陳輝

2020年4月24日，是中國第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功50周年紀念日。

1970年4月24日21時35分，由以錢學森為首任院長的中國空間技術研究院自主研制的“東方紅一號”人造衛(wèi)星，在甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功，由此開創(chuàng)了中國航天事業(yè)的新紀元。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。

“東方紅一號”衛(wèi)星設計的工作壽命為20天，于1970年5月14日停止發(fā)射信號，與地面失去了聯(lián)系。由于近地點高度較高，至今仍在軌道上運行。

“東方紅一號”衛(wèi)星是中國衛(wèi)星的“星星之火”，在此之后的50年間，中國衛(wèi)星如雨后春筍，漸成“燎原之勢”。2018年12月25日0時53分，中國通信技術試驗衛(wèi)星三號成功發(fā)射。這一年，全球航天發(fā)射次數(shù)達114次，美國31次，中國39次，中國占世界航天發(fā)射總數(shù)的1/3強，居世界第一。

中國自“東方紅一號”衛(wèi)星發(fā)射后，先后發(fā)射國產(chǎn)衛(wèi)星192顆。除衛(wèi)星發(fā)射外，如今中國衛(wèi)星在太空的數(shù)量僅次于美國、俄羅斯，居世界第三。

“東方紅一號”開創(chuàng)中國衛(wèi)星發(fā)射的新紀元

為了探尋中國衛(wèi)星的發(fā)展歷程，筆者曾采訪中國航天科技集團有限公司和中國衛(wèi)星研制的科研院所及企業(yè)，獲得了一套“當代中國航天事業(yè)”叢書，對中國衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展有了全方位的了解。

1965年8月，中央專委批準了中國科學院《關于發(fā)展我國人造衛(wèi)星工作規(guī)劃方案建議》。后來，此方案被確定為代號“651”。這標志著“東方紅一號”研制任務正式啟動。

“東方紅一號”為科學探測性質(zhì)的試驗衛(wèi)星，其任務是為發(fā)展我國對地觀測、通信廣播、氣象等應用衛(wèi)星取得必要的設計參數(shù)。第一顆衛(wèi)星以發(fā)送無線電碼作為呼號，播放《東方紅》樂曲，讓全世界人民都能聽到中國衛(wèi)星的聲音。

“東方紅一號”工程由國防科委負責組織協(xié)調(diào)，衛(wèi)星本體和地面測控系統(tǒng)由中國科學院負責，運載火箭由七機部負責，衛(wèi)星發(fā)射場由國防科委試驗基地負責建設。

1967年底，中央最后審定的“東方紅一號”衛(wèi)星方案是：質(zhì)量不小于150千克（最后確定173千克），用“長征一號”運載火箭送入軌道。衛(wèi)星運行軌道，距地球最近點439公里，最遠點2384公里，繞地球一周時間為114分鐘。

1970年2月，“東方紅一號”衛(wèi)星、“長征一號”運載火箭、地面觀測跟蹤系統(tǒng)、發(fā)射場建設全部準備完畢。毛澤東批準發(fā)射。

4月2日下午，周恩來在人民大會堂聽取即將發(fā)射的我國第一顆人造衛(wèi)星及運載火箭情況的匯報。他詳細詢問了蘇、美兩國衛(wèi)星發(fā)射的情況，非常關心運載火箭第一級落點位置，對衛(wèi)星運行經(jīng)過國外一些大城市的時間預報很重視，親自寫上也門、烏干達、贊比亞、坦桑尼亞等國首都的名稱，要求對衛(wèi)星通過各國首都時間進行預報。

4月14日晚，在衛(wèi)星和運載火箭完成技術陣地全部測試工作后，周恩來、李先念等在人民大會堂聽取剛從發(fā)射基地返京的錢學森、李福澤等作的關于發(fā)射準備情況匯報，表示十分滿意。

“野東方紅一號”衛(wèi)星

4月24日夜，發(fā)射場和風習習，繁星滿天。21時35分，火箭在震耳欲聾的轟鳴聲中離開發(fā)射架，直刺云天。21時48分，現(xiàn)場廣播中傳來“星箭分離、衛(wèi)星入軌”的喜訊。21時50分，國家廣播事業(yè)局報告，收到我國第一顆人造衛(wèi)星播放的《東方紅》樂曲，聲音清晰洪亮。

