纪念中国首个“四二四”航天日 披露中国第一颗人造卫星成功发射内幕
编者按：经国务院批准，4月24日定为中国航天日。1970年4月24日是我国第一颗卫星——东方红一号发射成功日，在太空唱响《东方红》。也是自这天起，中国航天研制发射卫星及其他航天器从无到有、从易到难、从小到大、从近地空间到深空、从无人到载人，直至今日的辉煌。为了纪念首个中国航天日，我们刊发本文，将当年研制与发射东方红一号卫星的内幕向读者介绍。
直接参加卫星工程的三千多人《花名册》，报送总理办公室存查
国务院开出特别“路条”，保证工程项目在“动乱”中畅通无阻
温差二百摄氏度，仪器如何承受？
东方红一号卫星的组成分结构、温控、能源、遥测、跟踪、天线、《东方红》乐曲和外加姿态测量部分。卫星的结构主要包括外壳体、仪器舱和承载筒三大部分。
卫星上装有4根短波天线、4根应答机发射与接收微波天线、4根信标机发射微波天线和1根超短波信标机发射天线。除那1根超短波信标机发射天线装在外壳顶端外，其他都安装在中间环形的腰带上，像卫星的多条腿。4根短波天线用来发送《东方红》乐曲和遥测参数。
当卫星与火箭的第三级分离后，卫星旋转产生的离心力，足以将4根收缩的天线迅速展开于卫星的“赤道平面”内，处于拉长的工作状态，发射《东方红》乐曲。一根超短波天线是单振子式的，仅长40厘米。
根据空间物理探测的环境，卫星在轨道运行时，要遇到阳面与阴面。所谓的阳面是太阳直接照射、地球反射与红外辐射加热于卫星的表面的时候，它的表面温度可达100多摄氏度；所谓的阴面是指卫星处于地球的阴影区，不被太阳照射与地球反射加热的时刻，卫星的表面温度会降到零下100多摄氏度。同一个卫星上，阴阳两面间隔温差200多摄氏度，设计的星上仪器是难于承受的。那怎么办？又是戚发轫团队苦思冥想的大事。
闵桂荣是空间物理学者，对传热学与温度控制学擅长研究，而戚发轫、彭成荣、杨长庚、王壮擅长结构机构动力学的钻研。他们一起组成课题组，从改变产品的吸收与辐射等物理性能入手，对卫星外表面阳极化处理，内表面涂有机绝热涂料。
由于地球围绕自己的轴自转又绕太阳公转，所以卫星相对地球的姿态时刻是变动的。那怎样确定卫星的姿态及其变化？这是空间技术院卫星自动控制所杨家墀、屠善澄领导的团队要考虑的问题。
对于多年从事仪表与自动控制研究的杨家墀来说，不是难题。他指导卫星的控制团队在卫星上装有红外地平仪和太阳角计两种敏感器，组成了卫星的姿态测量系统。红外地平仪接受地球大气中的二氧化碳信息，吸收带辐射出来的波长为14—16微米的红外能量转换成电信号，再输出一个脉冲信号。根据输出脉冲的间隔，可计算出卫星的自旋速度，并能判断出卫星自转轴同地球的相对位置。
东方红一号卫星的轨道控制是杨家墀、屠善澄领导的团队计算好了的，它的轨道姿态精确，足以满足卫星的寿命要求。
什么样的载波频率播送《东方红》乐曲？
东方红一号卫星的研制，除带有发射政治性的中国第一星外，主要目的是播送《东方红》乐曲和试验发送卫星上的各种遥测参数。如何实现后两个目的？曾提出过三种方案。经钱学森、杨骥、孙家栋组织大总体会议讨论，决定采取一个发射机交替实现两种功能。
首先，孙家栋、沈振金、王壮等技术人员同音乐部门共同研究，就如何产生悦耳的《东方红》乐曲，决定用电子线路产生的复合音及无触点的电子开关，来模拟铝板琴键演奏乐曲。这要解决两个问题，一是“音键”，另一个是按节拍的敲打。《东方红》乐曲前8个音节中，有6个不同的音（5，6，2，1，6，1），就是说有6个不同的“音键”。研究可用6个不同的音源振荡器替代6个不同的“音键”；用程序控制线路产生的节拍来控制音源振荡器发音。这两相结合，就产生了类似弹钢琴一样发出《东方红》乐曲。
