跨越65年的发展传奇,中国人造卫星事业站上新起点

太空遨游记 2023-05-18
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宇宙浩瀚无垠,它的神秘与绮丽总是让人心驰神往。身处洪荒宇宙之中,人类渺小如尘埃,却也靠自身无数的星火之力,不断地向那片深邃迈进。宇宙在告诉我们什么?我们又能从它那收获几何?也许通过人造地球卫星(下文简称人造卫星),我们能够得到想要的答案。

六十多年来,中国人造卫星的发展经历了技术准备、工程研制、技术试验、工程应用、创新发展、业界前沿等多个阶段,无数卫星人用坚忍不拔的毅力和毋庸置疑的实力不断地创造着神话。

01

什么是人造卫星?

回答这个问题之前,我们先来看看什么是卫星,它是围绕一颗行星按轨道做周期性运行的天体。环绕哪一颗行星运转,就把它叫做哪一颗行星的卫星。打个比方,月亮围绕地球转动,那么它就是地球的一颗卫星。

人造卫星则是“人工制造的卫星”,人类用火箭把它发射到预定的轨道,使它围绕着地球或其他行星运转,以便进行科学探测、远距离通信或科学研究。

我们为什么要搞人造卫星?

因为在太空工作有诸多益处,首先,太空的高度非常高,可以看得非常远。唐朝诗人王之涣有两句著名的诗:“欲穷千里目,更上一层楼”,想要看到千里之外的风景,必须站到更高的地方。即使人类站在最高的楼上,也只能看到几千米之外的地方,而卫星在太空中,只要转转头,就能从我们国家的最东边看到最西边。

如果想要在地球上观测天气,就必须建设数量众多的气象雷达站。气象雷达站只能建于陆地上,因此无法观测到海洋的天气,但在太空中,只要气象卫星拍摄几张高清照片,就能将全国的天气状况一览无余。同样的道理,如果在地球上想让全球的手机都能接收到信号,就必须要建设为数众多的通信基站,而在太空中,若是想让信号覆盖全球则仅仅需要几十颗通信卫星。

此外,还能够通过卫星观测到人类无法进入的极端恶劣环境。20世纪50年代前,要获取气象观测数据我们不得不依赖气象站的地面和高空观测,占据地球面积绝大部分的海洋、高山、荒漠地区的气象观测数据多数是空白的,人类无法预测海洋上台风的形成,无法快速监测洪涝、火情,为此付出了巨大的财产损失与惨重的生命代价。气象卫星的出现使人们从“坐井观天”走向“放眼世界”,从“天有不测风云”做到了风云可测。

现在,已有几千颗人造卫星悬浮于天穹之上,它们各显神通。根据用途的不同,我们可以将其划分为应用卫星、科学卫星和技术试验卫星三大类。其中应用卫星数量最多,用途也最广,像常见的通信卫星、导航卫星、气象卫星、侦查卫星、地球资源卫星和海洋卫星等都属于应用卫星;科学卫星用于开展科学探测,为人类了解宇宙、探索宇宙提供宝贵资料;而技术试验卫星的功能则是测试新的航天技术、材料、仪器设备到底是否可靠的卫星。这些人造卫星的出现不仅让我们的生活更加便捷,还让人类在探索宇宙未知领域方面迈出了一大步,可以说是人类近代史一项伟大的发明。

02

中国人造地球卫星发展史

一曲《东方红》

——奏响中国人造卫星序曲

(1958至1970年)

打造属于中国的人造卫星的设想始于1958年,毛泽东同志在党的八大二次会议上发出了“我们也要搞人造卫星”的号召。同年8月,国务院科学规划委员会将发射人造卫星列入发展规划。从此,中国人造卫星开启了一条富有中国特色的发展之路。

1960年至1964年,随着不同用途的探空火箭相继上天,研究人造卫星新技术的课题也取得一系列重要成果。卫星的能源、温度控制、结构、测试设备等单项预研不断突破,稳固了人造卫星研制的基础。

1965年1月,倡导研制人造卫星的知名科学家赵九章、钱学森等先后上书中央,建议加速我国空间技术的发展。经过调研,国防科委于1965年4月提出在1970年至1971年发射我国第一颗人造卫星的设想,同年7月委托提出《关于发展我国人造卫星工作的规划方案建议》。中央专门委员会先后批准了该设想与规划建议。自此,中国的人造卫星事业从多年的学术、技术准备阶段转入工程研制阶段。