晚上10時整，國防科委指揮所向周恩來報告：衛(wèi)星發(fā)射成功，順利入軌。周恩來高興地答復：準備慶賀！他立即向毛澤東報告了這一喜訊。

4月25日下午，新華社受權向全世界宣布：1970年4月24日，中國成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星。

“東方紅一號”衛(wèi)星遨游太空，為五一國際勞動節(jié)獻上了一份厚禮。當天，毛澤東、周恩來在天安門城樓上親切接見了參加研制和發(fā)射人造衛(wèi)星的代表。

“東方紅一號”衛(wèi)星從1965年底開始論證到1970年4月發(fā)射成功，歷時4年多時間。此后，中國發(fā)射的對地靜止通信衛(wèi)星系列——“東方紅”通信廣播衛(wèi)星系列，包括4種不同類型的靜止軌道通信衛(wèi)星，至今發(fā)射了東方紅一號、二號、三號、四號共10多顆衛(wèi)星，已納入我國衛(wèi)星通信業(yè)務系統(tǒng)，社會經(jīng)濟效益明顯。

“東方紅一號”衛(wèi)星的研制和發(fā)射成功，開創(chuàng)了中國衛(wèi)星發(fā)展新紀元，此后中國五大衛(wèi)星系統(tǒng)研制加速，震驚世界。

科學實驗衛(wèi)星探索神奇的空間奧妙

“東方紅一號”衛(wèi)星發(fā)射后，為中國進行空間科學探測展示了廣闊的前景，同時拉開了中國科學探測和技術試驗衛(wèi)星——“實踐”系列衛(wèi)星發(fā)射的序幕。

1970年5月，空間技術研究院向中央拿出了“實踐一號”科學探測和技術試驗衛(wèi)星的方案。8月，中央批準了方案。

“實踐一號”衛(wèi)星采用自旋穩(wěn)定姿態(tài)控制方式，外形與“東方紅一號”衛(wèi)星相似，為72面近似球形多面體，其中28面貼有太陽能電池片。熱控系統(tǒng)采用能保證衛(wèi)星長期工作的百葉窗技術，遙測系統(tǒng)的調(diào)制方案采用脈沖體制。

1971年3月3日，“實踐一號”衛(wèi)星由“長征一號”運載火箭從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。衛(wèi)星重221千克，直徑1米。它在軌道上工作約8年，遠遠超過原定1年的設計壽命?！皩嵺`一號”于1979年6月17日完成預定任務后隕落。

在“實踐一號”之后，我國在1981年9月20日，采取一箭三星的方式，將“實踐二號”“實踐二號甲”“實踐二號乙”衛(wèi)星送入預定軌道，成為世界上第三個掌握一箭多星技術的國家。

1972年4月，“實踐二號”作為我國第一顆專門用于空間物理探測的科學實驗衛(wèi)星被列入國家計劃。七機部責成空間技術研究院總體設計部和空間物理研究所對“實踐二號”衛(wèi)星的探測任務、探測儀器和衛(wèi)星的技術途徑等進行調(diào)研。后來，由于航天科技發(fā)展規(guī)劃的調(diào)整，發(fā)射“實踐二號”衛(wèi)星的運載火箭幾經(jīng)變動，該衛(wèi)星的設計方案也經(jīng)歷了多次演化。

“實踐二號”衛(wèi)星上帶有用于探測太陽活動、地球附近空間的帶電粒子、地球和大氣的紅外和紫外輻射背景及高空大氣密度的11種儀器，并采用了自旋穩(wěn)定、整星對日定向的姿控方式和整星無源主動式熱控等新技術，為中國此后研制各種衛(wèi)星提供了寶貴經(jīng)驗。

“東方紅一號”衛(wèi)星發(fā)射成功后，我國“實踐”科學探測衛(wèi)星共發(fā)射了9顆。其中包括：2004年9月9日發(fā)射的“實踐六號”A星和B星。2006年9月9日，我國將“實踐八號”育種衛(wèi)星成功送入預定軌道?！皩嵺`八號”衛(wèi)星是我國首顆專門用于航天育種研究的返回式技術試驗衛(wèi)星，星上裝載糧、棉、蔬菜、花卉等9大類2000余份約215千克農(nóng)作物種子材料，用于進行空間環(huán)境下的誘變飛行試驗。此后，中國又發(fā)射了10顆“實踐”衛(wèi)星，其中2次失敗，成功率80%。

