在中國通信衛(wèi)星歷史上，2016年是值得銘記的一年。
1月16日0時57分，白俄羅斯通信衛(wèi)星從群山掩映下的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心拔地而起，刺破深空。這標(biāo)志著中國航天邁出了開拓歐洲市場、服務(wù)世界航天的第一步。
對于一個發(fā)展中國家來說，走到打開歐洲市場這一步，頗為不易。
“買星”“造星”之爭
1970年4月24日，“東方紅一號”衛(wèi)星順利發(fā)射升空。
“東方紅一號”的成功發(fā)射，使中國成為繼蘇、美、法、日之后世界上第五個獨立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家。這為中國發(fā)展實用衛(wèi)星奠定了基礎(chǔ)。
就在“東方紅一號”升空那年，已有發(fā)展實用衛(wèi)星的呼聲。
航天專家彭成榮回憶，早在1970年，以石油勘探企業(yè)為主的一些用戶就迫切提出衛(wèi)星通信的要求。由于衛(wèi)星通信具備傳播距離遠(yuǎn)，不受地形限制，可實現(xiàn)大面積廣播，通信容量大，信息傳輸質(zhì)量好，成本較低等特點，中國有關(guān)部門也提出發(fā)展衛(wèi)星通信的要求，以期盡早解決邊疆、海島、山村、沙漠等地區(qū)的通訊問題。
1970年初，在調(diào)研國外通信衛(wèi)星資料的基礎(chǔ)上，中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星研制隊伍提出了通信衛(wèi)星總體方案設(shè)想，并于同年11月召開了方案討論會。
不過，由于運載火箭能力的限制和“文化大革命”的干擾，衛(wèi)星通信工程進展十分緩慢。
兩年后的1972年，美國總統(tǒng)尼克松訪華，打破了新中國成立后中美相互隔絕的局面。當(dāng)時，在周恩來的直接安排下，中方特意租用了一顆國際通信衛(wèi)星，為隨行的美國記者提供服務(wù)，使得美國本土觀眾目睹了這一歷史性事件。
在此事過去后兩年，1974年6月，中國空間技術(shù)研究院組織召開衛(wèi)星方案可行性討論會。
1975年3月31日，中央軍委審議通過了國家計委、國防科委提出的《關(guān)于發(fā)展衛(wèi)星通信問題的報告》，黨中央和毛澤東主席很快批準(zhǔn)了這個報告，代號“331工程”的中國通信衛(wèi)星計劃正式開始實施。
但在此之后，通信衛(wèi)星研發(fā)也并非一帆風(fēng)順。1981年開始，一場“買星”還是“造星”的爭論開始了。
“造星”派認(rèn)為，中國在核心領(lǐng)域、戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)方面應(yīng)當(dāng)堅持自主發(fā)展的道路，通信衛(wèi)星關(guān)乎國家的經(jīng)濟命脈和空間安全，理應(yīng)把“國產(chǎn)”作為首選。
“買星”派則認(rèn)為，從價值規(guī)律出發(fā)，“租星”或“買星”來得快，還可能又好又便宜，因此當(dāng)然是解決國內(nèi)市場燃眉之急的捷徑，畢竟，全世界有170多個國家和地區(qū)利用衛(wèi)星通信，只有少數(shù)幾個國家有自己的通信衛(wèi)星。
雙方爭議持續(xù)幾年，“官司”一直打到了國務(wù)院。1986年3月7日，國家電子振興領(lǐng)導(dǎo)小組會議召開，會議決定，要依靠中國自己的力量研制新一代通信廣播衛(wèi)星。
