衛星方框圖、總體電路圖。

編輯1967年初,對各分系統的儀器設備進行驗收,後裝出模樣星以解決各分系統的儀器設備在星上佈局和安裝、電纜線的走向以及確定基本的協調參數。在此基礎上確定了初樣星的技術狀態,擬定了各分系統進行各種試驗的技術規範,作為各種試驗工作的根據。

在初樣階段,衛星各分系統根據初樣研製任務書要求研製生產初樣產品,根據試驗技術規範給出的條件進行各種環境模擬試驗以考驗設計的正確性和可靠性。先後進行了衛星結構的靜力強度、動力強度試驗,測量出衛星各部分的載荷;利用電加熱器模擬各分系統耗功的溫控星在真空罐中進行了模擬衛星在軌道上冷、熱環境下的熱平衡試驗,並根據試驗結果局部修改熱控設計。幾經測試修改,最終確定出試樣星的技術狀態和試驗技術規範。

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“東方紅一號”衛星作離心試驗

1968年3~7月,完成了熱控試樣星、電性試樣星和串聯試樣星的總裝。

1968年4月16日,熱控試樣星出廠。

1968年6月18日,完成電性試樣星電信聯試。

1968年6月20日,電性試樣星聯試成功並返回衛星製造廠進行改裝,以便作動平衡試驗。7月25日,動平衡試驗完成。

1968年7月24日,完成串聯試樣星總裝和電性能測試。

1968年11月月底前,完成了振動試驗、自旋試驗、熱控試驗。

1969年9月,完成了“東方紅一號”正樣星的全部環境模樣試驗。正樣研製階段是“東方紅一號”衛星研製的最後一個階段。

1969年10月,完成了各分系統提供的部件產品安裝到發射星上的工作。

由於星上的銀鋅電池在加註電解液後會發生活化現象,在地面存放的時間不能超過3個月,因此衛星總裝工作在確定衛星的發射日期後進行。

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“東方紅一號”衛星進行測試

作者簡介

李成智,北京航空航天大學人文社會科學高等研究院教授、博士生導師。1982年畢業於南京航空學院航空自動控制專業,獲工學學士學位,後在北京航空航天大學獲哲學碩士、管理學博士學位。從事科學技術史、航空航天發展史、科技政策與管理等領域的教學、研究以及研究生培養工作。在國內外發表各類論文70餘篇,撰寫出版專著、教材、科普著作30餘部。

參考文獻:

1. 張鈞主編.當代中國的航天事業.北京:中國社會科學出版社,1986.

2. 羅榮興主編.請歷史記住他們:中國科學院與“兩彈一星”.廣州:暨南大學出版社,1999.

3. 王禮恆主編.中國航天騰飛之路.北京:中國文史出版社,1999.

4. 解放軍總裝備部政治部.兩彈一星:共和國豐碑.北京:九洲出版社,2001.

5. 李成智.中國航天技術發展史稿.濟南:山東教育出版社,2006.

6. 國防科工委. 中國航天50年回顧.北京:北京航空航天大學出版社,2007.

7. 石磊,王春河,張宏顯.錢學森的航天歲月.北京:中國宇航出版社,2012.

8. 李成智.中國航天科技創新.濟南:山東教育出版社,2015.

9. 李成智.中國航天技術的突破性發展.中國科學院院刊,2019.34(09).


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