经过五年的努力,1970年4月24日,我国成功发射了第一颗人造卫星“东方红一号”。该星为球形多面体,总重为173公斤,卫星升空后运行正常,不断播送东方红乐音并下传各种遥测数据。在那一刻唱响的东方红向世界宣告了中国已然成为第五个独立研制和发射人造卫星的国家。

多种类试验

——走向世界人造卫星舞台

(1971至1984年)》

1971年至1984年,中国人造卫星进入了繁忙的技术试验阶段,先后成功研制了返回式遥感卫星和试验性通信卫星。

1975年11月26日,中国的第一颗返回式遥感卫星发射成功,该星在轨道上运行了3天,于29日受控返回地面,取得了预定的遥感资料,使中国成为了世界上第三个掌握卫星返回技术的国家。1976年至1984年,中国相继研制发射了5颗返回式卫星,试验和回收均获得成功。

1970年中国开始探索试验通信卫星,至1975年基本确定卫星方案。1984年1月29日,第一颗试验通信卫星发射。同年4月8日,“东方红二号”地球静止轨道通信卫星成功发射,该星成功进入同步轨道,于4月16日定点于东经125°赤道上空,使中国成为世界上第五个独立研制和发射静止轨道卫星的国家。

在该技术试验阶段,中国还研制并成功发射了7颗不同类型的科学探测和技术试验卫星。中国的卫星人始终在勇毅奋斗,推动中国的卫星事业走向世界舞台。

漫天中国星

——向实际应用领域迈进

(1985至2000年)

随着中国人造卫星在世界历史舞台筑牢根基,卫星的实际应用被广泛关注。1985年以后,中国返回式遥感卫星进行了搭载改造并不断地进行技术升级,取得了遥感及微重力等方面研究的重大成就。该系列卫星在连续多次试验成功的基础上进入了工程应用阶段,为国土普查、资源勘测、铁路选线等国民经济领域提供了大量的图片与数据。

1986年至1990年间,中国成功发射了4颗“东方红二号甲”实用通信广播卫星,为国内多家用户提供了通信、广播、数据传输等服务。1994年11月,中国在首次发射了具有24个转发器的试验性“东方红三号”中等容量通信广播卫星后,于1997年5月发射了经过技术改造的第二颗“东方红三号”通信广播卫星,该系列主要用于电话、数据传输、VSAT网和电视传输等。

1988年9月7日,第一颗风云一号试验性太阳同步轨道卫星成功升空,发回的图像不仅质量不低于美国的卫星,同时也超过了苏联、欧洲和日本同类卫星,获得世界气象部门认可。1990年9月第二颗风云一号试验性太阳同步轨道卫星成功发射,1999年5月第三颗风云一号应用卫星成功发射,它们与后续风云系列卫星为我国天气预报和气象研究发挥了重要作用。

“九五”计划期间,我国人造卫星事业的研制水平与管理能力均得到大幅提升,共计研制和发射了11颗不同类型的人造卫星且成功率100%,取得了良好的应用效果。截至2000年10月,中国共研制并发射了47颗不同类型的人造地球卫星,飞行成功率达90%以上。同时,我国已初步形成返回式遥感卫星、“东方红”通信广播卫星、“风云”气象卫星和“实践”科学探测与技术试验卫星四大系列,被广泛用于经济、科技、文化等各个领域,在实际应用领域取得了显著的社会效益和经济效益。

创新无止境

——加速中国空间发展新态势

(2001至2015年)

二十一世纪以来,世界航天活动呈现出蓬勃发展的新态势,我国人造卫星事业在国家整体发展战略中的作用日益突出。

2001年至2005年,中国人造卫星整体水平明显提高,在已初步形成四个系列的基础上逐渐发展,形成了六个卫星系列,即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、“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、“北斗”导航定位卫星系列。

2006年至2015年,中国人造卫星事业进入快速创新发展阶段,技术水平实现大幅跃升。对地观测卫星基本建成“风云”“海洋”“资源”“高分”“遥感”“天绘”等卫星系列和“环境与灾害监测预报小卫星星座”。

“风云”系列气象卫星已形成极轨卫星上、下午星组网观测及静止卫星“多星在轨、统筹运行、互为备份、适时加密”的业务格局。2013年9月成功发射的风云三号C星的稳定运行标志着我国第二代极轨气象卫星实现了业务服务的转型,该星于2014年4月被空间与重大灾害国际宪章纳入值班卫星。