选用什么样的载波频率播送《东方红》乐曲？为了让更多的人收听，毫无疑问是短波。孙家栋、沈振金等人又同电信、广播部门一起分析比较，议定载波频率为20兆周，这也是国际标准时间播送的频率。又经估算，在卫星上播送《东方红》乐曲的发射机发射功率要大于3瓦。
卫星上天后，为了配合地面观测站跟踪系统达到对卫星“抓得住，测得准，报得快”的要求，星上装有微波和超短波两种无线电设备。微波设备有一台应答机，配合地面单脉冲雷达跟踪。另一台信标机，配合地面导引雷达跟踪，共同实现实时测轨、定规的要求；超短波信标机配合地面频移测速仪和比相干涉仪，利用多普勒原理，通过地面多处雷达站测轨、定轨。并可预先通报卫星24小时内的轨道，为我国和世界各大城市收听《东方红》乐曲传递信息。
司令员提问内行，令钱学森兴奋
自长征一号火箭研制开始，我国就启动了对运载火箭发射场的规划与建设。在酒泉东风基地2号工区，规划与建设两个多级火箭发射工位。一期工程代号为5020工位。当时，它最为壮观的设施是55米高的一号“龙门塔”，塔体总重约1400吨，它可以在连接二期工程代号为138工位间的场坪间的重型钢轨上缓缓移动。
运载火箭点火起飞瞬间，发动机喷出的火焰，有的高达1000多摄氏度，燃气喷出口的速度约3公里/秒，足以将附近的一些物体引燃、烧毁。或是巨大的冲击力将附近的空气搅动起来，使固定不牢的物体，以至铁块飞起来，产生极大的破坏作用。发射台下的导流槽就是火箭点火起飞瞬间，将燃气引导到安全的场地，避免破坏发射场地设施。
一天，在司令部会议室开会，李福泽司令提出他最为关心的事，他说：“发射台与火箭对接后，火箭的垂直度调整与方位瞄准时，这一较复杂的基础对准系统的问题解决否？”他又用手比划着，绘声绘色地说，“火箭的调平瞄准常影响我们预定的发射时间。”
李福泽的发言，钱学森、任新民等专家内心兴奋，反映在他们的微笑表情上。他们感觉到了一位老战士进步很快，能提出问题，不再是会议收场时，要不尴尬得无话可讲，要不听了专家的话后说：“就这样定吧！我拍板。”
李福泽提到的问题是从发射导弹中不断认识到的。当时火箭的垂直度调整与方位瞄准全是机械式的。首先是发射台四个安装地基座的耐高温台面，要在同一水平面上。安装时，发射台的四腿坐落在地基的耐高温台面上，支撑着可回转的发射台面。由于发射台庞大，构造复杂，四腿支座的制造、安装调试很难在一个平面上。又由于火箭矗立在发射台上时，瞄准本身需要火箭在一定的范围内，上、下与回转调节，这要靠发射台油缸式组成的四条腿上、下调节及可回转式的发射台面结构进行回转调节来完成。
李福泽的问话，第一设计部的米克勤答复：“我们受空间技术研究院的启发，在水平仪的原理上，研制了一种称作液体摆组合仪，安装在一级尾舱与仪器舱里各一个。火箭矗立在发射台时，靠调节发射台四条腿，液体摆组合仪可以检测火箭对发射台相对地基面的垂直度。”
李福泽又问：“调平，垂直度解决了，液体摆组合仪同瞄准怎么联系上？”米克勤又答：“液体摆组合仪的水平轴与垂直轴，同火箭上的水平陀螺与垂直陀螺的敏感轴输出值，在允许的误差范围内几乎是一致的或具有一定的换算系数。瞄准的目的是瞄定陀螺的敏感轴同场区大地‘惯性标杆’的一致性。液体摆组合仪的输出值，对瞄准工作人员判读数据，有一定的参考价值。”
测控系统某技术人员又问：“长征一号火箭长细比大，受地面风的影响，扰动性大，常出现瞄不准的现象，这问题如何处理？”
米克勤沉思了一会儿，带有协商的眼色瞅着任新民说：“只能参考瞄准仪指针的瞬间摆动平均值，或风平浪静再发射。”
风与风速是自然现象，随机性很强，特别是酒泉东风工区，变化多端，提的问题有道理，米克勤回答的也具有现实性。直到10年后，专门研制了“瞄准自动跟踪随动仪”，提的问题才落实。
用一颗检验星解决技术难题
参考导弹的试验技术，东方红一号卫星研制过程中，从材料、元件、单板、单机至系统，根据不同的级别，不同的要求，在地面都充分地做好各种环境的模拟试验。如：高、低温及湿度试验，仪器的调温、恒温试验，低气压或真空试验，寿命试验，整星的力学与旋转试验等。
