李大光:太空安全与我国航天事业发展

作者:未知 更新时间:2018-02-09 13:53:17 来源:宣讲家 【字号: 】 浏览

“嫦娥奔月”、“大闹天宫”的古代神话故事,表达了人类翱翔太空的梦想。在航天技术日益成熟的今天,人类征服太空已不再是神话和梦想。2016年9月15日22时04分09秒,我国天宫二号空间实验室在酒泉卫星发射中心发射升空。天空二号是我国第一个真正意义上的太空实验室,它的发射成功为最终要建设一个基本型空间站做了进一步探索。这是我国航天发展史上非常值得纪念的大事件,对于维护国家太空利益具有重要现实意义。因此,今天我就和大家一起探讨关于“太空安全与我国航天事业发展”的问题,主要包含三个方面内容:一是国际航天探索与中国航天发展;二是中国航天探索现状;三是中国航天发展目的与经验。

一、国际航天探索与中国航天发展

脱离地球、飞向宇宙是人类长久以来追求的理想,而航天科技作为探索、开发和利用太空以及地球以外天体资源的综合性工程技术,为实现这个理想开辟了通道,为国际社会进行航天探索提供了技术保障。

(一)国际航天探索

1.航天探索始自二战后期

1944年,美国陆军航空队(美国空军前身)正式成立了科学顾问组,邀请美国着名空气动力学专家冯·卡门博士任组长,任务是评价航空研究和发展的趋势,为美国空军准备有关科学技术事务的特别报告。1945年,科学顾问组编撰出一部名为《通向新地平线》的9卷本巨着,该报告中首次提出了航天技术应用的一些设想。

当纳粹德国覆亡之际,美苏两国不约而同地想到了抢夺火箭专家、技术资料和设备。这场“分遗产”活动中美国收获最大。美国人带走了包括冯·布劳恩在内的大批德国火箭技术专家以及可以组装成100枚火箭的零部件,稍后抵达的英国则拿到了数枚火箭成品与半成品。而苏联到达盟国协定中属苏联占领区后发现,大部分的零件与火箭资料已被美、英两国取走,对此十分不满,提出抗议未果,只好将工厂内剩下的生产线,以及附近与生产、研发火箭有关的德国家庭全数运回国内。

1946年,美国用缴获的德国V-2火箭发射了一只果蝇上天。尽管微不足道,但这是人类太空探索史上第一次将生物送上太空。在美国获得冯·布劳恩之际,苏联将得了坏血病、屡遭毒打的本国杰出飞机设计师科罗廖夫从政治犯行列解放出来,并将之前抢到的德国专家与资料迅速汇集到科罗廖夫旗下。经过努力,1957年10月4日,苏联用由洲际导弹改装的卫星号运载火箭率先发射了人类第一颗人造卫星,将人类航天的幻想变为了现实。这颗卫星被赋予了太多个第一的含义,它开辟了人类进入空间时代的新纪元,标志着航天技术取得了划时代的成果,而人类的活动区域也从此由陆地、海洋和大气层空间迈向了外层空间。同时,美苏的太空争霸也由此正式展开。

科罗廖夫的成功让美国人以及冯·布劳恩坐卧不宁。美国人的科技自信与国家威望都受到严重打击,更重要的是,这颗人造卫星背后,是苏联拥有射程可达7000公里的导弹能力,美国本土不再安全了。冯·布劳恩嘴上不服输,但直到第二年才费尽波折地将一颗卫星送上天。而苏联则在发射第一颗卫星之后仅仅一个月,又于1957年11月3日将一条狗“莱卡”送入预定轨道,不仅让美国的果蝇无地自容,而且真正证明了生命在太空也能存活。在此后的几年内,苏联始终走在前面。

2.美苏争霸太空

1960年8月,美国将一颗名为发现者13号的照相侦察卫星送入太空。这颗卫星的成功发射并顺利回收,标志着卫星在军事上的应用拉开了序幕。

1961年4月12日,苏联用东方号运载火箭成功发射了世界上第一艘载人飞船东方1号,尤里·加加林乘坐东方1号飞船升空飞行了1小时48分钟,成为世界上第一个进入太空的航天员。苏联的一系列成就让美国航天界压力倍增:在冷战岁月,这种压力不亚于战场上的败军之将。更重要的是,在这前后几年,以摧毁太空物体为目的的真正太空战活动走上历史舞台。为寻求主动,美国人在太空计划上加大投入。1962年,美国在马绍尔上空进行了核弹摧毁卫星实验,并于其后秘密部署陆基核弹准备对付苏联低轨道卫星。这样,美苏太空争霸攻守形势就发生了转化,同时人类太空行为的性质也发生了变化。