海洋水色卫星成像幅宽增加一倍,重访周期大幅缩短。2011年8月成功发射的首颗海洋动力环境卫星,实现对海面高度、海浪和海面风场等海洋动力参数的全天时、全天候、高精度综合观测,标志着我国海洋系列卫星体系初步形成。

“资源”卫星的空间分辨率和图像质量得到大幅提升,2011年12月成功发射的资源一号02C星填补了国内高分辨率遥感数据的空白,资源三号01、02立体测绘卫星实现双星组网和业务化运行,显著增强中国独立获取地理空间信息的能力以及测绘服务的保障能力。

高分辨率对地观测系统建设全面推进,2013年4月和2014年8月,高分一号与高分二号卫星相继发射并投入使用,标志着中国遥感卫星应用进入新阶段,高分二号卫星的空间分辨率首次精确到1米以内,中国光学遥感探测进入亚米级时代。2015年12月成功发射的高分四号卫星是中国首颗地球同步轨道高分辨率对地观测卫星。

2015年10月,吉林省第一颗自主研发的吉林一号一箭四星成功发射,推动我国航天遥感应用领域向商业化与产业化发展迈出了重要的一步。

通信广播卫星全面推进了固定通信、移动通信、数据中继卫星系统建设。亚太、中星等系列通信卫星成功发射,固定业务卫星通信保障体系基本建成,覆盖中国国土及全球重点地区。首颗移动通信卫星天通一号成功发射。建成由三颗天链一号卫星组成的第一代数据中继卫星系统。星地激光链路高速通信试验取得圆满成功。东方红五号超大型通信卫星平台研制进展顺利。2020年11月,全球首颗6G试验卫星电子科技大学号成功发射,标志着中国探索太赫兹空间通信技术有了突破性进展。

我国独立开发的北斗二号卫星导航系统全面建成,2007年4月至2015年9月,20颗北斗导航卫星顺利发射并组网,当前已正式向亚太地区用户提供定位、测速、授时、广域差分和短报文通信服务。北斗全球系统建设正在顺利推进。

同时,此阶段内中国成功研制发射多颗“实践”科学探测与技术试验系列卫星和微小卫星,为空间环境探测、空间科学实验和新技术验证提供了支撑平台。

用实力说话

——稳固卫星国际上层影响力

(2016年至今)

2016年以来,中国人造卫星事业进入技术精进的快车道,一系列辉煌成就屹立于国际之林。

中国高分辨率对地观测系统天基部分基本建成,对地观测迈进高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率时代。陆地观测业务服务综合能力大幅提升,成功发射陆地探测一号卫星、资源三号03星、环境减灾二号A、B、E星、高分多模综合成像卫星、高光谱观测01、02星、高分三号01、02、03星以及多颗商业遥感卫星等。海洋观测实现全球海域多要素、多尺度、高分辨率连续覆盖,成功发射海洋一号C、D星及海洋二号B、C、D星。

大气全球化、精细化综合观测能力实现跃升,成功发射新一代静止轨道气象卫星风云四号A、B星,实现全天候、精细化、连续大气立体综合探测和快速响应灾害监测,其正式交付实现了我国静止轨道气象卫星从 “并跑”向国际“领跑”的跨越,对于提高我国航天事业与气象事业的国际地位与影响力具有重大意义。

成功发射风云三号D、E、G星,其中2023年4月16日发射的风云三号G星是我国首颗、国际上第三颗主动降水测量卫星,全球降水星家族从此有了“中国造”,而我国一跃成为全球唯一同时业务运行晨昏、上午、下午和倾斜四条近地轨道气象卫星的国家。成功发射风云二号H星,为“一带一路”沿线国家和地区提供卫星监测服务。遥感卫星地面系统持续完善中,基本具备卫星遥感数据全球接收、快速处理与业务化服务能力。

固定通信广播卫星系统建设稳步推进,覆盖区域、通信容量等性能进一步提升,成功发射中星6C、6D及中星9B等卫星,支持广播电视业务连续稳定运行。成功发射中星16、19、26及亚太6D、6E等卫星,中国卫星通信进入“高通量”时代。2023年1月发射的亚太6E卫星是我国首颗全电推通信及首颗自主实现轨道转移的卫星,主要用于为东南亚地区提供高通量通信服务。2023年2月发射的中星26号卫星是我国首颗超百Gbps容量高通量卫星,该星进一步缩小了城乡“数字鸿沟”,提供了更高速的专用通信和卫星互联网接入服务。

