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共和國的故事·飛天記
2019-09-19 08:11:57 來源: 經濟日報
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  中國載人航天工程自1992年立項實施以來,從無人飛行到載人飛行,從一人一天到多人多天,從艙內實驗到出艙活動,從單船飛行到組合體穩定運行……在西方國家的技術封鎖和質疑聲中,我國先後突破掌握天地往返、空間出艙、交會對接等核心技術,一舉跨越發達國家近半個世紀的發展歷程。

  人類自古就有飛天的夢想,由于沒有飛天之力,古人只能借助想象的翅膀,把夢想寄托在美麗的飛天神話與傳説之中。

  為了探索太空,上世紀90年代初,黨中央審時度勢、高瞻遠矚,作出實施中國載人航天工程的重大決策。中華民族千年飛天夢一朝夢圓。

  夢想召喚再出發

  開展載人航天活動絕不只是欣賞天上的美景,而是要進一步探索宇宙奧秘,更好地開發太空資源,從而為人類造福。

  2016年中秋夜,我國第一個空間實驗室天宮二號在長徵二號FT2運載火箭的托舉下,直刺蒼穹,成功踏上了太空旅程。

  在軌飛行期間,航天員景海鵬和陳冬完成多個“首次”:首次機械臂人機協同在軌維修技術試驗,首次航天飛行中的醫學超聲檢查,首次在軌收看新聞聯播,首次以新華社特約記者名義播發“太空日記”,首次天地互動打乒乓球,等等。正如阿姆斯特朗登月後説的“個人一小步,卻是人類一大步”,在太空,航天員的每個“首次”,都意味著國家在某個或者多個領域實現重大突破。

  33天!景海鵬、陳冬刷新了中國航天員太空駐留時間的紀錄。至此,中國先後把11名航天員14人次送入太空,成功率100%。簡單數字背後凝聚的是無數追夢人的心血和汗水,彰顯的是這一國家工程的神聖和榮光。

  2017年4月20日,我國首艘貨運飛船在文昌發射成功;22日,在軌運行的天宮二號迎來太空“快遞小哥”的訪問;27日,我國航天史上首次“太空加油”圓滿成功,中國成為世界上第三個掌握推進劑在軌補加技術的國家……

  載人航天,是“千人一枚箭”“萬人一桿槍”的事業。據統計,直接參與研制的研究所、基地一級單位有110多個,配合單位多達上千家,涉及數十萬名科研工作者。僅航天員搜救一項就涉及外交、交通等多個部門,以及解放軍多個戰區和陸海空等軍種部隊,上萬人參與其中。

  “實施這樣宏大的工程,沒有黨中央集中統攬,沒有全國大協作,是不可想象的。”載人航天工程總設計師周建平深有感觸。

  有人説,航天是朝陽産業,航天人永遠年輕。幾十年前,正是一群風華正茂的年輕人在大西北戈壁大漠之中搞出“兩彈一星”;幾十年後,又一群年輕人接過了前輩的“接力棒”。

  如今,在發射場、實驗室、生産車間、指揮大廳,“80後”“90後”已成中堅力量,45歲以下擔任各係統主任設計師以上的技術骨幹超過80%,隊伍平均年齡僅30多歲。在愈發密集的載人航天任務歷練中成長起來的新一代航天人,正在為實現新的突破積蓄強大力量。

  空間應用結碩果

  發展載人航天事業功在當代、利在千秋。過去,曾經有人質疑載人航天投入大、産出小,甚至詆毀説“這是勞民傷財”。作為百年大計、千年工程,經過20多年“育苗”“種樹”,伴隨空間實驗室飛行任務開啟,載人航天工程的應用發展已經到了開花結果的時期。

  空間科學與應用是我國載人航天工程結出的果實之一。天宮二號先後進行60余項空間科學實驗和技術試驗,取得豐碩成果。天宮二號搭載的14個應用載荷中,我國研制的世界首臺空間冷原子鐘日穩定度達到10-16量級的超高精度,3000萬年誤差小于1秒,將目前人類在太空的時間計量精度提高1個至2個數量級,為空間超高精度時間頻率基準的重大需求,以及未來空間基礎物理前沿研究奠定了堅實的科學與技術基礎;寬波段成像儀、三維成像微波高度計、多波段紫外臨邊成像光譜儀等新一代對地觀測遙感器和地球科學研究儀器發揮了空間地球科學觀測的優勢,科學地服務全球氣候變化、海洋環境、陸表生態資源和社會經濟發展。