从1961年开始,美国重点瞄准登月工程。在经历了几年无人探月的探索之后,美国于1969年7月21日使用阿波罗11号飞船将阿姆斯特朗和奥尔德林送上了月球,他们也成为了首次登陆月球的人类。阿姆斯特朗在踏上月球后说出了一句广为流传的名言:“这是我个人的一小步,但却是全人类的一大步。”阿波罗计划又称阿波罗工程,是美国从1961年到1972年从事的一系列载人登月飞行任务,是世界航天史上具有划时代意义的一项成就。工程自1961年5月开始至1972年12月第6次登月成功结束,历时11年,耗资255亿美元,共向月球发射了7艘登月飞船,将12名航天员送上月球。在工程高峰时期,参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过30万人。

20世纪60年代,美国和苏联的空间探测器对金星、火星、水星、土星、海王星、天王星展开探索。1972年3月2日,美国发射的先驱者10号探测器,经过14年漫长的太空旅行,于1986年越过太阳系边缘,实现了飞向太阳系外宇宙空间的目标。

20世纪70年代,美国和苏联发射了一系列载人空间站,在空间生命科学和空间环境利用方面取得了重要进展。1971年4月19日,苏联发射了世界上第一个载人空间站礼炮1号。1981年4月12日,美国航天飞机哥伦比亚号试飞成功,实现了航天运输系统由地球表面到近地轨道间的部分往返重复使用。1986年2月20日,苏联发射的和平号空间站,在轨运行15年后,于2001年3月23日坠毁。

(二)中国航天探索的产生与发展

现代中国的航天事业是从上个世纪50年代开始的,在中华人民共和国成立初期,尽管百废待兴,但当时那一代的伟人们高瞻远瞩,已经开始策划新中国的航天事业。1956年春,国务院总理周恩来主持制定了《1956-1967年科学技术发展远景规划纲要(草案)》。这个规划包括57项重要新型科技内容,火箭与喷气推进技术是其中7个重点项目之一。根据这个规划,我国开始了包括组建中国第一个火箭研究设计机构在内的一系列筹备工作。

60年代中期,中国决定启动“651工程”,即设计、生产并发射我国第一颗人造地球卫星,以实现毛泽东早在1958年就发出的“我们也要搞人造卫星”的号召。作为“651工程”的重要配套项目,我国第一种现代运载火箭的总体方案是在中远程地地导弹的基础上,加上固体推进剂的第3级,这就是长征一号运载火箭。

1970年4月,我国用长征一号运载火箭成功发射了第一颗人造地球卫星东方红一号,从此揭开了中国航天活动的序幕。1975年11月26日,我国第一颗返回式人造卫星由长征二号运载火箭发射升空,经过3天轨道飞行后按预定计划返回地面。这标志着中国成为世界上第三个掌握卫星回收技术的国家。1981年9月20日,中国用一枚风暴一号运载火箭将三颗科学实验卫星送入预定轨道,成为世界上第三个掌握一箭多星发射技术的国家。1984年4月8日,长征三号运载火箭成功发射我国第一颗地球静止轨道试验通信卫星,标志着中国掌握了液氢、液氧低温推进技术,并具有向地球静止轨道发射卫星的能力。1988年9月7日,长征四号甲运载火箭成功将我国第一颗气象卫星风云一号送入太阳同步轨道。1990年4月7日,长征三号运载火箭把美国制造的亚洲1号通信卫星送入预定轨道,从而使中国的运载火箭进入国际航天商业发射市场。1999年11月20日,神舟一号载人试验飞船的成功发射和回收,标志着中国载人航天技术获得了新的重大突破,使我国发展载人航天事业迈出了重要一步。

