一波三折，“331工程”經(jīng)歷了什么

文/ 孫喆

▲ 東方紅二號衛(wèi)星由長征三號火箭發(fā)射升空

1984年4月8日19點20分，東方紅二號0B星在長征三號運載火箭的托舉下，一飛沖天，衛(wèi)星被成功送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道，發(fā)射取得圓滿成功！這是我國航天、通信發(fā)展史上具有里程碑意義的日子，從此開始了我們用自己的通信衛(wèi)星進行衛(wèi)星通信的歷史。

然而，這個成功卻來得非常不易，幾十年前的“331工程”到底經(jīng)歷了什么呢？

神秘的“黑皮箱”

1972年2月21日，來訪的美國總統(tǒng)尼克松走下專機，當(dāng)他把手伸向周恩來總理、兩只手握在一起的時刻，一個時代結(jié)束了，另一個時代開始了。

此后的幾天里，隨同尼克松訪華的一大批電視記者守候在機場、天安門、長城的許多電視攝像點，把尼克松所到之處現(xiàn)場拍攝的影像，迅速傳送到隨行來華的美國國防部官員手上的一個“黑皮箱”里，再通過距地球36000公里赤道上空的通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)播給大洋彼岸的美國觀眾。

那個神秘的“黑皮箱”其實是一個微型活動衛(wèi)星地面站的終端，美國的衛(wèi)星地面站從大洋彼岸活生生地搬到了新中國的首都。一時間，有人議論：什么時候，我們中國也能擁有這種技術(shù)？

▲ 東方紅二號通信衛(wèi)星

▲ 建設(shè)衛(wèi)星通信地面站，直徑13米天線吊裝現(xiàn)場

其實，老百姓不知道，中國的通信部門早在第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號發(fā)射成功后，就已經(jīng)提出了利用衛(wèi)星進行通信的要求，衛(wèi)星研制部門也展開了相應(yīng)的預(yù)先研究。不過，由于“文化大革命”的原因，一直無法付諸工程實施。直至此次尼克松訪華，很多人再也坐不住了。

1974年5月19日，一封信遞到了周恩來總理的面前，信中詳細闡述了中國發(fā)展通信衛(wèi)星的重要意義，建議由國家統(tǒng)一組織安排中國的通信衛(wèi)星研制。周總理迅速作出批示：請計委、國防科委盡快將衛(wèi)星通信的制造、協(xié)作和使用方針定下來，然后再按計劃分工做出規(guī)劃，督促進行。

“5·19”批示后，事情開始迅速落實。1975年3月31日，中央軍委召開第八次常委會，會上批準了國家計委和國防科委上報的《關(guān)于發(fā)展中國通信衛(wèi)星問題的報告》。至此，中國發(fā)展通信衛(wèi)星這一工程終于落地，由于報告的簽署日期是3月31日，因此，“331工程”也就成了中國通信衛(wèi)星工程的代號。

為什么一定要發(fā)展衛(wèi)星通信事業(yè)呢？

衛(wèi)星通信較地面明線、海底電纜、光纜、中長短波、微波中繼等通信有明顯的優(yōu)勢：不受地形限制、通信容量大、信息傳輸質(zhì)量好、不易受地面戰(zhàn)爭破壞、成本還相對較低，如果實現(xiàn)了衛(wèi)星通信，就可以解決我國邊疆、海島、山村、沙漠等地區(qū)電話、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐栴}。

就這樣，“331工程”立項了，但在實施過程中，研制人員每向前一步，難度都相當(dāng)大。通信衛(wèi)星要發(fā)射，就要有衛(wèi)星、運載火箭、發(fā)射場、測控、地面通信站等五大系統(tǒng)來支持。

“331工程”的上馬就意味著這五大系統(tǒng)的建設(shè)也必須跟著全面鋪開了。衛(wèi)星要上到36000公里高度的赤道上空去，這是個從來沒有到過的高度，必須完成一系列技術(shù)攻關(guān)。

比如，衛(wèi)星要充分減重，具備很強的姿態(tài)控制和變軌能力等等；當(dāng)時的火箭運載能力只能打幾千公里高度，要發(fā)射地球靜止軌道的通信衛(wèi)星，需要造一個新的能力更強的火箭；要往赤道上發(fā)射衛(wèi)星，緯度越低越好，當(dāng)時的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心緯度較高，不利于發(fā)射通信衛(wèi)星，因此還要建一個緯度較低的發(fā)射場，即現(xiàn)在的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心；地面測控站、海上測控船等也要根據(jù)任務(wù)做好準備；衛(wèi)星上了天，要開展衛(wèi)星通信，還需要地面也有相應(yīng)的衛(wèi)星通信站來進行信號的接收。