這意味著，航天人必須在技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、設(shè)施條件差的情況下邁出一大步，趕上20世紀(jì)80年代通信衛(wèi)星的國際水平。
在中國空間技術(shù)研究院各個研究室、車間里，研制工作緊張地開始了。
此后，用了8年時間，中國航天人解決了上百個技術(shù)難點，啃下了硬骨頭課題11項，完成了衛(wèi)星七大系統(tǒng)的研制工作、總裝和發(fā)射前的各項檢測和地面試驗。如果把衛(wèi)星總體設(shè)計部下發(fā)到各分系統(tǒng)的任務(wù)書摞在一起，相當(dāng)于一堵2米多高的書墻。
上萬公里外的“退燒”治療
1983年8月，通信衛(wèi)星工程的五大系統(tǒng)即運載火箭、通信衛(wèi)星、發(fā)射場、測控通信及地面應(yīng)用站已完成配套建設(shè)，基本具備了通信衛(wèi)星發(fā)射試驗的條件，完成總裝測試的衛(wèi)星和運載火箭也相繼運抵西昌衛(wèi)星發(fā)射中心。
1984年1月5日清晨，運輸衛(wèi)星的特種車穩(wěn)穩(wěn)地停靠在高高的發(fā)射塔架前，在發(fā)射人員的操作下，衛(wèi)星被緩緩吊起，裝配在運載火箭頂部。
1月26日16時15分，衛(wèi)星完成了發(fā)射場的各項檢測任務(wù)，發(fā)射倒計時程序進入5小時準(zhǔn)備。
不料，發(fā)射人員按照測試規(guī)定對火箭進行第二次功能檢查時，突然發(fā)現(xiàn)火箭穩(wěn)定系統(tǒng)的一個信號超出正常值。這一異常發(fā)現(xiàn)打亂了正常程序，發(fā)射立即中止。
經(jīng)判定，問題來自陀螺平臺功能性故障。陀螺平臺是火箭的心臟，發(fā)射指揮部決定更換陀螺平臺，改日發(fā)射。
經(jīng)過調(diào)試，1984年1月29日，第一枚長征三號運載火箭載著試驗通信衛(wèi)星從發(fā)射臺上騰空而起，飛向太空。這是西昌衛(wèi)星發(fā)射中心首次進行衛(wèi)星發(fā)射。
但這顆衛(wèi)星沒有被送入預(yù)定軌道，無法正常工作。
西安衛(wèi)星測控中心隨即實施應(yīng)急方案，決定在衛(wèi)星運行第13圈時實施星上遠(yuǎn)地點發(fā)動機點火。經(jīng)過短時間的精心準(zhǔn)備，上述方案成功實施，衛(wèi)星由近地軌道變?yōu)榇髾E圓軌道。盡管無法再作為近地同步衛(wèi)星使用，但是衛(wèi)星被挽回了。
1984年4月8日，第二枚長征三號運載火箭載著新的試驗通信衛(wèi)星再行組織發(fā)射。
正當(dāng)這顆衛(wèi)星進入地球準(zhǔn)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)星上的鎘鎳電池溫度超過設(shè)計指標(biāo)的上限值，并且還有繼續(xù)上升的趨勢。遙測數(shù)據(jù)顯示，衛(wèi)星的外殼和其他部分儀器的溫度也偏高，如果控制不住，溫度繼續(xù)升高，剛剛發(fā)射成功的衛(wèi)星可能報廢。
一場上萬公里外的遠(yuǎn)程“退燒”治療立即展開。地面人員迅速實施技術(shù)操作，新指令發(fā)出后，衛(wèi)星溫度停止上升，然后一點一點地回落，蓄電池?zé)崾Э貑栴}被解決了。
西安衛(wèi)星測控中心對衛(wèi)星姿態(tài)再次調(diào)整后，驗證了這一措施的正確性，保證了衛(wèi)星定點和長期穩(wěn)定運行，衛(wèi)星終于化險為夷。
4月16日18時28分，衛(wèi)星準(zhǔn)確定點于東經(jīng)125度赤道上空的地球靜止軌道，中國擁有了自己的第一顆通信衛(wèi)星。