在此之后,中国的太空事业继续发展,经过约50年的努力,目前已经发展到了在世界上独立成为人类第四个航天中心的规模和水平;形成了完整配套的研究设计、生产和试验体系;建立了能发射各类卫星和载人飞船的航天器发射中心、由国内各地面站、远程跟踪测量船组成的测控网以及多种卫星应用系统,取得了显着的社会效益和经济效益。建立了具有一定水平的空间科学研究系统,取得了多项创新成果;培育了一支素质好、技术水平高的航天科技队伍。

中国航天事业的发展已经成为中华民族最伟大的成就之一,中国的航天事业在中国基础工业薄弱、科学技术水平落后、科学人才急缺、外部敌对国家对中国进行全面封锁的年代中从零开始出发,以非常有限的投入,在不长的时间内,走出了一条完全属于中国自己的航天事业道路。

二、中国航天探索现状

自1956年我国开始研发航天技术和装备,60多年来,我国在发展航天事业过程中,在实现航天梦、中国梦的过程中也创造出了很多宝贵的精神财富,如“两弹一星”精神、载人航天精神等等。在这些精神财富的鼓舞、引领下,我国的航天事业也得到了飞速发展。

(一)各种应用卫星发展

进入20世纪80年代后,中国的空间技术取得了长足的发展,具备了返回式卫星、气象卫星、资源卫星、通信卫星等各种应用卫星的研制和发射能力。特别是1975年,中国成功地发射并回收了第一颗返回式卫星,使中国成为世界上继美国和前苏联之后第三个掌握了卫星回收技术的国家,这为中国开展载人航天技术的研究打下了坚实的基础。

在高分辨率对地观测系统方面,我国将研制发射高分六号、高分七号等5颗卫星,全面完成高分辨率对地观测系统建设,实现高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率的观测。在空间科学与应用领域,2016年,将发射中国首颗空间天文卫星硬X射线调制望远镜卫星和X射线脉冲导航卫星,使中国天文学在高能天体物理领域实现地面观测到天地联合观测的跨越式发展,建立大尺度时空基准。

中国太空事业的成功绝不是偶然,它的成功深刻地折射出了中国现代化的动力、过程和成功的必备条件,从这个意义上来说,中国航天事业发展的成功经验弥足珍贵,对中国的现代化事业具有全面的指导意义。

(二)北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行,并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、测速、授时服务,并兼具短报文通信能力,是重要的空间信息基础设施。

1.北斗导航系统“三步走”战略

我国自主建设、独立运行的北斗卫星导航系统,按照“三步走”的战略实施,目前第一步和第二步已经实现。

第一步:建成试验系统,实现从无到有。2000年,我国发射了两颗北斗导航试验卫星,建成了北斗卫星导航试验系统,面向中国及周边地区提供服务,解决了卫星导航系统的有无问题。

第二步:星箭组批生产,启动组网发射。2004年,启动了北斗卫星导航系统建设,首次开始批量研制生产卫星和运载火箭,密集组网发射,探索航天工业新的发展模式。2012年年底已形成区域覆盖能力,正式向亚太大部分地区提供运行服务,系统连续稳定运行,性能指标稳中有升。

第三步:发挥系统特色,应用初见成效。由于具有导航、通信相结合的服务特色,试验系统经过几年发展,逐步被国内用户认可,在渔业、交通、电力和国家安全等诸多领域得到了应用,特别是在汶川、玉树抗震救灾中发挥了重要作用。我国目前正在实施第三步,即建成北斗全球卫星导航系统,形成全球覆盖能力。根据北斗系统全球组网建设计划,2018年可为“一带一路”沿线国家提供基本服务,计划于2020年前,建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的全球卫星导航系统,达到国际一流水准,并具有中国特色。届时要完成约30颗北斗导航卫星的发射和组网任务。

2.新一代北斗导航卫星建设

2015年9月30日7时13分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功将一颗新一代北斗导航卫星发射升空。该星是我国第4颗新一代北斗导航卫星,也是我国发射的第20颗北斗导航卫星,工作轨道为地球倾斜同步轨道。星上首次搭载氢原子钟,卫星入轨后,将开展星载氢原子钟、星间链路、新型导航信号体制等试验验证工作,并适时入网提供服务。此次发射的卫星和运载火箭,分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院研制。此外,中国将在2020年前后建成北斗二号全球组网系统,形成为全球用户提供高质量服务的能力。

