航天科普：“东方红”二号通信卫星

东方红二号（DFH-2），是中国研制的地球静止轨道通信卫星。 1984年4月8日，我国用长征三号火箭成功发射东方红二号试验通信卫星。东方红二号卫星的主体为圆柱形，高3.6米，直径2.1米，质量为441千克，卫星上有2路C波段转发器，可24小时进行全天候通信。 1988年3月7日，中国成功发射东方红二号甲实用通信广播卫星（DFH-2A），卫星定点在东经87.5°。星上配置了4个C波段通信转发器，能进行4个频道电视转播，电话传输能力3000路，设计寿命4.5年。随后发射的2颗卫星在轨服务，推动我国的卫星通信和电视转播跨入一个新阶段，大大改变了边远地区收视难、通信难的状况，在电视传输、卫星通信及对外广播中发挥了巨大作用。 1970年4月24日中国第一颗人造地球卫星东方红一号发射成功后，不久，中国人民解放军通信兵部提出了发射静止通信卫星，发展我国的卫星通信事业，摆脱通信落后状态的建议。为此，中国空间技术研究院开展了可行性论证。 1970年6月召开的“706”会议和11月9日名开的“119”会议上提出了中国通信卫星总体方案的初步设想。与会各单位通过对国外卫星通信发展状况分析，对各种不同轨道的卫星通信方案比较，大家一致建议选用静止轨道通信卫星方案[6][8]。“一步走”的方案，既不像美国那样先进行中低轨道卫星通信试验，也不像苏联那样先发射大椭圆轨道卫星实施卫星通信，而是直接发射静止试验通信卫星，进行卫星通信试验[8]。 1972年初，美国总统尼克松访华带来的卫星通讯地面站引起了我国科学家的极大兴趣。周恩来总理遗憾地说：“可惜的是，天上如今还没有我们中国的通信卫星。”那时的中国迫切需要拥有自己的通信卫星来提升自身的科技实力。在美、日两国领导人访问期间，邮电部、中央广播事业局利用美国出售的通信卫星地球站通过租借的国际通信卫星进行了通信和电视转播。卫星通信的优越性引起了他们极大兴趣，对在研的通信卫星提出了使用要求。经过卫星总体部分析论证和与解放军的多次协调，一致同意将原来规划的军用通信卫星改成军民共用卫星，并将原定的通信频段改为与国际通信卫星一致的频。 1974年5月19日，周恩来总理批示了一封详细阐述我国发展通信卫星的重要意义的信：请计委、国防科委尽快将卫星通信的制造、协作和使用方针定下来，然后再按计划分工做出规划，督促进行。 1975年3月31日，毛泽东主席圈阅了由国家计委和国防科委上报的《关于发展我国通信卫星问题的报告》，并交中央军委批准。至此，我国发展通信卫星这一工程终于落地，由于报告被签署的日期是3月31日，因此，“331工程”也就成了我国通信卫星工程的代号。 通信卫星的研制任务由中国空间技术研究院承担，孙家栋任卫星总设计师、戚发轫任卫星副总设计师。 试验通信卫星的研制，大体分为三个阶段：1975年至1977年3月为方案设计阶段：1977年4月至1979年10月为初样研制阶段：1979年11月至1984年4月为正样卫星研制和发射实施阶段。 在通信卫星研制启动的同时，研究确定用于发射卫星的新型运载火箭“长征三号”的研制也抓紧展开，其分工是由中国运载火箭技术研究院负责火箭的总体设计及研制第三级，上海机电二局（现中国航天科技集团八院）负责研制芯一、芯二级及控制、遥测、外弹道测量系统的大部分仪器和地面检测设备。长征三号运载火箭的总设计师为谢光选、副总设计师为范士合。 1983年9月9日，两颗东方红二号试验通信卫星（0A星、0B星）、地面测试设备从北京出发运往发射场。 1984年1月29日，第一枚长征三号运载火箭载着东方红二号试验通信卫星0A星腾空而起，带着人们的期望，冲向太空。可随后，由于火箭三级发动机二次启动后推力消失，卫星未能进入地球同步转移轨道。 1984年4月8日19点20分，东方红二号试验通信卫星0B星在长征三号火箭托举下发射升空，卫星被成功送入地球同步转移轨道，发射取得成功。 东方红二号卫星的主体为圆柱形，高3.6米，直径2.1米，质量为441千克。卫星上有2个C波段转发器，可在每天24小时内进行全天候通信，包括电话、电视和广播等各项通信试验，开始了我国用自己的通信卫星进行卫星通信的历史。 该卫星采用地球同步轨道，能覆盖我国全境及周边地区。卫星采用自旋稳定，其设计寿命为2年。通过“东方红”二号卫星，一举实现了覆盖全国的信号传输，解决了军用通信和远洋船只的通信问题，彻底改变了边远地区通信落后的状况。 