移动通信广播卫星系统逐步完善,成功发射天通一号02、03星,与天通一号01星组网运行,具备为中国及周边、亚太部分地区手持终端用户提供语音、短消息和数据等移动通信服务能力。中继卫星系统建设迈入升级换代新阶段,成功发射天链一号05星和天链二号01、02、03星,综合性能迎来跃迁式提升。卫星通信广播地面系统持续完善,形成全球覆盖天地融合的卫星通信广播、互联网、物联网及信息服务能力。

北斗三号全球卫星导航系统全面建成开通,2020年6月北斗三号最后一颗组网卫星发射成功,在轨卫星顺利完成组网,北斗系统“三步走”战略圆满完成,正式进入服务全球新时代。北斗系统具备定位导航授时、全球短报文通信、区域短报文通信、国际搜救、星基增强、地基增强、精密单点定位共七类服务能力,服务性能达到世界先进水平。

多颗新技术试验卫星成功发射,新一代通信卫星公用平台、甚高通量通信载荷、Ka频段宽带通信、星地高速激光通信等技术试验验证如火如荼开展中。

悟空号暗物质粒子探测卫星获取了宇宙射线电子、质子和氦核能谱精细结构。成功发射慧眼硬X射线调制望远镜卫星,实现宇宙磁场测量和黑洞双星爆发过程全景观测。成功发射羲和号太阳探测科学技术试验卫星,获得多幅Hɑ波段不同波长点的太阳光谱图像。

张衡一号电磁监测试验卫星获取了全球地磁场和电离层原位数据,构建了全球地磁场参考模型。全球二氧化碳监测科学实验卫星获取了全球高精度二氧化碳分布图,卫星数据向全球免费共享。利用墨子号量子科学实验卫星,开展千公里级星地量子纠缠分发和隐形传态实验、引力诱导量子纠缠退相干实验,完成基于纠缠的无中继千公里量子密钥分发。成功发射太极一号和天琴一号空间引力波探测试验卫星。

当前,围绕极端宇宙、时空涟漪、日地全景、宜居行星等科学主题,空间引力波探测卫星、爱因斯坦探针、太阳风-磁层相互作用全景成像卫星、高精度地磁场测量卫星等正在持续研制中。

在国际交流方面,近年来中国人造卫星事业与法国、意大利、巴西、埃塞俄比亚、巴基斯坦、委内瑞拉、苏丹、阿尔及利亚等国均有所合作,这不仅有利于各国卫星技术的提升,对维护世界和平稳定、提升中国国际影响力也发挥着重要作用。

03

全球人造卫星最顶尖强国

世界各国卫星数量排名情况如何呢?据民间统计(注:各国官方暂未正式公布卫星数量,由此数据为估算),截至2022年1月1日,世界上在轨运行卫星数量最多的国家是美国,大约2944颗。下面分别介绍全球十大卫星制造发射强国如下:

一、美国

全球卫星地位:世界上的第一颗通信卫星由美国在1958年发射。全球第一艘载人飞船"阿波罗号"登上月球。全球现阶段卫星数量最多的国家。

卫星数量:大约2944颗

美国是世界上较早开展航天活动的国家,其活动规模和技术水平居世界前列。世界上的第一颗通信卫星就是由美国在1958年发射,名为“斯科尔卫星”,开启了人类通讯事业的新纪元。值得一提的是,早在1957年10月4日,苏联使用洲际弹道导弹R-7发射了世界上第一颗进入地球轨道的人造卫星斯普特尼克一号(Sputnik-1)。

苏联人造卫星的成功发射,给美国带来了巨大的震撼。由此,美国1964年 8月19日发射了世界第一颗地球静止轨道试验通信卫星,使卫星通信进入实用阶段。美国第一颗“探险者”号卫星成功升空事实上只比世界上第一颗卫星苏联的“斯普特尼克”号卫星晚了四个月。尤其是1969年7月21日,美国即实现了人类第一次载人登月,并留下了“我的一小步,人类的一大步”的名言。特别是美国的"先驱者"10号约于1986年10月穿过冥王星的平均轨道,成为飞离太阳系的第一个航天器。

美国在1958年1月31日用"丘辟特"C火箭(改名"丘诺" 1号火箭)成功发射美国第一颗人造卫星"探险者"1号。为了加速发展航天事业,美国在1958年2月成立了国防部高级研究计划局,并在同年 10月成立主管民用航天活动的美国国家航空航天局。