  天宮二號高等植物培養實驗,在我國首次完成了“從種子到種子”的空間長周期培養,國際上首次在空間獲得了擬南芥開花基因啟動子控制的綠色熒光蛋白實時圖像,控制植物的開花,提高係統的生産效率,也為發展空間植物培養技術、探索保障人類長期空間生存,又向前邁進了一步。

  神舟八號任務開展了中德合作空間生命科學實驗,首次分析得到了數十種在微重力下發生改變的植物細胞骨架相關蛋白,成功篩選得到了數千種植物微重力相關差異基因,深化了對空間基礎生物學現象和過程的認知。

  天舟一號任務開展了8項哺乳動物細胞空間培養實驗,國際上首次在空間站實現了人類胚胎幹細胞體外分化為原始生殖細胞並存活33天、小鼠胚胎幹細胞向中內胚層的成功分化,成果對于人類空間生殖及健康有重大意義。

  載人航天的“紅利”,不僅限于搭載項目本身。據統計,工程全線取得近千項發明專利,推進我國航天基礎設施建設,實現産業跨越發展,2000余項技術成果被廣泛應用于國民經濟各個行業,據有關研究機構測算,投入産出比在1:10到1:12之間。

  邁向空間站時代

  早在1992年,中國載人航天開局起步之際,就在“三步走”戰略中明確提出建造自己的空間站。

  隨著2017年空間實驗室飛行任務圓滿收官,我國載人航天工程第三步任務——空間站工程全面展開。按計劃,空間站將于2022年前後建成,是我國長期在軌穩定運行的國家太空實驗室。

  今年是我國空間站建造任務的關鍵之年。目前,空間站核心艙和執行發射任務的長徵五號B運載火箭,正在抓緊研制生産,將于年底前進行發射場合練和首飛任務準備工作;執行空間站飛行任務的航天員也在按計劃選拔訓練,核心艙載荷正積極開展初樣階段研制,其他各係統都在按工程總體計劃安排抓緊各項工作準備。

  我國積極開展載人航天領域的國際交流與合作,一直致力于推動中國空間站成為全球重要的國際科技合作交流平臺。今年6月12日,中國載人航天工程辦公室與聯合國外空司對外宣布,聯合國/中國圍繞中國空間站開展空間科學實驗的第一批項目入選結果,共有來自17個國家、23個實體的9個項目成功入選。

  作為中國航天史上規模最大、長期有人照料的空間實驗平臺,空間站將成為國家級太空實驗室,全面開啟我國空間科學研究與應用的新時代。

  中國“風雲”測描太空變幻

  1977年11月,我國第一代極軌氣象衛星正式命名為風雲一號,從此開啟了風雲紀元。隨著1988年我國第一顆氣象衛星——風雲一號A星成功發射,截至目前,我國已成功發射17顆風雲氣象衛星,7顆衛星在軌運行,廣泛應用于生態文明建設、防災減災、應對氣候變化等重要領域,實現了氣象衛星事業從無到有、從小到大、從弱到強的跨越。

  1988年9月7日,淩晨4時30分,在航天和氣象工作者付出近20年的努力後,中國第一顆氣象衛星——風雲一號A星成功發射,第一次通過自主拍攝的衛星雲圖回傳地球。如今,來自中國氣象衛星的圖像和數據已成為90多個國家和地區,國內近100個行業、2600多家用戶信賴的選擇。

  埋頭苦幹 衛星一飛衝天

  我國是一個自然災害多發國家,臺風肆虐、幹旱橫行、強寒潮頻發,自然災害給經濟社會發展設置了一道又一道障礙。

  當年世界上擁有氣象衛星的國家只有蘇聯和美國。我國預報員雖能接收國外氣象衛星雲圖,但只是單純的“黑白圖像”,無法挖掘原始數據、反演各種氣象要素,應用受到極大限制,氣象衛星的研發迫在眉睫。

  1977年11月,在氣象衛星工程第一次大總體方案論證會上,確定了氣象衛星工程代號為“七一一”,並將我國第一代極軌氣象衛星命名為風雲一號,正式開啟風雲紀元。

  “上世紀八九十年代,一間不到8平方米的紅磚廠房,剛夠放風雲一號和風雲二號兩顆衛星。”風雲二號H星指揮湯紅濤向記者“訴苦”,與現在“機場式安檢”、智能化運作不同,那時衛星廠房內鋪的是被磨平的水泥地,沒有通風係統,沒有防靜電措施……由于缺乏經驗,設備工裝跟不上衛星研制需要,費時費力。