至此，繼美國、蘇聯(lián)、歐空局和日本之后，中國也掌握了研制和發(fā)射靜止軌道衛(wèi)星的技術(shù)。
“升級”的“東方紅三號”
在“東方紅二號”發(fā)射成功之后，1988年、1990年，中國還先后發(fā)射了兩顆“東方紅二號”甲通信衛(wèi)星。這3顆衛(wèi)星的在軌服務(wù)，大大改變了邊遠(yuǎn)地區(qū)收視難、通信難的狀況。
不過，設(shè)計壽命為4.5年的“東方紅二號”，以及“東方紅二號”甲通信衛(wèi)星在幾年后先后退役。
事實上，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，此前的“東方紅二號”，其性能亦無法滿足市場的需求。作為“繼任者”的“東方紅三號”，隨后登上歷史舞臺。
“東方紅三號”的發(fā)射也有不少坎坷。
1994年11月30日，“東方紅三號”發(fā)射升空，但因為衛(wèi)星推進系統(tǒng)燃料泄漏、推力下降，“東方紅三號”未能在預(yù)定軌道定點，無法正確傳輸通信信號，從而成為了一顆“流星”。
兩年后的1997年，第二顆“東方紅三號”出廠了，大家習(xí)慣稱它為東方紅三號02星。
1997年5月12日零時17分，西昌衛(wèi)星發(fā)射中心試驗靶場上，準(zhǔn)備就緒的東方紅三號02星靜靜地安置在長征三號甲運載火箭頂端。
不久，隨著發(fā)射指揮員一聲令下，發(fā)射按鈕被按下，“東方紅三號”順利升空。當(dāng)天下午4時11分，星上遠(yuǎn)地點發(fā)動機進行了第一次點火，變軌成功。此后，再經(jīng)過兩次變軌，四天之后，衛(wèi)星進入地球準(zhǔn)同步軌道。
東方紅三號通信衛(wèi)星的研制和發(fā)射成功，標(biāo)志著中國通信衛(wèi)星技術(shù)跨上了一個新臺階。
首先，衛(wèi)星功能更強。和只有4個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，主要用于遠(yuǎn)距電視傳輸?shù)摹皷|方紅二號”不同，“東方紅三號”配置了24臺C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，其功率也大大增加，其中6臺中功率轉(zhuǎn)發(fā)器用于傳輸電視，其余18臺低功率轉(zhuǎn)發(fā)器，主要用于電視傳輸、電話、電報、傳真、廣播和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)。
其次，覆蓋區(qū)域更廣�！皷|方紅三號”的主服務(wù)區(qū)覆蓋了中國大陸、海南、臺灣及近海島嶼的所有地區(qū)。
性能大大“升級”的“東方紅三號”衛(wèi)星，極大緩解了中國衛(wèi)星通信的緊張狀況。這顆衛(wèi)星也是中國第一顆面向全社會的民用衛(wèi)星，星載24路轉(zhuǎn)發(fā)器全部投入使用。
值得提及的是，“東方紅三號”為中國航天事業(yè)提供了一個高可靠的通信衛(wèi)星平臺。今天，利用該平臺，中國航天人已經(jīng)研制發(fā)射了數(shù)十顆通信衛(wèi)星，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、嫦娥一號和二號月球探測衛(wèi)星等都是在東方紅三號衛(wèi)星公用平臺基礎(chǔ)上創(chuàng)新研制開發(fā)的。
“東四”打開國際市場大門