2010年6月15日，中國成功將“實踐十二號”衛(wèi)星送入太空。根據(jù)北美防空司令部的軌道數(shù)據(jù)，“實踐十二號”升空后成功與“實踐六號03A”衛(wèi)星發(fā)生了“碰撞”。這說明中國成功進行了一次空間交會對接試驗，為“天宮一號”與“神舟八號”的交會對接任務做好了技術驗證準備。

2012年10月14日，中國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征二號丙”運載火箭，采用一箭雙星模式，成功將“實踐九號”A、B衛(wèi)星送入預定軌道。

2013年10月25日，中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功將“實踐十六號”衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星順利進入預定軌道。

2016年4月6日，我國首顆微重力科學實驗衛(wèi)星——“實踐十號”返回式科學實驗衛(wèi)星，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由“長征二號丁”運載火箭發(fā)射成功。這是我國空間科學先導專項首批科學實驗衛(wèi)星中唯一的返回式衛(wèi)星，將利用太空中微重力等特殊環(huán)境完成19項科學實驗，涉及微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學、空間輻射效應、重力生物效應、空間生物技術六大領域。

2016年11月3日，由“實踐十七號”衛(wèi)星和“遠征二號”上面級組成的載荷組合體，在“長征五號”運載火箭的托舉下，成功進入預定軌道。

2017年4月12日，“實踐十三號”通信衛(wèi)星于西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由“長征三號乙”運載火箭發(fā)射成功。衛(wèi)星發(fā)射10多分鐘后，與西昌遠隔萬里之遙的“遠望6號”在赤道附近第一時間發(fā)現(xiàn)并成功捕獲目標，為火箭飛行“保駕護航”，為衛(wèi)星成功發(fā)射作出重要貢獻。

2017年7月2日，搭載著“實踐十八號”衛(wèi)星的“長征五號”遙二火箭，在海南文昌航天發(fā)射場執(zhí)行飛行任務。由于火箭飛行出現(xiàn)異常，發(fā)射任務失利。

2018年1月23日，中國首顆高通量通信衛(wèi)星“實踐十三號”在軌交付，正式投入使用。在軌測試期間，它完成了11個試驗項目。其中首次高軌衛(wèi)星對地高速激光雙向通信試驗的成功，標志著中國在空間高速信息傳輸領域居世界前列，為后續(xù)天地一體化信息網(wǎng)絡國家重大科技工程奠定了基礎。

2019年12月27日，“長征五號”遙三運載火箭將“實踐二十號”衛(wèi)星發(fā)射升空。衛(wèi)星將對“東方紅五號”平臺的八大項關鍵技術進行全面驗證，并對未來空間發(fā)展的新領域、新技術、新產(chǎn)品進行在軌驗證，不僅提升平臺技術成熟度，還將推動牽引以下一代高容量寬帶通信衛(wèi)星為代表的型號立項工作。

從20世紀70年代至今，中國先后研制和發(fā)射了“實踐一號”衛(wèi)星、“實踐二號”衛(wèi)星群、“實踐四號”、“實踐五號”“實踐二十號”等衛(wèi)星，初步形成了“實踐”系列科學探測與技術試驗衛(wèi)星體系。

返回式遙感衛(wèi)星喜獲大量太空原始資料

“東方紅一號”衛(wèi)星派生出來的第二個系列衛(wèi)星，是返回式遙感衛(wèi)星。

返回式遙感衛(wèi)星，是指在軌道上完成任務后，有部分結(jié)構(gòu)會返回地面的人造衛(wèi)星。一般衛(wèi)星在發(fā)射入軌后，就在太空執(zhí)行任務，并不需要返回地面，如通信、導航、氣象等衛(wèi)星。但有的衛(wèi)星需要回到地面，如偵察、科學實驗等衛(wèi)星。

返回式衛(wèi)星最基本的用途是照相偵察。比起航空照片，衛(wèi)星照片的視野更廣闊、效率更高。早期由于技術所限，必須利用底片才能拍攝高清晰度的照片。因此，必須讓衛(wèi)星帶回底片或用回收筒將底片送回地面進行沖洗和分析。各航天大國都曾利用返回式衛(wèi)星做軍事偵察及國土普查?，F(xiàn)在由于可從衛(wèi)星上直接傳送影像數(shù)據(jù)到地面，返回式衛(wèi)星的功能又演變?yōu)榛厥諏嶒炂返目臻g實驗室。