(三)探月工程计划

中国从1970年4月24日发射第一颗人造地球卫星开启了中国航天活动,始终是按照自己的计划节点、按照自己的技术和经济实力一步一步往前走,走到现在已成为航天大国,航天活动也发展到了探月工程。这是深空探测的第一步,也是深空探测的重要内容。

1.探月工程“绕、落、回”三步走战略

探月工程一期的任务是实现环绕月球探测。嫦娥一号传回数据绘制全月图。

探月工程二期的任务是实现月面软着陆和自动巡视勘察,包括嫦娥二号、三号、四号3次任务。嫦娥二号飞行突破6000万公里。嫦娥二号任务获得了7米分辨率月球三维影像,制作完成了优于1.5米分辨率的虹湾区域影像图,在澄海对峙区发现了月表剩磁所引起的微磁层的存在,进一步测量了月面化学元素,初步对铀、钾、钍、镁、铝、硅、钙等元素进行了分析,深入研究了全月球亮温温度分布和月壤特征,完成了四大科学目标。

探月工程三期的任务是实现无人采样返回,计划的时间为2020年前完成。

2.探月工程发展历程

2000年11月,中国发表了《中国的航天》白皮书,正式提出将“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。2002年8月13日,在山东青岛召开的2002年深空探测技术与应用国际研讨会上,中国正式对外宣布将开展月球探测工程。

2004年1月23日,中国探月一期工程——绕月探测工程正式立项。2006年2月9日,中国政府发布的《国家中长期科学技术发展规划纲要(2006-2020)》将探月工程列为国家中长期科技发展的重大专项。

2007年11月6日,中国第一颗探月卫星——嫦娥一号迈出深空探测第一步,抵达38万公里外的月球,开始了为期一年的探月活动。在嫦娥一号成功实现既定目标之后,其备份嫦娥二号经改造已飞离地球6500万公里,起到“承上启下”的作用。2013年1月5日23时46分,在北京航天飞行控制中心精确控制下,嫦娥二号卫星深空探测成功突破1000万公里,标志着中国深空探测能力得到新的跃升。这是中国航天史上航天器飞行距离最远的一次“太空长征”。

自2007年嫦娥一号卫星发射以来,月宫里嫦娥便不再寂寞。至此,她已有三个“姐妹”相继升空——嫦娥一号成功绕月,嫦娥二号成功探月,嫦娥三号成功落月。2013年12月14日,嫦娥三号携月球探测器即玉兔号月球车在月球表面虹湾区成功着陆。这是人类航天器第一次着陆该区域。嫦娥三号和玉兔号月球车拍摄的迄今为止最清晰的月面高分辨率全彩照片,让全世界看到了一个真实的月球,也给全世界科学家研究月球提供了第一手资料。

随着嫦娥三号成功实现“软着陆、开展就位探测和巡视勘查”的既定目标,中国探月工程“绕,落,回”三步走的第二步告一段落。自2013年12月14日月面软着陆以来,嫦娥三号目前已超期服役一年多,创造了全世界在月工作最长纪录。探月工程任务连续成功,也创造了世界月球探测史的中国纪录。

未来两年,嫦娥将再迎来两个新“姐妹”——嫦娥四号预计于2018年实现人类航天器第一次着陆月球背面;嫦娥五号计划2017年前后实现“奔月落月—采样—返回地球”的过程。

3.“三深”探测战略

“十三五”期间,我国将全面实施深地探测、深海探测、深空对地观测战略,跻身世界先进行列。

深空探测是指脱离地球引力场,进入太阳系空间和宇宙空间的探测。21世纪深空探测的五个重点领域:月球探测、火星探测、水星与金星的探测、巨行星及其卫星的探测、小行星与彗星的探测。2011年11月9日,中国第一颗火星探测器——萤火一号探测器跟随俄罗斯的火星探测器“福布斯”飞赴火星,开始了对火星的探测研究。

深空探测是未来国际科技竞争的主战场之一,经过多年努力,我们已经初步形成深空对地观测业务体系,在陆地资源调查及监管、地理要素观测、海域及环境监测等领域的应用,极大地提升了国家对陆海资源、气候、灾害的掌控和预测预警能力。在深空对地观测战略上,重点是实施对地观测卫星重大工程,加强卫星遥感应用关键技术的开发和应用。到2020年,国土资源领域将发射21颗业务卫星、6颗科研卫星,实现卫星数据即时推送、处理和业务应用。

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