除了技術(shù)攻關(guān)，心理上承受的壓力更大。“當(dāng)時，我們國家工業(yè)基礎(chǔ)較差，技術(shù)水平發(fā)展不高，但同志們始終堅持把研制工作搞到底。”2016年夏天，北京白石橋，一生經(jīng)歷了許多重大航天工程的戚發(fā)軔院士在回憶“331工程”時，仍不免有些感慨。

孫家棟是“331工程”第一顆地球靜止軌道試驗通信衛(wèi)星東方紅二號衛(wèi)星的總設(shè)計師，戚發(fā)軔是副總設(shè)計師。這顆衛(wèi)星在研制之初就制定了軍民結(jié)合、綜合利用的方針，也就是說，衛(wèi)星發(fā)射成功后，全國各個部門都可以使用。干航天，就意味著手中每花出一分錢，都要以國計民生為考量。

▲ 當(dāng)年《人民日報》頭版刊發(fā)的《我國發(fā)射的試驗通信衛(wèi)星成功定點 中共中央國務(wù)院中央軍委致電祝賀》的報道

▲ 東方紅二號衛(wèi)星總設(shè)計師孫家棟（左）和副總設(shè)計師戚發(fā)軔（右）在發(fā)射成功后合影

“搭帳篷”與“數(shù)星星”

東方紅二號衛(wèi)星研制早期，科研條件很差，沒有性能優(yōu)良的儀器設(shè)備，沒有高速運轉(zhuǎn)的計算機，文件靠手寫，存檔靠打字員打字，簡單計算用計算尺，大型復(fù)雜計算要到專門的計算中心。

那么，當(dāng)年的科研條件到底因陋就簡到什么程度呢？

1979年，東方紅二號衛(wèi)星進入正樣研制。在衛(wèi)星總體與運載火箭和發(fā)射場協(xié)調(diào)時，衛(wèi)星在西昌發(fā)射中心的發(fā)射塔架上是暴露在大氣環(huán)境中的，即使把活動工作塔架包起來，也不能防風(fēng)避雨。尤其是下雨時，上層的雨水往下流，空氣的溫度和濕度更是無法控制。在這種環(huán)境下，衛(wèi)星肯定受不了。經(jīng)過調(diào)研，設(shè)計師們創(chuàng)新地提出給衛(wèi)星“搭個帳篷”的想法。

根據(jù)發(fā)射塔架的空間和衛(wèi)星的要求，帳篷被設(shè)計為橡膠材料制作的“骨架”和蒙皮兩個部分。“骨架”由帳篷頂部底部兩個充氣環(huán)和周邊4個充氣柱組成，頂錐和四周用蒙皮封住。

頂部為一個錐體，便于吊掛；錐底的一個小充氣環(huán)，圓錐帳篷外四根充氣柱子，下端的一個大充氣環(huán)，用以維持圓錐帳篷形狀，保證其在有風(fēng)的情況下不會有較大變形。圓錐帳篷下端側(cè)面，設(shè)計了一個允許工作人員進出的軟橡膠門，并用尼龍搭扣封閉，與外界隔離。

在圓錐帳篷底部也用橡膠布封閉，進一步保證衛(wèi)星的潔凈小環(huán)境。由于發(fā)射場環(huán)境潮濕，設(shè)計師們還在帳篷內(nèi)配置了一臺除濕機。這個環(huán)境有專人檢測和控制，以保證衛(wèi)星整流罩安裝前，衛(wèi)星在發(fā)射塔架上的溫度和濕度環(huán)境要求，并且避免了風(fēng)吹和雨打，確保了衛(wèi)星安全。

除了科研條件簡陋，新建好的、還沒有實施過發(fā)射的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的生活條件更是艱苦。試驗隊的住處就是當(dāng)初建設(shè)發(fā)射場時工人的工棚，簡易磚砌的平房四面通風(fēng)，到了夜晚，躺在床上，抬頭就能順著屋頂?shù)耐呖p看到星星，隔壁房間甚至隔壁的隔壁房間的打呼嚕聲也能通過墻縫鉆過來。

一波三折 衛(wèi)星“發(fā)燒了”

1983年9月9日，專列帶著兩顆東方紅二號試驗通信衛(wèi)星（0A星、0B星）、地面測試設(shè)備和發(fā)射試驗隊員從北京出發(fā)了，中國人制造的通信衛(wèi)星終于要在長征火箭的托舉下飛向36000公里的地球靜止軌道了。