1966年初，七機部第八設計院在總工程師王希季主持下，開始對返回式衛(wèi)星總體方案進行探討，1967年9月進入方案設計階段，1970年3月進入初樣研制階段，1973年1月轉(zhuǎn)入正樣研制階段。

1975年11月26日，我國第一顆返回式衛(wèi)星發(fā)射成功，衛(wèi)星在軌運行3天后成功返回。作為光學遙感衛(wèi)星，第一顆返回式衛(wèi)星上的第一代膠片型航天光學遙感相機恰似其眼睛，能清晰地分辨出公路、碼頭等目標，獲取了我國第一批重要對地觀測資料。中國成為繼美、蘇之后，第三個掌握返回式衛(wèi)星技術的國家。

1976年12月7日，我國第二顆返回式衛(wèi)星進入酒泉發(fā)射場。然而，在發(fā)射的關鍵時刻，出現(xiàn)了重大問題。12月7日12時22分，離火箭點火時間只剩下2分鐘，指揮員下達了“擺桿擺動”口令，操作員立即按下電鈕，但擺桿沒有動。再按仍沒有反應，擺桿失靈了。這時，指揮員果斷下達人工進行擺動的命令。只見3名戰(zhàn)士從地下室沖向幾十米外的塔架。由于即將發(fā)射，塔架上的電梯已經(jīng)斷電，他們只能順著塔架的扶梯，爬上30米高的塔頂，用手擺動擺桿。他們奇跡般地成功了，然后迅速跑回地下室，全過程僅用了5分鐘。

此時已經(jīng)超過預定發(fā)射時間10分鐘，但還在衛(wèi)星發(fā)射的最佳時間內(nèi)，指揮員果斷下達了發(fā)射命令。衛(wèi)星成功進入預定軌道，3天后順利返回。第一顆返回式衛(wèi)星出現(xiàn)的問題全部得到解決。

返回式衛(wèi)星為中國航天遙感事業(yè)首開先河。在傳輸式遙感衛(wèi)星使用之前的20多年里，我國的航天遙感資料都來自返回式衛(wèi)星，應用于國土資源普查、大地測量以及河流、海岸監(jiān)測等方面，還進行了大量的搭載科學實驗，取得了豐碩成果。衛(wèi)星在城鄉(xiāng)規(guī)劃、水利建設、地質(zhì)資源勘探、考古以及空間育種等領域發(fā)揮了重要作用。

中國返回式衛(wèi)星是主要用于國土普查的遙感衛(wèi)星。20世紀70年代以來共研制了6種型號，進行了24次發(fā)射。迄今為止，返回式衛(wèi)星共研制了6種型號：第一代返回式國土普查衛(wèi)星、第一代返回式攝影測繪衛(wèi)星、第二代返回式國土普查衛(wèi)星、第二代返回式攝影測繪衛(wèi)星、返回式國土詳查衛(wèi)星、“實踐八號”育種衛(wèi)星。

在“東方紅一號”衛(wèi)星發(fā)射成功后的50年間，返回式衛(wèi)星成為中國發(fā)射最多的衛(wèi)星系列。在“實踐十號”之前，中國共研制了國土普查衛(wèi)星、攝影測繪衛(wèi)星、空間育種衛(wèi)星等合計6種型號24顆衛(wèi)星，衛(wèi)星平臺經(jīng)過了三代跨越。

從1975年發(fā)射第一顆返回式衛(wèi)星至今，中國已發(fā)射了24顆返回式衛(wèi)星，搭載了數(shù)百個微重力科學實驗室，其實驗成果被應用于新材料的研發(fā)、新藥品的制造以及農(nóng)作物新品種的栽培等方面。

“風云”氣象衛(wèi)星實現(xiàn)“天有可測風云”

古人云：“天有不測風云?！钡袊帮L云”系列氣象衛(wèi)星升入太空，打破了這一古訓。

1969年1月29日，周恩來在接見中央氣象局等單位的代表時指示，一定要采取措施，改變落后面貌，應該搞自己的氣象衛(wèi)星。

1970年2月16日，氣象衛(wèi)星研制任務下達到剛剛組建的上海航天基地。

1977年，國防科工委在上海召開氣象衛(wèi)星大總體方案論證會。會議正式上報中國第一顆太陽同步軌道氣象衛(wèi)星命名為“風云一號”，從此開啟了中國“風云”氣象衛(wèi)星的新紀元。