不過，東方紅三號衛(wèi)星只占有國內(nèi)民用市場的一小部分，遠(yuǎn)不能滿足衛(wèi)星直播通信的業(yè)務(wù)需求。在其服役期間，20世紀(jì)90年代后期，正是中國市場經(jīng)濟迅速發(fā)展的階段，中國對衛(wèi)星通信的需求出現(xiàn)了一個高潮，國內(nèi)衛(wèi)星水平和運營規(guī)模已不能滿足業(yè)務(wù)需求。國內(nèi)相繼成立衛(wèi)星公司，購買外國通信衛(wèi)星，經(jīng)營衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)成為普遍現(xiàn)象。
而進入21世紀(jì)后，先期購買的衛(wèi)星工作壽命相繼將要結(jié)束，又一次面臨新衛(wèi)星接替的關(guān)鍵時期。
“東方紅四號”在此時期應(yīng)運而生。
要滿足當(dāng)時激增的市場需求，這意味著，“東四”要在“東三”的基礎(chǔ)上，整體技術(shù)難度連上幾個臺階。
輸出功率、載重量、使用壽命是衡量一個衛(wèi)星平臺性能好壞的最為重要的三個指標(biāo)。
“東四”平臺研制團隊毫不猶豫瞄準(zhǔn)了1萬瓦輸出功率，600～800公斤有效載荷、15年設(shè)計壽命的國際先進水平。與之相比，東方紅三號平臺的輸出功率只有1700瓦，有效載荷是200公斤，設(shè)計壽命為8年。
要做到這一點并不容易。
以一萬瓦輸出功率為例。如果繼續(xù)保持“東三”平臺40伏的電壓，電流就會很大，這樣一來，整個平臺的發(fā)熱量就會非常高。而如果提高電壓，電流就會變小，發(fā)熱量也會降低。但是，要提高電壓，一方面對平臺產(chǎn)品的選用標(biāo)準(zhǔn)更為苛刻，另外一方面，在空間環(huán)境下，高電壓很容易使太陽能電池出現(xiàn)打火放電的現(xiàn)象。
面對這種情況，研制團隊一方面組織研制生產(chǎn)適應(yīng)高壓、大電流工況的新器件，同時反復(fù)試驗，比對不同電壓下熱耗和技術(shù)難度的利弊，摸索著最優(yōu)值。從40伏到100伏，每一個電壓值，就意味著研制團隊要進行大量的試驗和數(shù)據(jù)比對，經(jīng)過數(shù)千次的反復(fù)試驗，研制團隊選中了與平臺最為合適的電壓值。接下來，經(jīng)過大小近百次的模擬演練，團隊最終敲定了采取變換傳統(tǒng)太陽能電池板串行走線方式等方法，破解了大功率輸電這個世界級難題。
“‘東四’平臺具有長壽命、高可靠、大容量、大功率、高母線電壓等技術(shù)特點，平臺能力和整星技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達到國外同類衛(wèi)星先進水平，其中在衛(wèi)星姿態(tài)控制精度、電源母線特性、項目研制周期等方面已處于國際領(lǐng)先水平 �！薄皷|四”平臺總設(shè)計師周志成告訴《瞭望東方周刊》。
憑借高性能的“東四”平臺，中國航天不僅一舉扭轉(zhuǎn)了中國通信衛(wèi)星長期依賴進口、受制于人的被動局面，更是開啟了國際商業(yè)通信衛(wèi)星市場大門。
自2004年尼星一號實現(xiàn)整星出口零的突破以來，“東四”平臺成功進入了國際市場并逐步獲得了市場和客戶的認(rèn)可，迄今為止已經(jīng)取得了13個國外客戶訂單，客戶遍及除北美外的所有地區(qū)，已完成委內(nèi)瑞拉一號、尼日利亞IR、巴基斯坦IR、玻利維亞一號等8星的履約，2星正執(zhí)行履約。
至今，“東四”依然是中國航天競爭國際商業(yè)衛(wèi)星市場的主力平臺，承擔(dān)著中國航天每年出口2～3顆國際衛(wèi)星，達到10%的國際市場占有率的重任。
而為了適應(yīng)市場需要，“東四”S平臺、“東四”增強型平臺、東方紅五號平臺等相繼問世，中國通信衛(wèi)星平臺的大家族正不斷壯大。(齊岳峰 蘆垚 本文部分內(nèi)容參考王建蒙《奔月》一書)