  要克服簡陋造星環境帶來的各種困難,靠的都是埋頭苦幹。在風雲一號衛星應用係統總設計師范天錫腦海中,建站時的場面歷歷在目:“地下電纜、電話線都是從其他單位要來的;排水溝是大家齊心協力挖出來的,一米粗的管子,也是我們自己用汽車、馬車拉過來的……”

  1988年9月7日上午,衛星發射升空3小時後,在世界氣象組織二區協第九屆會議上,時任世界氣象組織主席、中國氣象局局長鄒競蒙手舉一張衛星雲圖,向與會代表宣布,它是由中國第一顆氣象衛星——風雲一號A星提供的首圖,“我們歡迎各國,特別是亞洲區協成員接收、使用中國氣象衛星資料,並且在今後發展氣象衛星事業中與各國進行友好合作”。

  這樣一張太陽剛剛從地平線升起的雲圖照片,表明我國跨入了世界上少數幾個有能力自己研制、發射和運行氣象衛星的國家行列,有了同時從地面和太空兩方面觀測大氣的能力。

  組網觀測 “慧眼”辨識風雲

  “沒有氣象衛星時,人們要觀測災害性天氣係統,特別是像臺風這樣尺度比較大的天氣係統,可以説是非常困難。從氣象觀測的角度,對于在海洋、高原荒漠等人類活動很少的地方,氣象衛星基本上是唯一的觀測手段。”國家衛星氣象中心風雲四號地面應用係統總設計師張志清説。

  上世紀90年代,風雲衛星研制進入快車道。1999年5月10日,風雲一號C星成功發射,在軌穩定運行達7年之久,超期服役5年。該星結束了我國氣象衛星研制歷史上屢遭挫折的時代,開啟了我國長壽命、高可靠性衛星運行時代,突破了多項關鍵技術,翻開了我國氣象衛星事業的新篇章。

  2004年10月24日,我國靜止軌道氣象衛星風雲二號傳來喜訊——風雲二號C星成功定點,成為當時國內應用最為廣泛的業務衛星,世界氣象組織將其列為全球氣象衛星觀測網絡的重要業務衛星之一。

  2008年5月27日,我國自行研制的第二代極軌氣象衛星首顆星——風雲三號A星,攜帶11個先進的有效載荷成功發射,實現對地球全境的全球、三維、全天候、多譜段綜合觀測。

  2018年5月1日,我國新一代靜止軌道氣象衛星風雲四號A星正式投入業務運行,中國以及亞太地區用戶可接收包括大氣、雲、沙塵、降水、輻射、閃電等23種數據産品……

  如今,風雲衛星共有7星在天。4顆靜止軌道氣象衛星在軌運行使用,形成“多星在軌、互為備份、統籌運行、適時加密”的業務格局;3顆極軌氣象衛星在軌運行使用,形成上、下午星組網觀測,可對全球和區域范圍內的極端天氣、氣候和環境事件開展及時高效觀測。

  “風雲氣象衛星已廣泛應用于生態文明建設、防災減災、應對氣候變化等重要領域。”國家衛星氣象中心主任楊軍表示,氣象衛星資料和産品在臺風、暴雨、大霧、沙塵暴等多種災害監測預警中發揮了重要作用。

  全球合作 釋放應用潛能

  “感謝中國為推動區域氣象合作、提高發展中國家防災減災能力作出的重要貢獻。”

  “中國氣象援非項目取得巨大成功,其捐贈的風雲衛星數據接收和處理係統顯著提升了納米比亞氣象部門對熱帶氣旋等天氣的監測預報預警能力和農業生産服務能力。”

  6月3日,在瑞士日內瓦舉行的第十八次世界氣象大會上,世界氣象組織官員和一些國家氣象組織代表對中國氣象科技服務國際社會給予高度評價。

  “氣象衛星發展過程中擁有的極好條件就是,它在世界范圍內的交流非常廣泛,我們不能固步自封,在積極向他國學習、吸取人家的經驗教訓的同時,也要把我們好的東西對外開放,為他國提供服務。”風雲二號工程總設計師、年已九旬的中科院院士孫家棟説道。