1988年9月7日，我國第一顆極軌氣象衛(wèi)星——“風云一號”A星在山西太原發(fā)射成功?！帮L云一號”A星星箭分離后14分鐘，廣州氣象衛(wèi)星地面站率先收到幾百幀云圖信號，并實時傳送到國家衛(wèi)星氣象中心，這是中國氣象衛(wèi)星最早的信息。

遺憾的是，“風云一號”A星運行到第39天時姿態(tài)失控，衛(wèi)星未能達到考核壽命半年的要求。

“風云一號”A星失敗后，我國于1990年9月3日用“長征四號”火箭成功發(fā)射了“風云一號”B星，衛(wèi)星每天繞地球14圈，屬于試驗型氣象衛(wèi)星。衛(wèi)星上裝載的遙感器，成像性能良好，獲取的試驗數(shù)據(jù)為后續(xù)衛(wèi)星的研制和管理提供了有意義的參考。衛(wèi)星獲取的遙感數(shù)據(jù)主要用于天氣預報和植被、冰雪覆蓋、洪水、森林火災等環(huán)境監(jiān)測。

“風云一號”B星正常運行165天后，星載計算機突發(fā)故障造成姿態(tài)失控，后經(jīng)搶救恢復正常工作。由于星載計算機受空間環(huán)境的影響，工作不穩(wěn)定，衛(wèi)星斷續(xù)工作，但沒有達到設計壽命要求。

“風云一號”C星于1999年5月10日發(fā)射。衛(wèi)星設計壽命為2年，壽命期內(nèi)云圖資料的可利用率大于97.5%。對空間環(huán)境影響的適應性和系統(tǒng)可靠性都得到較大提高，在軌穩(wěn)定運行了近5年。2000年5月，“風云一號”C星因其在軌運行的穩(wěn)定性和獲取數(shù)據(jù)的準確性，被世界氣象組織正式列入世界業(yè)務極軌氣象衛(wèi)星序列，成為中國第一顆被列入世界氣象業(yè)務的衛(wèi)星，為世界各國免費提供氣象資料。美洲、歐洲和亞洲等地區(qū)多個國家都建立了兼容接收風云1C、1D星的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)和相應的數(shù)據(jù)處理與應用系統(tǒng)?！帮L云一號”衛(wèi)星數(shù)據(jù)成為全球災害監(jiān)測和環(huán)境變化研究的重要數(shù)據(jù)之一。

“風云一號”C星榮獲2001年度國家科學技術進步獎一等獎。

截至目前，我國已成功發(fā)射了10多顆氣象衛(wèi)星，其中7顆在軌運行，實現(xiàn)了極軌氣象衛(wèi)星升級換代和上、下午星組網(wǎng)觀測，形成了靜止氣象衛(wèi)星“多星在軌、統(tǒng)籌運行、互為備份、適時加密”的業(yè)務運行格局。

目前國內(nèi)接收與利用風云衛(wèi)星資料的用戶已超過2500家，其為氣象、海洋、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、航空、航天、環(huán)保等領域提供了大量科學數(shù)據(jù)，支持了78個國家重點科研項目，為我國防災減災、應對氣候變化、保障生態(tài)文明建設等作出了重要貢獻。

“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)打破美國GPS對中國的打壓

2019年6月25日2時09分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征三號乙”運載火箭，成功發(fā)射第46顆“北斗”導航衛(wèi)星。該衛(wèi)星是“北斗三號”系統(tǒng)的第21顆組網(wǎng)衛(wèi)星、第2顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星，實現(xiàn)了區(qū)域組網(wǎng)向全球組網(wǎng)的飛躍。“北斗”衛(wèi)星計劃2020年前后開始全球服務。

目前，世界上有四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)?！氨倍贰毙l(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是中國自主研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是繼美國GPS（全球定位系統(tǒng)）、俄羅斯GLONASS（“格洛納斯”）系統(tǒng)之后第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)?！氨倍贰毙l(wèi)星導航系統(tǒng)和美國GPS系統(tǒng)、俄羅斯GLONASS系統(tǒng)、歐盟GALILEO（“伽利略”）系統(tǒng)，是聯(lián)合國衛(wèi)星導航委員會已認定的四大供應商。