美国从1961年开始实施"阿波罗"登月计划("阿波罗"工程),1969年7月首次把两名航天员送上月球,并安全返回地球。从1972年起美国航天活动的重点转向开发和利用近地空间并开始研制航天飞机。1982年11月航天飞机进行首次商业飞行,到1984年底已飞行14次。

1984年1月美国国家航空航天局还开始研制永久性载人航天站。

值得一提的是,在第二次世界大战中,作为德国向美国投降的航天科学家,韦纳·冯·布劳恩对美国航天事业的产生十分重要影响:比如美国第一颗卫星的发射成功,以及第一艘载人飞船"阿波罗11号"登上月球作出突出贡献,而美国航天飞机的研制也是自他手中发端。

美国总统特朗普组建“天军”的命令另世界愕然。美军建立了庞大的军用通信卫星系统,其规模和性能在当今世界上都是首屈一指。

据UCS卫星数据库截至2021年12月31日的统计,全球在轨运行卫星总数约4852颗,美国是现阶段卫星数量最多的国家,在轨运行卫星共约有2944颗。在民用卫星方面,美国马斯克的星链卫星在全球科技企业中独树一帜,数量众多,应用前景良好。

二、中国

全球卫星地位:中国航天全年发射次数达55次再创新高并稳居世界第一。中国的“墨子号”量子科学实验卫星,首次在全球实现1200公里间的量子态远程传输,。中国在构建全球化量子信息处理和量子通信网络建设领域实现全球领先。中国成功发射了世界上第一颗6G通信测试卫星。

卫星数量:大约499颗

中国是享誉世界的卫星制造、发射强国。数据显示, 2021年,中国航天全年发射次数达55次再创新高并稳居世界第一。早在2014年中国在轨卫星数目为139颗,超过俄罗斯的134颗迈上全球在轨卫星第二大户,但少于美国的400多颗。据中国当时的航天发展目标,到2020年将会有超过200颗在轨航天器,而俄罗斯计划到2025年将在轨卫星群提高到181颗。未来的十年将是卫星制造和发射的黄金十年。

中国自1970年4月24日我国发射第一颗人造地球卫星“东方红一号”至2020年4月,中国共发射400多颗人造卫星。特别是2019年,中国航天全年发射次数达 55次稳居世界第一。2019年,中国首次尝试一箭七星模式并取得成功。值得一提的是,东方红一号卫星是中国继苏、美、法、日之后,世界上第五个用自制火箭发射国产卫星的国家。

中国工程院院士、神舟飞船首任总设计师戚发轫和中国科学院院士、长征三甲系列运载火箭总设计师姜杰一致表示:“现在中国卫星在轨数量世界第二,但是在卫星应用能力上还是不足”。另外据UCS卫星数据库显示,继美国之后位居各国卫星数量排名第二的是中国,中国在轨运行卫星共约499颗。

值得一提的是,中国的北斗系统已经被国际民用航空组织(ICAO)、国际海事组织以及世界通信标准组织3GPP等接受并纳入其标准体系,是继美国GPS、俄罗斯GLONLAS之后第三个国际海事组织认可的世界无线电导航系统。北斗导航系统在全球组网的同时,得到了世界的高度认可。

中国的“墨子号”量子科学实验卫星,首次在全球实现1200公里间的量子态远程传输,意味着我国在构建全球化量子信息处理和量子通信网络建设领域实现了遥遥领先的。早在2012年,潘建伟院士就率领团队进行过一次百公里自由空间量子隐形传态,而10年后传输距离直接变成了1200公里。如此突破在全球算是首例。

中国科学家创造了量子物理学领域的一个纪录。权威专家说,美国《科学》杂志上发表的试验报告代表了一个从未进行过测试的由来已久的理论有了首个可衡量证据。(注:中国研究人员曾经在《科学》杂志上发表论文称,中国的量子卫星成功在相距1200公里的地面站点之间分发了纠缠光子。)。加拿大滑铁卢大学量子计算研究所教授诺伯特·吕特肯豪斯说:“这是首次在卫星和地面之间实现能实际使用的量子通道。多年来人们一直在说要做这个试验,而中国科学家真正做到了。”他还表示,设计、发射和操纵具有这样性能的卫星并非易事,这是一个伟大的工程成就。

环球网之前的报道,中国研究人员在山西太原卫星发射中心,成功发射了世界上第一颗6G通信测试卫星,此举旨在验证第六代网络在太空中的性能发挥。6G频段将从5G毫米波频率扩展到太赫频率。另外,中国还有领先世界的一大技术就是我国独有的寄生星,寄生星是我国在太空领域的重器。