东方红二号通信卫星由中国空间技术研究院研制，其设计寿命为3年。该卫星采用地球同步轨道，其中第一颗定点于东经125°赤道上空。 东方红二号通信卫星10个分系统组成：结构、电源、控制（含推进）、通信、遥测、遥控、跟踪、天线、远地点发动机（AKM）以及温控分系统。其中的通信、遥测、遥控、跟踪及天线分系统又统称为无线电分系统，该系统的部分设备及功能采取了综合利用的方式。 东方红二号甲通信卫星采用双自旋稳定，其双旋体为圆筒形的卫星本体和外伸于本体顶端的天线系统，整星纵横惯量比大于1.1。卫星本体以50±10转/分钟的转速绕纵轴旋转，保持其在惯性空间的稳定。卫星定点后，外伸天线以机械消旋方式与卫星本体相同转速反方向旋转，使定向天线始终指向地面，保持其波束覆盖我国本上95%以上的面积，在该覆盖区内，卫星的等效全向辐射功率（EIRP）大+315dBW。 卫星上有4路一次变频式转发器，工作于C波段（6/4GHz），可转发4路彩色电视或大约2400路双向电话。卫星寿命期内应确保累积有三路转发器正常工作。 卫星上有两台同时工作于C波段的应答机，用于测距、测速和测角，并用作谣测发射机和谣控接收机。 卫星上遥测有编码遥测和调频模拟遥测两种方式，前者用于传输星上姿态参数各种工程参数以及高空物理参数，后者用于传输7个姿态脉冲、一个时延脉冲及一个帧脉冲；遥控也采用了编码调制方式，双套热备份，与应答机交叉连接，两套副载波频率，能可靠地工作。 卫星上的硅太阳电池阵和三级镍镉电池分别在光照和星蚀期给卫星主供电母线提供功率。 卫星采取了以被动温控为主、主动（电加热）温控为辅的方案，在整星不密封的情况下，保证星内仪器工作在正常的温度范围之内（绝大多数仪器的工作温度范围为-20~+40C，个别仪器允许范围大些） 卫星的远地点发动机（AKM）采用端羟基聚丁二烯复合推进剂，能为卫星提供1889米/秒的速度增量，使卫星轨道变为赤道平面的、圆形同步高度的轨道。 东方红二号、东方红二号甲通信卫星基本参数 东方红二号试验通信卫星（DFH-2） 东方红二号甲实用通信卫星（DFH-2A） 卫星形体 圆柱体 星体高 3.6米 3.75米 星体直径 2.1米 质量 441千克 1044千克 性能参数 稳定方式 双自旋稳定 通信天线 全球覆盖通信天线 传输信息 转发广播、电话、电报、数传、 传真等信号 转发电视、广播、电话、电报、数传、 传真等信号 设计寿命 2年（实际寿命4年）[14] 4.5年[15] 转发器数量 2 4 电视转播频道 2（设计） 4 电话传输能力 1000路 3000路 地面站天线直径 设计10米、实际3米 3米 轨道参数 定点位置 东经125°赤道上空 3颗分别定点：东经87.5°、 110.5°和98° 轨道高度 3.6万千米 3.6万千米 保持偏差 经度和纬度小于正负1度 偏心率0 轨道倾角 0度 0度 运行周期 24小时 23小时56分04秒（理论值） 东方红二号通信卫星的有效载荷分两部分：通信转发器和通信天线。 通信转发器 东方红二号卫星上有两套C波段通信转发器，通信天线为圆极化全球波束定向天线，上行频率为6225~6425兆赫，下行频率为4000~4200兆赫，每天可二十四小时全天候通信，可转发电视、广播、电话、电报、数传、传真等各种模拟和数字通信信号。 通信天线 东方红二号卫星上的全向天线没有采用装于星体顶部的环状振子天线，而采用装于定向天线顶部的双圆盘天线，以达到减轻重量和改善方向性图的目的：不利用转发器传送测距信号，而利用专用应答机传送：应答机还采用锁相接收技术实现精确测轨，以满足地面单站定轨要求；姿态测量不采用双套编码遥测互为备份，而采用编码与模拟遥测互为备份；消旋天线驱动系统不采用步进电机，而采用先进的无刷电机等。 1984年4月8日，东方红二号卫星进入地球准同步轨道向预定位置漂移时，出现卫星上的蓄电池温度超过设计指标的上限值，并不断上升的情况。经分析卫星发热是由于卫星太阳能电池阵功率过剩引起的，于是果断地做出了应急故障处置决定，减小充电电流，使蓄电池停止升温。经地面发出了调整卫星姿态的指令，将太阳入射角由垂直照射增加到151度，使卫星几乎平躺在轨道上。指令发出后，卫星温度停止上升恢复到正常状态。 1984年4月16日18时27分57秒，东方红二号通信卫星经过一路漂泊，终于成功定点于东经125°的赤道上空。