“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具有短報文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。

中國高度重視“北斗”導航系統(tǒng)建設發(fā)展，自20世紀80年代開始探索適合國情的衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)展道路，形成了“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略：

返回式遙感衛(wèi)星

第一步，建設“北斗一號”系統(tǒng)。1994年，啟動“北斗一號”系統(tǒng)工程建設;2000年，發(fā)射2顆地球靜止軌道衛(wèi)星，建成系統(tǒng)并投入使用，采用有源定位體制，為中國用戶提供定位、授時、廣域差分和短報文通信服務;2003年，發(fā)射第3顆地球靜止軌道衛(wèi)星，進一步增強系統(tǒng)性能。

第二步，建設“北斗二號”系統(tǒng)。2004年，啟動“北斗二號”系統(tǒng)工程建設;2012年底，完成14顆衛(wèi)星（5顆地球靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和4顆中圓地球軌道衛(wèi)星）發(fā)射組網(wǎng)。“北斗二號”系統(tǒng)在兼容“北斗一號”系統(tǒng)技術體制基礎上，增加無源定位體制，為亞太地區(qū)用戶提供定位、測速、授時和短報文通信服務。

第三步，建設“北斗三號”系統(tǒng)。2009年，啟動“北斗三號”系統(tǒng)建設;2018年底，完成19顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，完成基本系統(tǒng)建設，向全球提供服務;計劃2020年底前，完成30顆衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)，全面建成“北斗三號”系統(tǒng)。“北斗三號”系統(tǒng)繼承“北斗”有源服務和無源服務兩種技術體制，能夠為全球用戶提供基本導航（定位、測速、授時）、全球短報文通信、國際搜救服務，中國及周邊地區(qū)用戶還可享有區(qū)域短報文通信、星基增強、精密單點定位等服務。

衛(wèi)星導航系統(tǒng)是現(xiàn)代軍事的“太空眼”，沒有它，巡航導彈、激光制導炸彈和戰(zhàn)略核導彈都是“瞎子”。衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要服務于四大領域：軍用，供軍隊使用;導航，供民用飛機、船舶導航以及其他民用工程的定位;測時，供各種觀測臺和天文臺定時用;測地，供大地測量和地球動力學觀測用。

中國成功發(fā)射“北斗”導航衛(wèi)星，引起美、俄、英、法等國媒體的極大關注。這意味著中國打破了西方在太空信息領域的壟斷，形成了美、俄、歐、中在衛(wèi)星導航系統(tǒng)上“四強爭雄”的格局。

美國國防部從1973年進行GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的開發(fā)，是世界上第一個全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)明國。目前GPS系統(tǒng)由28顆衛(wèi)星組成，在相當長的時間壟斷了全球軍用和民用衛(wèi)星導航市場。中國民用車載導航系統(tǒng)基本為美國GPS所覆蓋。

繼美國之后，俄羅斯在衛(wèi)星導航領域也奮起直追。“格洛納斯”導航系統(tǒng)于20世紀70年代由蘇聯(lián)開發(fā)，主要用于軍事領域。1982年發(fā)射首顆導航衛(wèi)星入軌。2001年俄羅斯與印度合作，將其升級為軍民兩用全球?qū)Ш较到y(tǒng)。目前，“格洛納斯”系統(tǒng)完成24顆衛(wèi)星的部署工作后，導航范圍可覆蓋整個地球表面和近地空間，實現(xiàn)全球定位導航，定位精度達到1.5米以內(nèi)?！案衤寮{斯”的定位精度比不上美國的GPS和歐洲的“伽利略”導航系統(tǒng)，但抗干擾能力是最強的，可以有效地防止整個衛(wèi)星導航系統(tǒng)被敵方干擾。

中國“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)的問世，使美國深感不安。美國《太空新聞》報道認為，中國的“北斗”軍事衛(wèi)星導航系統(tǒng)擾亂了美國的計劃。中國航天部門正試圖借鑒歐洲“伽利略”系統(tǒng)，通過發(fā)射與美國導航衛(wèi)星相似的M編碼頻率信號，來壓制美國衛(wèi)星導航系統(tǒng)的軍事優(yōu)勢。美國最好的解決方法是，直接發(fā)展GPS-4，即第四代GPS。