三、英国

全球卫星地位:英国成为第6个用自制火箭成功发射人造卫星的国家。英国的航空航天工业在规模上居欧洲的首位。英国的航空发动机技术也居于世界前列。

卫星数量:大约368颗

英国是最早建立航空航天工业的国家之一。第二次世界大战期间,英国首先研制成功实用的喷气发动机。英国早在40年代末,其第一架涡轮螺旋桨旅客机“子爵”号和第一架涡轮喷气旅客机“彗星”号先后试飞成功。1968年 2月,“三叉戟”2E飞机最早装备了全天候自动着陆系统,1969年,装转向喷口发动机的“鹞”式飞机成为世界上第一种实用型垂直和短距起落飞机。

英国1971年10月发射人造卫星成功,使英国成为第6个用自制火箭成功发射人造卫星的国家。早在70年代,英国和法国联合研制的“协和”号超音速民航机成功实现了超音速越洋载客飞行。

值得一提的是,英国的航空航天工业在规模上居欧洲的首位,早在1984年约有从业人员20万人,年销售额超过100亿美元。航空航天企业经过几次大的合并和改组,共有 300多家公司,英国主要的公司有:英国航空航天公司,能生产军用和民用飞机、导弹以及人造卫星、探测器等航空航天产品;维斯特兰公司是英国主要的直升机制造公司;肖特兄弟公司生产运输机、小型飞机和导弹。航空发动机公司只有罗耳斯·罗伊斯公司一家。另外,大约有10家主要的航空航天电子公司和300家航空航天设备公司。

英国的航空发动机技术也居于世界前列。罗耳斯·罗伊斯公司是欧洲最大的航空发动机企业,它研制的各种喷气发动机为世界军用和民用飞机广泛采用。英国的航空雷达、飞机自动着陆装置、弹射救生设备和气垫船等都是在世界上较先设计和使用的,享有非常大的国际声誉。

英国政府对航空航天科学研究工作甚为重视。航空航天企业的科研费中,政府的资助和贷款达70%,高于其他行业。英国皇家航空学会和英国星际航行学会是英国航空航天界的学术团体,都是世界上建立较早的航空航天学术团体,在国际航空航天学术领域享有威望。学会出版技术文献,组织学术讨论,并提供学术奖励和奖学金等。

英国民用空运公司主要有 6家,最大的有英国海外航空公司(国际航线)和英国航线公司(国内航线),1983年共拥有飞机288架,其中美国和本国制造的大约各占一半。另外还有上百家小的航线公司,拥有各种飞机740架。英国的军方 1983年约装备飞机 2695架,其中空军约装备1810架,主要装备欧洲合作研制的“狂风”、“美洲虎”战斗机和本国制造的“鹞”式战斗机。英国还独自研制或与其他国家合作研制人造卫星、探空火箭、卫星地面设备及其他航天产品。

值得一提的是,早在全球太空竞赛环境下,相比美国、中国等国家,英国可能不太起眼。但英国仍在积极参与太空航天事业。英国还拥有两大国际著名的民营航天科技公司:维珍银河和维珍轨道。据民间统计,现阶段英国在轨运行卫星数量约368颗,一直为世界卫星排名前十的国家。值得一提的是,英国为了获得竞争优势,其国防部已在当地时间2021年4月1日成立太空司令部。

四、日本

全球卫星地位:日本是全球第四个拥有人造卫星技术的国家。

卫星数量:大约205颗

日本是全球第四个拥有人造卫星技术的国家。1955年,日本东京大学成功进行了“铅笔”火箭的水平发射实验,自此日本航天事业正式启航;1970年将首颗人造卫星“大隅”送入轨道后,日本的空间探索技术也开始急速发展。据民间统计,截至2022年前后,日本在轨运行卫星数量约205颗,是发射卫星最多的国家之一。历史上日本卫星制造发射分为几个重要阶段:

1955~1969年:开始阶段

日本航天计划始于1955年,首先在东京大学工业科学研究所开始研制探空火箭。1964年,东京大学成立了日本宇宙与航空科学研究所(ISAS),1981年改称日本宇航科学研究所。1966年~1969年期间,ISAS在尝试发射日本第一颗卫星过程中,经历了4次失败。导致1969年10月1日成立日本国家宇宙开发事业团(NASDA)。从此NASDA开始成为日本开发太空能力的主导机构。1969年,日本与美国签订了一份协议,允许向日本转让美国运载火箭的不保密技术。但该协议有些条款,禁止日本再出口火箭技术,因而阻止了日本在全球发射服务市场占有一席之地。