  當前,風雲係列氣象衛星達到國外同類衛星的先進水平,大大縮小了與發達國家在氣象衛星等高技術領域的差距,被世界氣象組織列入國際氣象業務衛星序列,成為全球綜合地球觀測係統的重要成員,同時是國際災害憲章機制的值班衛星。

  風雲氣象衛星數據也已經成為全球數值預報模式係統的重要來源,應用服務潛力逐步釋放。截至今年6月中旬,使用風雲衛星數據的國家和地區數量已增加至98個,確定了我國地球觀測領域的國際地位,增強了在相關國際活動中的話語權。

  一方求助,及時響應。我國還建立了風雲氣象衛星國際用戶防災減災應急保障機制,可以根據“一帶一路”沿線國家和地區的防災減災需求,為其啟動應急加密觀測,並能以良好的觀測視角和定制化的高頻次區域觀測,提供臺風、暴雨、沙塵暴等災害監測預報,為各國氣象防災減災救災、生態保障作出重要貢獻。

  “風雲氣象衛星服務‘一帶一路’工作成為促進共同發展的合作共贏之路,也是增進理解信任、加強全方位交流的和平友誼之路。我們將按照步步為營、逐步推進的原則,更好地服務‘一帶一路’沿線國家。”楊軍説。

  中國“天眼”護航高質量發展

  高分辨率對地觀測係統重大專項(簡稱高分專項)自2010年批準啟動實施以來,高分一號、二號、三號、四號、五號、六號衛星已成功發射,數據源不斷豐富。目前可涵蓋不同空間分辨率、不同覆蓋寬度、不同譜段、不同重訪周期的高分數據型譜基本形成,與其他民用衛星遙感數據相配合,為高分遙感應用奠定了堅實基礎。

  前不久,北京世園會舉行,在現場,烈日高溫也難擋遊客們參觀的熱情。而在網絡上,由我國高分六號衛星傳回的從太空拍下的世園會高清美圖,迅速成為“網紅”。

  經過近10年發展,高分專項衛星數據已廣泛應用于20個行業、30個省區,在國土、環保、農業、林業、測繪等領域應用中取得了重要成果。高分專項還設立了30個省級高分數據與應用中心,取得了一大批應用成果,為促進區域經濟發展、提升地方政府現代化治理能力等提供了服務支撐。

  今年底,我國還將發射高分七號衛星,屆時將全部完成天基係統的建設,高分專項建設重點將轉向應用體係建設上。

  太空攝影師“看得細”也“看得寬”

  作為我國十六個科技重大專項之一,高分專項是對地觀測的“天眼工程”,是服務經濟建設和社會發展的應用工程。

  2013年12月30日,中國高分辨率對地觀測係統首顆衛星——高分一號正式投入使用,迅速在環境保護、災害監測、精準農業信息服務、國土資源調查監測等方面發揮重要作用。

  通俗地講,高分一號被看作“太空攝影師”,它攜帶的攝像機可以實現2米、8米、16米三種分辨率的拍攝,使得高分一號既有廣度,也有精度,實現了在小衛星上中高分辨率和寬幅成像能力的結合。

  高分一號最大的特點就是解決了遙感衛星“看得細”與“看得寬”的矛盾。特別是這顆衛星在800公裏幅寬的觀測在世界同類衛星中的指標最高,意味著它可以在4天內將整個地球看一遍。800公裏的幅寬也讓高分一號在民用領域有更廣闊的應用前景。

  2014年8月,在雲南魯甸地震抗震救災中,高分一號和國內外其他17顆遙感衛星“合作”,獲取大量震區衛星影像數據,發現多處滑坡、崩塌、崩滑體和泥石流。專家們利用高分一號震前和震後拍攝的遙感影像,對牛欄江堰塞湖水面變化進行監測,為抗震救災提供技術支持,為國家搜救中心及時了解災情、疏通中斷道路等提供了重要信息參考。

  不僅在國內遙感應用領域大顯身手,高分一號衛星還促進了國際合作。中國國家航天局曾應亞太空間組織的請求,及時向巴基斯坦提供了該國地震災區高分一號衛星的影像數據。通過國際合作,我國遙感應用也獲得了更豐富的數據資源。