中国航天首次征服了距离地球三万六千公里的地球同步轨道，它标志着我国成为世界上第三个掌握火箭氢氧发动机技术、第五个能够独立研制发射同步轨道通信卫星的国家。 1984年4月18日上午10点，时任国防部部长的张爱萍在北京指挥所通过东方红二号0B星，拨通了时任新疆维吾尔自治区党委书记王恩茂的电话，通话声清晰稳定，我国首次远距离卫星通信获得成功。同日，中共中央、国务院、中央军委向全体从事东方红二号卫星研制和试验的人员发出了贺电。4月30日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重举行了庆祝试验通信卫星发射成功大会，邓小平等党和国家领导人出席了大会。 1984年5月14日，东方红二号通信卫星正式交付使用，进入长期运行管理阶段。同时，北京、南京、乌鲁木齐、昆明、拉萨等地的卫星通信地球站及核潜艇陆基卫星通信站先后投入使用，初步形成了卫星通信网络。 1984年4月8日我国成功发射试验通信卫星东方红二号，标志着我国成为了世界上第五个掌握卫星通信能力的国家。我国共研制和发射了3颗东方红二号通信卫星，从1970年开始研制到第三颗星发射，经历了近16年。 东方红二号通信卫星主要有两个型号东方红二号（DFH-2）、东方红二号甲（DFH-2A）： 东方红二号（DFH-2） 东方红二号（代号：DFH-2，内部代号：STW-1，即试验通信卫星一号），是中国研制发射的第一代试验通信卫星[15]。东方红二号首发试验通信卫星上配置2个C波段转发器，可在每天24小时内进行全天候通信，包括电话、电视和广播等各项通信试验，开始了我国使用自己的通信卫星进行卫星通信的历史。 东方红二号甲（DFH-2A） 东方红二号甲（代号：DFH-2A）是在东方红二号（STW-1）基础上改进研制的实用型通信卫星，东方红二号甲采用了新的设计方案，性能不断增强，寿命不断延长，卫星转发器由2个增加到4个，使电视转播能力由2个频道增加到4个，电话传输能力由1000路增加到3000路，设计寿命由3年增加到4年半。由于技术上有了适当的改进，其传输质量超过了当时我国租用的“国际通信卫星”。 1986年2月1日，在西昌卫星发射中心由长征三号火箭发射了东方红二号实用通信广播卫星首星成功，我国卫星通信由试验阶段进入实用阶段。 1988年3月7日、12月22日和1990年2月4日，我国又相继发射了3颗东方红二号甲实用通信卫星，分别定点于东经87.5度、110.5°度和98°度。该三颗卫星的发射成功开创了中国卫星通信的实用化阶段。 东方红二号通信卫星，作为我国首颗地球静止轨道通信卫星在多方面取得技术创新。 东方红二号首发卫星是试验通信卫星，卫星可转发广播、电话、电报、数传、传真等各种模拟和数字通信信息。卫星选择双自旋稳定方式，选用全球覆盖通信天线，转发器采用中频转发式，以实现高增益放大，采用微波同一载波体制和综合利用无线电系统方案，以减少整星设备功耗、重量、体积和载波频率，采用备份设计，以提高可靠性和保证运行寿命。该星设计寿命2年，实际工作寿命大大超过了设计要求。 中国空间技术研究院后续利用东方红二号甲通信卫星平台还先后研制了多颗“风云”二号气象卫星，为我国的大气环境和自然灾害监测、气候预报做出了巨大贡献。 1985年，《试验通信卫星及微波测控系统》获国家科技进步特等奖。 1986年2月1日，为了纪念中国航天事业30周年，邮电部发行了一套6枚《航天》特种纪念邮票，第四枚和第六枚邮票图案分别为“玉宇明灯——同步通信卫星”、“腾飞万里——飞向静止轨道”，画面为东方红二号卫星和长征三号运载火箭。 东方红二号通信卫星的发射成功，开始了我国用自己的通信卫星进行卫星通信的历史。 东方红二号试验通信卫星的发射成功，投入试用，使我国成为了世界上第五个能够独立研制、发射静止通信卫星的国家，第三个掌握先进低温火箭技术的国家。同时，表明我国在航天技术以及电子和材料科技发展方面有了新的突破。 三颗东方红二号甲实用通信卫星的发射成功和稳定运行，推动中国卫星通信和电视转播跨入一个新阶段，大大改变了边远地区收视难、通信难的状况，在我国电视传输、卫星通信及对外广播中发挥了巨大作用[。在一段时间里使我国的卫星通信转发器的国产化程度达到了三分之二，占领了我国卫星通信的半壁江山，从而使我国的卫星通信事业进入了一个全新的阶段。东方红二号实用通信卫星的成功发射和可靠稳定运行，为我国经济建设和国防事业做出了巨大的贡献。