1970年代:采购美国技术

1970年代,日本采取了从美国公司采购运载火箭技术的战略。日本也与美国公司组成团队获得开发其卫星通信系统的能力。

1970年2月,ISAS成功发射了日本的第一颗人造地球卫星大隅号(OHSUMI)。同年,NASDA开始研制N-1运载火箭。N-1运载火箭是麦克唐纳•道格拉斯公司研制的德尔他火箭的升级版。值得一提的是,美国公司提供技术援助,发放产品许可证,或是直接提供运载火箭上的几乎所有硬件产品。1975年9月,日本首次用N-1火箭发射卫星,其地球同步转移轨道的运载能力仅为260kg。1976年,NASDA开始研制N-2火箭,其地球同步转移轨道的运载能力也仅为715kg,而且其零部件仍主要来源于美国供应商。

1970年代期间,日本发射的通信卫星中,日本公司的贡献是有限的。例如,在1978年发射的第一颗通信卫星(CS)中,日本零部件仅占24%,其他的部件均来自福特航空航天通信公司(即劳拉空间系统公司)。

1977年发射的工程试验卫星-Ⅱ(ETS-Ⅱ)中有日本的零部件40%,1978年发射的广播卫星(BS)中,仅有15%的日本零部件。由此,在1970年代,日本在提高其航天能力方面不得不大量依靠美国供应商。

1980年:自主开始阶段:

1980年代,日本航天活动主要是研制H系列运载火箭。N-1和N-2火箭有限的承载能力不能胜任发射大多数应用卫星。针对这种情况,1981年开始研制H-1火箭,1986年首次发射。H-1运载火箭可将1100kg重的卫星发送到地球同步转移轨道。H-1火箭的发射显示出日本航天工业的能力迈出了重要的一步。尽管H-1火箭可用于发射日本大型卫星,但由于它含有美国技术,因此,日本在国际发射市场的竞争中依然受到限制。日本为满足更大承载能力的需要,并积极在国际发射服务市场参与竞争,1986年日本开始研制H-2火箭(简称H-2)。它是日本完全依靠自己的技术独立研制的大型运载火箭,能把4000kg的卫星送入地球同步转移轨道。发射H-2的计划推迟了两年,1994年2月才首次发射。

值得一提的是,1980年代,日本也提高了本国通信卫星的开发能力。1981年发射的工程试验卫星-Ⅳ(ETS-Ⅳ)是日本自主研制的第一颗通信卫星(comsat)。日本东芝公司在向美国通用电气公司取经学习广播卫星(BS)系列中也未修成正果。BS-2卫星上的日本零部件仅增加到30%。

1980年代末,日本国内通信卫星市场的政策发生了变化。1989年前,日本国内通信卫星市场由日本供应商所垄断,以此来提高日本卫星通信的能力。1989年,日本国会取消了国内通信卫星市场的限制,在平等基础上为非日本供应商打开了实用型卫星的竞争局面。

1980年代日本研制和发射了第一颗遥感卫星——海洋观测卫星-1(MOS-1),MOS-1于1987年用N-2火箭发射,设计寿命2年,实际在轨运行9年。1990~2003年,日本自主研制了H-2、H-2A火箭、“国际空间站”日本试验舱,且启动了日本侦察卫星计划。但从1994年开始,一连串的卫星和运载火箭发射失败却影响了日本卫星和火箭的前进的步伐。

1993年12月,日本地球资源卫星(JERS)上的短波红外(SWIR)遥感器由于致冷器故障导致其功能失灵。1994年8月,H-2火箭第二次发射,将ETS-6卫星送入大椭圆地球同步转移轨道,但是因ETS-6卫星上的双组元远地点发动机故障而未进入预定的地球静止轨道。1996年8月先进地球观测卫星-1(ADEOS-1)在发射入轨10个月后由于太阳电池阵故障而失去工作能力。2002年12月发射的ADEOS-2卫星,也由于“未知的异常”原因,于2003年10月与地面失去联系。

这种失败的阴云扩展到H-2火箭。1998年2月,H-2火箭未能把通信广播工程试验卫星(COMETS)送入地球同步转移轨道。1999年11月H-2火箭再次发射失败,损失了一颗多功能运输卫星(MTSAT)。H-2火箭连续发射失败,不仅造成重大经济损失,更重要的是影响了日本在商业卫星发射市场中的声誉。1999年12月,日本决定取消H-2火箭剩下的最后一次发射并延期。