  太空“照相機”助力海陸實時監測

  做好應用大文章,始終是高分專項工程的出發點和落腳點。

  據統計,我國約70%的災害是臺風、風暴潮、地震、洪澇和泥石流等,而以往我國僅能使用大量國外微波遙感成像衛星提供的高分辨率圖像數據,國家氣象局、國家海洋局等部門非常迫切希望高分三號衛星盡早發揮作用。2016年8月10日,我國高分三號衛星發射成功,它是高分專項“天眼工程”中唯一一顆雷達星。

  高分三號衛星具有高分辨率、大成像幅寬、多成像模式、長壽命運行等特點,能夠全天候和全天時實現全球海洋和陸地信息的監視監測,並通過左右姿態機動擴大對地觀測范圍、提升快速響應能力,為國家海洋局、民政部、水利部、中國氣象局等用戶部門提供了高質量和高精度的穩定觀測數據,有效改變我國高分辨率SAR圖像依賴進口的現狀,對海洋強國和“一帶一路”建設具有重大意義。

  與前幾顆低軌遙感衛星不同,高分四號衛星運行于距離地面3.6萬公裏的地球同步軌道上,在當時,它是中國首顆,也是世界唯一一顆地球同步軌道高分辨率對地觀測衛星。高分四號衛星相當于一部多功能照相機,可對中國及周邊任意區域進行長時間“凝視”,並以分鐘級間隔進行高頻率拍攝,對目標區域實時監測。

  正是由于高分四號的出色本領,使得它在災害監測方面具有不可替代的作用,比如在50米分辨率就可以看清森林火災,對于尋找林火火源,對于地震災害都可以第一時間發現。

  太空“普查員”精準服務農業生産

  每種物質都具有自身獨特的光譜特徵,如同人的“指紋”。而高光譜觀測衛星可以精準識別物質的“指紋”。作為全球首顆大氣和陸地綜合高光譜觀測衛星,高分五號衛星“上可看大氣、中可觀地表、下可探地礦”,兼有高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率、高定標精度的優勢。目前,它已在大氣、水、生態環境監測、全球氣候變化研究等方面提供定量化高精度遙感數據,成為推動我國環境污染防治的有力手段,大大提升了我國在全球環境治理體係中的話語權和影響力。

  據高分五號衛星抓總研制單位航天科技集團八院介紹,在大氣污染方面,高分五號衛星能夠精確感知霧霾、臭氧、二氧化氮、二氧化硫等大氣主要污染物的分布、變化和運輸過程,讓污染氣體無處遁形。在溫室氣體方面,高分五號衛星能夠敏銳感知二氧化碳、甲烷等溫室氣體的行蹤,追溯其起源並預測其“旅行”軌跡,有效支撐全球變暖等熱點問題研究,為節能減排、環境外交決策等提供建議。在水污染方面,高分五號衛星能準確鑒別飲用水水源地、重點湖庫的水質情況,及時跟蹤內陸水體藍藻、綠藻、黃藻等藻類污染物的生長變化,為水體保護和污染防治提供解決方案。

  高分六號衛星如同一個機智敏感的普查員,是高分專項天基係統中兼顧普查與詳查能力、具有高度機動靈活性的高分辨率光學衛星,也是我國首顆精準農業觀測的高分衛星,其高分辨率已達到國際領先水平。它與高分一號衛星組網實現了對我國陸地區域2天的重訪觀測,極大提高了遙感數據的獲取規模和時效,有效彌補了國內外已有中高空間分辨率多光譜衛星資源的不足。

  據高分六號衛星抓總研制單位中國空間技術研究院介紹,該衛星在軌測試期間,已為安徽、河南受災農作物損失評估、全國秋播作物面積監測、大氣環境監測等提供了數據保障;並為2018年6月份大興安嶺森林火災、10月份至11月份金沙江白格滑坡堰塞湖以及雅魯藏布江米林滑坡堰塞湖、9月份印度尼西亞海嘯等國內外重特大災害及時提供了應急觀測服務。

  根據我國空間基礎設施規劃,2022年前,我國還將發射3顆高分專項衛星,共同組成天基環境綜合監測“一張網”。該係統通過多星組網,多載荷協同工作,將實現監測效率和監測能力的成倍提升;同時,通過增加主動探測手段,實現主被動融合觀測,將進一步提升監測自由度和數據精度,為用戶提供更具時效性、更高精度、更全維度的優質數據資源,在環境治理、國土資源勘測、氣候變化研究、防災減災、農業和林業監測等方面,也將發揮更加重要的作用。

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【糾錯】 責任編輯: 鄭偉
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