出發(fā)前，考慮到運載火箭液氫液氧防靜電要求，試驗隊員們領(lǐng)到了全套的純棉軍用服裝作為隊服：一個單軍帽、一個棉軍帽、兩套單軍服、一套棉軍服、一件軍大衣、一套軍用絨衣絨褲。有了這套裝備，在大涼山過個冬就不愁了。可誰也沒想到，冬去春來，他們這一走就是整整7個月。

1984年1月29日，3天后就是中國傳統(tǒng)的除夕。第一枚長征三號運載火箭載著東方紅二號0A星騰空而起，帶著人們的期望，沖向太空。可隨后，火箭三級發(fā)動機二次啟動后，推力消失，未能將衛(wèi)星送入預(yù)定的地球同步轉(zhuǎn)移軌道。

經(jīng)測試，衛(wèi)星各系統(tǒng)工作正常，但由于沒有進入預(yù)定軌道，衛(wèi)星無法正常工作。痛惜之余，試驗隊大部分人員立刻投入到了東方紅二號0B星的測試工作，少數(shù)人迅速回北京對東方紅二號0C星進行測試并運往發(fā)射場。不能過年了，可誰也沒多說一句。

兩個多月后的4月8日19點20分，東方紅二號0B星在長征三號火箭托舉下，一飛沖天。這一次衛(wèi)星被成功送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道，發(fā)射取得圓滿成功！

▲研制人員集體攻關(guān)東方紅二號衛(wèi)星的技術(shù)難題

▲ 試驗隊員在運輸專列上探討問題

然而兩天后，正當(dāng)衛(wèi)星進入地球準同步軌道向預(yù)定位置漂移的時候，西安衛(wèi)星測控中心發(fā)現(xiàn)，裝在衛(wèi)星上的蓄電池溫度超過設(shè)計指標的上限值，并不斷上升。本來，按照設(shè)計要求，衛(wèi)星上的電池溫度最高不能超過45℃，可那時，衛(wèi)星上的電池已“高燒”到了60℃！

人們剛剛因發(fā)射成功而喜悅的心瞬間揪起來了：凝聚著舉國民眾期待的衛(wèi)星如果不能立即“退燒”，將會引起衛(wèi)星蓄電池損壞，整個衛(wèi)星可能就要危在旦夕了。

“衛(wèi)星上的蓄電池溫度越來越高，我們首要的是搞清楚溫度高到什么程度就不行了。電池是中電18所研制生產(chǎn)的，他們在設(shè)計時預(yù)留了充足的余量。科研人員緊急在真空罐中做了試驗，摸清了星上蓄電池溫度達到72℃時不會損壞，有了這個保險值，我們的心里就有底了。”多少年后，回憶當(dāng)初搶救“高燒不退”的衛(wèi)星的那一幕，戚發(fā)軔還忍不住有些激動，“這件事啊，他們18所是立了功的。”

急得冒汗的技術(shù)人員迅速冷靜下來，他們判斷衛(wèi)星發(fā)熱是由于衛(wèi)星太陽能電池陣功率過剩引起的，于是果斷地做出了應(yīng)急故障處置決定，減小充電電流，使蓄電池停止升溫。

就這樣，地面發(fā)出了調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)的指令，將太陽入射角由垂直照射增加到151度，使衛(wèi)星幾乎平躺在軌道上。指令發(fā)出后，衛(wèi)星溫度停止上升，并一點一點地回落，蓄電池?zé)崾Э氐膯栴}被解決了。當(dāng)太陽能電池陣與蓄電池工作匹配時，衛(wèi)星恢復(fù)到了正常工作狀態(tài)。一場轟轟烈烈的衛(wèi)星搶救戰(zhàn)終以航天人的勝利宣告結(jié)束。

4月18日上午10點，時任國防部部長的張愛萍在北京指揮所通過東方紅二號0B星，撥通了新疆維吾爾自治區(qū)書記王恩茂的電話，通話聲清晰穩(wěn)定，如在咫尺。

同一天，中共中央、國務(wù)院、中央軍委向全體從事東方紅二號衛(wèi)星研制和試驗的人員發(fā)出了賀電。

4月30日，在人民大會堂隆重舉行了慶祝我國試驗通信衛(wèi)星發(fā)射成功大會，黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人出席了大會。

如今，回溯我國第一顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星誕生的故事，我們看到，30多年來，中國航天的通信衛(wèi)星事業(yè)一日千里，東方紅系列通信衛(wèi)星先后上天，添丁不斷，甚至走出國門，服務(wù)世界。

這是中國航天的驕傲，是一代又一代航天人薪火相傳的使命與責(zé)任。