上得去，回得來——中國第一顆返回式衛星誕生記
我國的面積有多大？海洋面積包括哪些區域？海岸線有多長？在20世紀60年代，人們對這些問題的答案是模糊的，但又是必須要盡快搞清楚的！遙感衛星是最可靠的途徑，但是由于技術所限，衛星必須利用底片才能拍攝高清的照片，也就是說，衛星拍攝了照片之後還要返回地面，才能将照片沖洗出來分析，這就是返回式衛星。
中國第一顆返回式衛星
在當時，隻有美蘇兩國成功發射和回收了返回式衛星，這種技術成為了他們争奪空間霸權、進行戰略偵察、獲取各種情報的主要手段。為了保護國土安全，中國要打破這種大國壟斷的局面，同時為載人航天事業打下基礎，于是返回式衛星的研究工作被批準正式開始。
返回式衛星的“過人之處”？
盡管當時中國第一顆人造衛星“東方紅”一号已經順利升空，但是返回式衛星要複雜得多，即使是美國，到了上世紀70年代，返回式衛星發射回收的失敗率仍在1/3左右。那麼研制返回式衛星到底難在哪裡？返回式衛星是怎麼上去又回來的？
返回艙着陸
簡單來說，研制的難點包括衛星返回的路線調整、防熱、着陸及尋找等。
首先，衛星要返回，必須在預先的設計中設置返回程序，“返鄉”之前，衛星要調整飛行狀态，即脫離原來的運行軌道。如果調整的角度太大，衛星會徑直沖入大氣層，巨大的空氣阻力将導緻溫度過高；如果角度太小，衛星就不能脫離軌道。
其次，衛星在降落過程中，要摩擦生熱。因此，需要選用特殊的耐高溫的材料才能保護返回艙不被高溫損壞。
再次，衛星返回地面需要很長的運行區間，而地球不停地自轉和公轉，使衛星回地面的運動路線更為複雜，因此必須建立大範圍、多功能的地面測控網，全程跟蹤衛星的運行。
最後，衛星返回過程中，距離地面一定距離的時候要減速，這就需要減速傘的幫助。而這個過程中，降落傘打開的時間非常重要，它決定了衛星是否能夠安全着陸。而降落傘打開的時間也需要提前設置。
總而言之，返回式衛星不僅對技術要求很高，相應地，研制成本也很高，因此大部分衛星都沒有設置返回程序。面對資金不足，技術空白的局面，當時的中國科研人員是如何研制出第一顆返回式衛星的呢？
“業餘時間”搞出來的正業
1966年，我國第一顆返回式衛星的研制工作正式開始了。但是當時正值文革期間，正常的工作秩序受到破壞，研究小組的工作也不例外。此外，在技術上，科研人員也遇到了困難——當時并沒有公開發表的精确的衛星返回軌道計算方法、沒有合适的制造衛星的耐高溫材料、沒有供監控衛星的地面測控網……因此研制返回式衛星可謂是困難重重。
不過，科研人員們并沒有氣餒，一個個都拿出了“兵來将擋水來土掩”的氣勢。文革期間，科研人員白天被安排去“革命”，那就晚上來工作！在那些日子裡，科研人員們經常挑燈夜戰，夜裡一兩點了還不舍得離開辦公室。就是在這樣艱難的條件下，經過一年多的努力，研究小組就拿出了返回式衛星的總體方案論證報告，确定了衛星的外形和内部結構。
工作時間可以解決，技術問題也可以解決。衛星的構型确定之後，科研人員就要開始攻克返回式衛星的關鍵技術難關，其中能“返回”就是關鍵技術之一。當時中國對精确的衛星返回軌道計算方法一無所知。面對這個卡脖子的難題，科研人員很苦惱，但是他們選擇迎難而上，沒有現成的資料，就創造資料！經過不知多少個日日夜夜的奮戰，他們利用導彈的精确運動方程和返回式衛星返回艙的氣動特性，硬是推導出了一套算法。
運載第一顆返回式衛星的長征二号運載火箭豎立在酒泉衛星發射場（孫家克攝）