中國“北斗”導航系統(tǒng)的問世和不斷完善，將逐步打破美國GPS一統(tǒng)天下的局面。

探月“嫦娥工程”實現(xiàn)五星紅旗插上月球

中國的探月工程，即“嫦娥工程”，由“嫦娥”系列衛(wèi)星組成。

1994年，我國航天科技工作者進行了探月活動的必要性和可行性研究。1996年，完成了探月衛(wèi)星的技術方案研究。1998年，完成了衛(wèi)星關鍵技術研究，以后又開展了深化論證工作。經(jīng)過10年的醞釀，最終確定我國整個探月工程分為“繞”“落”“回”三個階段。

“繞”為第一階段。首先實現(xiàn)衛(wèi)星繞月飛行探測。這一階段主要任務在于研制和發(fā)射能夠探測月球的衛(wèi)星和火箭，并為后續(xù)工作鋪路。繞月時可利用很多儀器對月球拍照、觀測。

“落”為第二階段。探測器要首先完好無損地降落在月球上，之后才能載人上去。探月飛船一般是主飛船繞著月球飛，然后探測器降落到月球表面。探測完成后，探測器要么留在月球，要么回到繞月的飛船上。這個階段要開展“軟著陸”和月球表面的勘查?！败洝钡囊馑际?，別一頭撞上去，機器要完好，要能接收地球的遙控信號。月球離地球很遠，無線電指揮信號要較長時間才能到達和返回，這對超遠距離通信技術以及月球車自動運行和應對突發(fā)情況的程序研發(fā)也提出了更高的要求。

“回”為第三階段。未來探測器不能長期滯留在“嫦娥”上，而要隨返回艙返回地球。同時，科學家需要在地球上對月球樣本進行分析。因此，這個階段需要有能把月球車采集到的樣品帶回來的技術?！盎亍辈皇侵咐@月球飛行的衛(wèi)星回來，而是指登上月球的探測器能回到地球。

2004年，中國正式開展月球探測工程，并命名為“嫦娥工程”?！版隙鸸こ獭狈譃闊o人月球探測、載人登月和建立月球基地三個階段。

2004年11月19日，“嫦娥一號”開始初樣研制，“嫦娥工程”進入實施階段。2005年底，完成了衛(wèi)星初樣產(chǎn)品的研制和相關試驗。2006年3月，中國探月工程第一顆衛(wèi)星“嫦娥一號”進入有效載荷正樣系統(tǒng)最后聯(lián)試階段，以確保科學探測設備將來在太空正常工作。2006年10月前，完成了探月衛(wèi)星正樣產(chǎn)品的設計、研制、總裝、測試和各項試驗;2007年8月，完成了產(chǎn)品研制，并通過了各項試驗考核驗證。

“嫦娥一號”月球探測衛(wèi)星由中國空間技術研究院承制，由衛(wèi)星平臺和有效載荷兩大部分組成。衛(wèi)星平臺利用“東方紅三號”衛(wèi)星平臺技術研制，科研人員對結(jié)構(gòu)、推進、電源、測控和數(shù)傳等8個分系統(tǒng)進行了適應性修改。有效載荷包括CCD立體相機、成像光譜儀和低能粒子探測器等科學探測儀器。

2007年10月24日18時05分，“嫦娥一號”成功發(fā)射，這是我國首顆繞月人造衛(wèi)星。根據(jù)我國探月工程的四大科學目標，“嫦娥一號”上搭載了8種24臺（件）科學探測儀器，重130千克。該衛(wèi)星的主要探測目標是：獲取月球表面的三維立體影像;分析月球表面有用元素的含量和物質(zhì)類型的分布特點;探測月壤厚度和地球至月球的空間環(huán)境。在圓滿完成各項使命后，于2009年按預定計劃受控撞月。

2010年10月1日18時59分，“嫦娥二號”成功發(fā)射。它是我國探月工程二期的技術先導星，獲得了月球表面三維影像、月球物質(zhì)成分分布圖等資料。

2013年12月2日1時30分，“嫦娥三號”成功發(fā)射。它是我國第一個月球“軟著陸”的無人登月探測器，并創(chuàng)造了全世界在月工作最長紀錄。

2018年12月8日，“嫦娥四號”成功發(fā)射?！版隙鹚奶枴笔恰版隙鹑枴钡膫浞菪牵鳛槭澜缡讉€在月球背面“軟著陸”和巡視探測的航天器，其主要任務是著陸月球表面，繼續(xù)更深層次更加全面地科學探測月球地質(zhì)、資源等方面的信息，完善月球的檔案資料。