制作《东方红》乐音装置，同样经历了艰难的试验过程。起初生产出来的乐音装置，不是乐音错乱，就是乐音变调。经查是模拟辐照产生的电磁干扰所导致的。从线路设计和电装工艺着手，进行改进，又对采用的元器件加大筛选，反复试验，加强检测，经上海科学仪器厂半年多的艰苦努力，才生产出质量好的乐音装置。
星上产品的试验有的顺利，多数产品试验不顺利，花费了莫大的资源。当时，中国基础工业薄弱，东方红一号卫星或后来的其他航天器造价昂贵，其原因就在于试验中要剔除许多不合格品，称得上“百里挑一”。
整星模拟太阳与地球对卫星的加热，是项难度很大的试验技术，多数人不知如何着手做起，困惑卫星的设计者们。
一日，卫星设计部会议室内，鸦雀无声。戚发轫、沈振金、彭成荣、杨长庚等在苦苦思考与集体讨论整星的试验方案。
戚发轫提议：“沈振金同志，国外是如何做这项试验的，你不妨给大家介绍一下。”沈振金答：“我查阅了一些国外资料，他们采用大型氙灯及光学系统组成大型模拟器进行试验。研制这套设备费用高，同样技术难度也很大。”
沈振金又提议：
“这是难上加难，我们研制不了氙灯及光学系统组成大型模拟器。那能否通过国家进出口公司引进这项技术？”彭成荣说：“西方对我国封锁，苏联大哥也不友好了。引进的方案不要考虑了。”
会议室又陷入沉思。与会的魏德森盯着沈振金道：“主任，我建议找找闵桂荣，他对空间物理研究有专长。”
闵桂荣曾在中科院物理所工作，成立空间技术院前，是651设计院研究卫星温度控制技术的专业负责人。听罢戚发轫等人的介绍与要求，他切实动了番脑筋。在他的倡议下，提出“模拟轨道积分平均热流理论与远红外电加热笼的方法”，成功地研制出热流模拟系统。再后，用一颗检验星试验，终于解决了模拟太阳与地球对卫星的加热等热真空的试验技术。不久，又总装出一颗带有信标机的正样卫星，在北京天线场测试，配合地面雷达进行星/地的测控系统试验，也达到了预期的目的。
周总理苦口婆心地进行说服工作
按国家下达的计划，共投产了5颗东方红一号正样卫星的仪器设备等配套产品。1969年9月，正样的检验星全部完成地面模拟试验，均达到试验目的。
时至1970年2月，国防科委依据在发射场的星、箭合练及检查各大系统的研制情况后，即刻发出通知，要求装出两颗正样星，两发飞行火箭，正式进行中国首次发射卫星的准备工作。
同年3月开始，卫星、火箭的组件、部件、单机分别从四面八方向总装厂汇集。仪器、仪表到后，都要先在模样的星、箭上进行试装，以避免制造误差再引起总装问题。
在此之前，自1969年5月开始，火箭发动机按计划进行了一、二级；二级；二、三级和三级全推力状态下的四次试车。试车受到“抓革命”的干扰，迟迟拖延了计划。这件事传到日理万机、时刻关心着东方红一号卫星工程研制的周总理，他先后于1969年7月17日、18日、19日和25日四次召开七机部等有关人员参加的会议，亲自协调，解决和落实二、三级地面试车计划。他对两派的头头们及群众代表讲：“你们要晓之以理，动之以情”。周总理常拖着疲惫的身子，苦口婆心地进行说服教育工作，要求参加这一工作的人员服从指挥，坚守岗位，并委派钱学森、任新民协助部军管会副主任杨国宇将军全权处理试车等卫星发射事宜，从而保证了同年8月22日的二、三级发动机试车和9月6日三级发动机第二次试车获得成功。当周总理知道试车成功后，先后两次代表中央表示祝贺！
为了明确责任，确保产量质量，根据周总理这年7月间的指示，把经过挑选的直接参加卫星工程设计、生产、试验的29个主要单位3456名主要工作人员又逐一登记，形成一本厚厚的《花名册》，报送总理办公室存查。他再次要求所有参加这一工作的人员，都要服从指挥，坚守工作岗位。