衛星能返回，還要保證能安全返回，防熱是重點。在衛星返回地面的過程中，由于摩擦，溫度高達兩三千攝氏度。但是在當時，國内沒有合适的耐高溫材料可用來制造衛星。研制工作一度陷入停頓狀态。但是科研人員并沒有放棄，在随後的幾個月裡，他們不斷進行論證和試驗，最終提出一個大膽的設想——在返回艙表面塗一層保護層！根據大家的設想，這種保護層的材料可以像人出汗帶走身體的熱量一樣，在它燃燒時也能帶走熱量，并能保護返回艙不被燒毀。通過包括風洞吹風的試驗和材料的燒蝕試驗等多個試驗之後，科研人員們終于篩選出了一種高分子聚合材料。
衛星的設計、難點技術是解決了，那麼地面控制人員如何知道衛星在天上的狀态，如何告訴衛星該回家了？這就需要建立地面測控網。1972年，數支技術小分隊被派往山東萊陽、湖南新化、西藏拉薩、新疆喀什等地，建立衛星跟蹤遙測站。幾年間，他們風餐露宿，建立了4個固定站和2個活動站。站點建好後，技術人員們還需要坐在飛機上測試遙測站接收和發送信号的情況，當時配備的是蘇制的伊爾14飛機，這款飛機上沒有空調，依靠發動機的溫度供暖，飛機飛到高空後，發動機提供的熱量就不足以抵禦寒冷了，大家隻能靠棉大衣抗凍。盡管曆經困難，負責遙測站的技術人員還是完成了任務。随着各個站點通過測試，我國基本構建起了近地衛星測控網。
風雨之後終見彩虹
盡管遇到了許多困難，但是一切看起來似乎還比較順利。1974年11月5日，中國第一顆用于飛行實驗的返回式衛星準備發射！
然而，大家激動的心情很快就被澆了冷水——衛星的回收艙沒供上電。此時距離火箭點火隻有不到3分鐘的時間。就在這關鍵的時刻，工作人員不顧危險，迅速登上了幾十米高的發射塔架，人工操作排除了故障。運載火箭帶着這顆衛星終于發射了，但僅僅過了20秒，運載火箭卻突然像個醉漢一樣失去了控制，搖搖晃晃起來，最後，在離發射台300米左右的地方摔了個粉碎……
對所有參與這顆衛星研制工作的人來說，這無疑是一個沉重的打擊，但是大家沒有氣餒，他們重新對衛星和火箭的幾十萬個零件進行全面測試，并采取有效的安全保障措施。僅僅過了一年，1975年11月26日，搭載中國第一顆返回式衛星的火箭再次矗立在酒泉發射中心的發射台上。這一次沒有讓大家失望，點火8分鐘後，星箭成功分離，大家這才發出了歡呼，第一顆返回式衛星終于被送上了天。
衛星成功被送上天，還需要安全返回，這個任務才算是成功完成。按照計劃，衛星将在發射三天後返回地球。最後一天臨近中午，衛星根據指令調整姿态，進入大氣層，回家了！就在地面控制中心準備發出打開降落傘的指令時，突然出現的問題讓大家措手不及，兩台控制計算機竟然“觀點”不統一，一台判斷要發出指令，另一條卻是切斷指令。
軌道計算組組長祁思禹正在監視衛星遙測數據
此時衛星正以高速落向地面，如果指令晚發1分鐘，落點就會偏差8千米，返回點的速度方向角偏差1度，那麼落點就會偏差300千米。軌道計算組迅速對數據進行了計算，最後果斷發出了指令。當時還剩下15秒的時間，衛星就要“出境”了，如果控制指令發送不及時，那麼衛星就會落到其他國家境内。中國第一顆返回式衛星成功回家了！返回艙沒有摔壞，膠片也保存完好！
至此，中國成為繼美、蘇之後世界上第三個掌握衛星返回技術的國家。40多年來，我國基本上以每年一顆的速度發射返回式衛星，在返回式衛星的基礎上，神州載人飛船不僅能将中國航天員送到太空，并能将他們安全帶回地球，嫦娥五号不僅到了月球，還帶回了“土特産”。這其中凝聚着一代代航天科研人員的付出，體現了中國科研人員艱苦奮鬥，面對困難不屈服，勇于進取的精神。
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