“嫦娥五號”是中國研制的首個實施無人月面取樣返回的航天器，也是中國探月工程的收官之作，計劃2020年發(fā)射，實現(xiàn)區(qū)域“軟著陸”及采樣返回。至此，中國探月工程將實現(xiàn)“繞”“落”“回”三步走目標。

量子衛(wèi)星首次實現(xiàn)太空與地面的量子通信

2016年8月16日1時40分，中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征二號丁”運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空，在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。

量子通信的安全性基于量子物理基本原理，單光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復制性，保證了信息的不可竊聽和不可破解，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等的無條件安全，可從根本上永久性解決信息安全問題。中國量子衛(wèi)星首席科學家潘建偉院士介紹，如果說地面量子通信構(gòu)建了一張連接每個城市、每個信息傳輸點的“網(wǎng)”，那么量子科學實驗衛(wèi)星就像一桿將這張網(wǎng)射向太空的“標槍”。當這張縱橫寰宇的量子通信“天地網(wǎng)”織就，海量信息將在其中來去如影，并且“無條件”安全。

中國量子衛(wèi)星首席科學家潘建偉

量子衛(wèi)星于2011年12月立項，是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛(wèi)星之一。

量子衛(wèi)星工程由中科院國家空間科學中心總負責，中國科學技術大學負責科學目標的提出和科學應用系統(tǒng)的研制，中科院上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院抓總研制衛(wèi)星系統(tǒng)，中科院上海技術物理研究所聯(lián)合中國科學技術大學研制有效載荷分系統(tǒng)，中科院國家空間科學中心牽頭負責地面支撐系統(tǒng)研制、建設和運行，對地觀測與數(shù)字地球科學中心等單位參加。

2011年12月23日，量子科學實驗衛(wèi)星工程啟動暨動員會在京召開，標志著量子科學實驗衛(wèi)星正式進入工程研制階段。2014年12月30日，量子科學實驗衛(wèi)星正式轉(zhuǎn)入正樣研制階段。2015年12月6日，量子科學實驗衛(wèi)星系統(tǒng)與科學應用系統(tǒng)完成星地光學對接實驗，驗證了天地一體化實驗系統(tǒng)能夠滿足科學目標的指標要求。

2016年8月16日，“墨子號”量子衛(wèi)星成功發(fā)射升空。2017年1月18日，在圓滿完成4個月的在軌測試任務后，正式交付中國科學技術大學使用。

2017年6月16日，“墨子號”在世界上首次實現(xiàn)千公里量級的量子糾纏，意味著量子通信向?qū)嵱眠~出一大步。8月12日，“墨子號”取得最新成果——國際上首次成功實現(xiàn)千公里級的星地雙向量子通信，為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡奠定了堅實的科學和技術基礎。中國科學技術大學潘建偉團隊宣布，全球首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”圓滿完成三大科學實驗任務：量子糾纏分發(fā)、量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)。

2018年1月，在中國和奧地利之間首次實現(xiàn)距離達7600公里的洲際量子密鑰分發(fā)，并利用共享密鑰實現(xiàn)加密數(shù)據(jù)傳輸和視頻通信。該成果標志著“墨子號”已具備實現(xiàn)洲際量子保密通信的能力。

經(jīng)過多年的努力，中國已經(jīng)躋身于國際一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技術方面也走在了世界前列。

量子衛(wèi)星的成功發(fā)射和在軌運行，將有助于我國在量子通信技術實用化整體水平上保持和擴大國際領先地位，實現(xiàn)國家信息安全和信息技術水平跨越式提升，對于推動我國空間科學衛(wèi)星系列可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

世界上第一顆人造衛(wèi)星是在1957年由蘇聯(lián)人發(fā)射的。1970年4月24日，我國成功發(fā)射第一顆衛(wèi)星“東方紅一號”。到2019年10月，中國正在運行的衛(wèi)星多達301顆。人們回顧中國衛(wèi)星發(fā)展史的時候，永遠不要忘了宇宙中最明亮的那顆中國衛(wèi)星是“東方紅一號”。