同时，为了不使科研生产发生卡壳现象，国务院还为长征一号火箭的关键、短线项目，开具了特别公函，持有这种“路条”，不管到哪里去求援，都能畅通无阻，有力地保证了研制工作在“动乱”中顺利进行。
1970年3月26日，长征一号火箭出厂前，周总理在听取出厂汇报时，告诫大家千万不要认为工作已经做好了，要继续过细地做工作，搞好故障预想。对可能产生的不测情况，都要有所准备，有解决的预案。
1970年4月1日，装载着一发火箭和两颗卫星的专列运抵酒泉东风基地。星、箭到位，在按照程序测试前，于4月2日，周总理在北京人民大会堂又听取了汇报。他指示：“工作要做细，扎扎实实，万无一失。要充分发动群众从各方面去预想问题，多提问题；不要在时间上画圈，争取‘五一’节前发射，但也不要勉强。”
酒泉东风基地秩序井然，不受外来的干扰，一切工作都严格按程序有条不紊地进行。从4月2日起，经历4天的测试检查，2颗星均符合设计要求。到4月8日，火箭完成第一次总检查后，星、箭对接呈水平状态，进行火箭的第二、三次总检查，于4月10日通过。至此，星、箭在7号技术区的测试工作宣告结束，并进行了总结。
“一个螺丝钉也不放过地进行检查”
4月14日，周总理等国家领导人在人民大会堂福建厅听取来自东风工区的任新民、李福泽、杨国宇、戚发轫、虞利章、徐昭福等关于星、箭技术区测试情况的汇报。当汇报到产品有多余物时，周总理严肃地批评说：“这可不行。你们的产品虽是死物，也可以搬来搬去，总比医生开手术刀容易，总可以把它搞干净。把松香、钳子丢在里头，这不能原谅。你们要谦虚谨慎，注意搞好大协作。如果这次试验成功的话，也不要骄傲自满，还要继续前进。这次试验也可能不成功，那不要紧。失败是成功之母嘛！”
4月16日，周总理又亲自给国防科委打电话说：“中央同意你们的发射卫星的计划。卫星、火箭转到发射阵地后，一定要认真、仔细地检查。要一丝不苟，一个螺丝钉也不放过地进行检查。”并要求将检查情况及时报他。
4月20日，周总理通过国防科委电告发射前线：“要安全可靠，万无一失，准确入轨，及时预报。”
4月23日，2号发射工位发射台上，载有卫星的火箭垂直测试检查工作全部结束。预演练，龙门塔架撤离后，发射场坪上只留下待发的火箭和固定塔。
4月24日凌晨，毛泽东批准实施发射。周恩来坐镇北京，组织了几百万民兵，沿着有关的有线通信电线杆线道值勤，保证通信畅通。有关人员各就各位，严阵以待。临近发射前，在场的杨国宇、李福泽、张翼翔、任新民、戴恃怔、虞利章、戚发轫、沈振金等进入地下室控制间，处理应急事宜。
4月24日13时，李福泽下达了火箭点火前8小时准备口令，进入倒计时。15时50分，周恩来又电告国防科委：“毛泽东主席很重视长征一号火箭的发射。要过细工作，一次成功，为国争光。”
21时35分，长征一号火箭在震耳欲聋的隆隆声中离开发射台，冉冉上升。人们聆听渭南测控基地传来话音：长征一号火箭首次发射我国第一颗卫星，一举成功。卫星按设计轨道要求，准确地进入倾角为68.5度的设计轨道飞行。听到佳音，全体参试人员心中一块大石头一下子落地了。顿时现场的参试人员沸腾起来，他们个个尽情地欢呼，跳跃，互相拥抱，激动得热泪盈眶。
10多分钟后，坐镇北京国防科委指挥所的罗瞬初副主任向周恩来报告：“卫星、火箭分离正常，卫星按设计轨道顺利入轨”。周总理立即向毛主席报告了这一大喜讯。
《人民日报》为此事出了号外。一时间，第一颗人造卫星播送的《东方红》乐曲响遍全球，震动了世界。这次卫星发射成功，使中国成为继苏、美、法、日之后第五个独立研制，把卫星发送上天的国家，中国从此也进入了空间时代。
卫星制造资料图片提供/尚超
本文作者尚超：1965年毕业于西北工业大学，早年从事导弹设计工作，上世纪七十年代调入七机部（航天部），从事航天系统工程管理工作，先后参与发射场建设和40余颗卫星发射工作。2005年退休。