H-2A首次发射是在2001年8月,并获得成功。它的第2次发射是在2002年2月,取得部分成功。紧接着日本H-2A火箭又有两次成功的发射:2002年12月的ADEOS-2卫星和2003年3月一箭双星发射的头两颗军用侦察卫星。但在2003年11月,H-2A火箭搭载第二对侦察卫星发射时,大约10分钟后火箭出现故障,星箭自毁。这次失败导致H-2A发射中止。

日本航天计划失败的原因很多,涉及的领域也很广。其中包括遥感致冷器、远地点发动机,太阳电池阵和通信卫星的失效以及低温一级和二级发动机、固体火箭发动机等故障。但还未发现因为一个共同的技术问题导致重复的失败。这些问题的多样性表明,日本航天计划的失败不是由于设计上的缺陷,而是普遍缺乏严格精准的测试、质量控制和质量保证。

五、俄罗斯

全球卫星地位:俄罗斯(包括前苏联)在世界航天史上创造了非常多“第一”:比如第一名宇航员飞向太空、第一次实现太空行走、建立人类历史上第一个“太空轨道空间站”等等。

卫星数量:大约169颗

苏联发射了全球第一颗人造地球卫星--斯普特尼克1号。这一事件具有划时代的意义,它宣告人类已经进入空间时代。当时消息迅速传遍全球,世界为之震惊,世界各大报刊都在显要位置用大字标题报道:《轰动20世纪的新闻》、《科技新纪元》、《苏联又领先了》、《俄国人又打开了通住宇宙的道路》等。

第一颗人造地球卫星呈球形,直径58厘米,重83.6公斤。它沿着椭圆轨道飞行,每96分钟环绕地球一圈。人造地球卫星内带着一台无线电发报机,不停地向地球发出“滴——滴——滴”的信号。

值得一提的是,苏联解体后,俄罗斯航天事业失去了原有的特殊地位。新世纪以来,俄罗斯一直试图通过改革创新扭转颓势,希望摆脱“吃老本”的形象。截至2022年前后,俄罗斯的在轨运行卫星数量约169颗,曾经为全球卫星数量排名前五。每年航空日上,俄罗斯都会纪念加加林首次进入宇宙的壮举,有着要在航空业创造更大辉煌的愿景。

俄罗斯1961年4 月12日, 前苏联成功地将航天员加加林送入地球轨道, 在世界上实现了首次载人航天, 开创了人类进入太空和开发利用宇宙的新纪元。

值得一提的是,前苏联共发展了五个型号的载人飞船和两个型号的轨道站, 此外还有两个型号的货运飞船。比如 东方-1号载人飞船,发射日期在 1961年4 月12日, 航天员是享誉世界的加加林飞行任务,是世界上首次载人轨道飞行。飞行时间1 小时48分钟。飞行目的是了解人体在航天中的生理反应。飞行中记录了航天员的心电图和呼吸描记图。飞行证实了载人航天的可能性。

前苏联自1961年4月到1970年9月共发射了17艘载人飞船。1965年3月航天员在"上升"号上第一次走出飞船,1966年1月两艘"联盟"号飞船第一次在轨道上交会对接,并实现两个航天员从一艘飞船向另一艘飞船转移。1971年到1982年发射了7艘重量为18~20吨的"礼炮"号空间站,截至1985年还发射了27艘载人飞船("联盟"T号、TM号)和25艘无人飞船("进步"号)用作天地往返运输系统。1986年发射了"和平"号空间站,这是未来永久性空间站的核心舱,将于90年代建成由7个舱组成的大型空间站。

值得一提的是,俄罗斯计划21世纪前期发射无人和载人火星飞船以及建立载人月球基地。设计寿命为五年的"和平号"空间站运行了十五年,于2001年3月23日13时59分安全地坠落在南太平洋海域。

俄罗斯还拥有全球导航卫星系统简称GLONASS,是俄罗斯空间局管理的卫星定位系统,预计共发射有24颗卫星。

最后

当今世界,越来越多的国家瞄准浩瀚宇宙大力开发太空关键资源,世界人造卫星事业随之进入了新时代革新发展的新阶段。中国人造卫星事业站在新起点上,将不断创新发展、做大做强,把牢在国际卫星事业上的地位与话语权,为增进民生福祉、服务人类文明进步、维护世界和平稳定作出更大的贡献。

文章来源: 上海卫星,市值战略研究院,中国的航天

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来自:太空遨游记
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