中国空间科学 (潘厚任)- 第1部分

　　　　主讲人简介

　　　　潘厚任，中国科学院空间中心研究员，参与我国航天事业的创建工作，多年来一直在航天部门从事项目研究，曾任“神舟3号”飞船副总指挥，在国内外刊物发表论文60多篇。

　　　　内容简介

　　　　太空科技由三个部分组成，一个是科学，一个是技术，一个是应用，所以我今天主要给大家讲中国的空间科学，讲一些概况。

　　　　我们国家前年已经公布了航天的白皮书，我们在“神舟”载人飞行以后，还要进行发射空间实验室，甚至于建一些太空站，甚至于还要探测月球，还要进行行星际的探测，在这些各种飞行器上面，以后都会有科学探测的有效载荷，进行各种各样的探测，另外我们国家的应用卫星也会不断地发射，在这些卫星上，我们还将继续利用它的条件来进行太阳辐射等研究，特别是为航天工程配套的需要在上面进行单粒子事件这些实验，直接为航天工程服务。

　　　　那么总的来说，咱们太空科学的研究跟国际上来说，还是有很大的差距，因为我们也仅仅是对一些有限的目标，对我们航天工程急需的一些参数来进行重点的探测，实际上像太空科学的一些基本研究，对未来的发展，这些都是一个基础，所以我们今天的太空的应用，实际上是昨天的科学研究，那么今天的科学研究，实际上就是明天的太空应用。

　　　　全文

　　　　今天给大家讲的题目，是中国的空间科学，大家都知道，太空科技由三个部分组成，一个是科学，一个是技术，一个是应用，所以我今天主要给大家讲中国的空间科学，讲一些概况。

　　　　空间科学到底是什么含义，空间科学是利用太空探测手段，对宇宙的天文、物理、化学、生命等自然现象及其演变规律的探测研究，在国外，还（被）称为基础太空科学，就是basic　space　science，这是一个狭义的定义，那么实际上，它可以分为空间天文学，空间物理学，日地物理学，空间化学，空间生物学，空间考古学等等，它的研究对象从地球中高层大气，近地环境，日地空间，太阳系，一直到浩瀚的宇宙空间，研究内容，包括太阳系，跟宇宙的构成，起源跟演化，生命起源跟地外生命，宇宙射线，高能现象，等离子体和电磁场效应，太阳活动和日地关系，近地环境及其变化，电波传播、行星及其卫星的地质构造和气候变化，另外还有小行星、彗星和微流星体，轨道碎片跟太空污染等等都是它的研究内容。

　　　　它的手段包括火箭、卫星、飞船航天飞机、空天飞机，以后各个国家都要发展的太空站，以及各类升空探测飞行器，甚至于还包括高空的飞机跟气球。

　　　　太空科学的广义，讲起来它有三层意思，第一层就在第四环境对整个宇宙包括地球本身的探测和利用改造研究，什么叫第四环境，人类最早在地球上是在陆地上活动，叫第一环境，海洋叫第二环境，那么1903年开始进入了大气层，是人类活动的第三环境，那么大气层外的太空就是第四环境，第二层意思，就是利用在第四环境内所处的位置的特殊条件，比如像飞行器在飞行的时候处于微重力状态，太空，是超高真空　超净，辐射很强，因为没有地球大气跟地球磁场的保护，所以这种环境里所进行的各类科学的领域的一些研究，都属于空间科学的广义的范围，包括力学，物理学、化学生物学医学药物学等等。

　　　　第三层意思，就在这个基础上对第四环境资源的开发应用，以及改造的一切研究，比如以后开发月球资源了，改造月球表面、火星的一些局部的环境，使得以后人可以到那儿进行一定的工作，居住，我们国家的空间科学是从中国科学院开始发展起来的，最早的时候就在1957（年）到1958年，就是国际地球物理年的时候，当时，咱们国家科学院就开展了人造卫星轨道运行的一些计算，当时成立了科学院的“581组”，另外筹建了国际上有的沿北纬38度，建立好多地面观测站，中国当时建了两个，在北京的一个是宇宙线观测台，在天津是一个观测地球北极运动的，极地运动的这么一个观测站，到了1958年，就是开始进行的第一批空间探测仪器，就是有效载荷的研制，像大气参数　微流星，开始进行了火箭探空的准备工作，以及为以后我们国家发射第一颗人造卫星，当时已经开始准备了，搞了那些人造卫星上天以前，要做的环境试验设备，像大气的真空罐，振动台那时候已经开始做了，当时赵九章所长还专门成立了一个，领导年轻人成立了一个磁暴理论的研究小组，1958年紫金山天文台开始进行了太阳活动的预报，到1960年，60年代，那么还运用地物波谱仪在青藏高原进行测量，这是为以后的遥感应用做准备的，另外也开始进行了空间生命科学的研究，1965年上海技术物理所，还制成了我们航空用的红外扫描仪，为现在的包括“神舟三号”上面进行的遥感仪器的研制打下了基础，1968年北京天文台还成立了太阳活动的预报中心，一直到现在，这个预报中心每当我们国家有航天活动，或者有其他活动的时候都可以做出预报，空间化学，主要是在中国科学院原来的贵阳地球化学研究所，在欧阳自远院士的领导下，当时已经开始了研究，到1977年我们国家才发展高空科学气球的探测系统，这个跟国外，有点次序不大一样，咱们先进行火箭探测，卫星探测，然后再发展了气球探测，国外，一般是先气球探测，火箭探测，再卫星探测。

　　　　1979年大家都知道，邓小平先生当时访问美国，签订了协议，就是引进了我们遥感卫星地面站，到1986年12月正式建成，所以可以提供了美国落地卫星的很多遥感信息，当然现在这个站已经扩充到法国“SPOT”卫星，我们的资源卫星的数据，等等都可以接收　处理，包括还有加拿大的雷达卫星，1983年，上海天文台开始参加了全世界的地球动力学的研究，叫“LAGEOS”，这个就是用激光来跟踪卫星的轨道，可以很精确，反过来可以测量地球上的目标的经纬度，海拔高度。

　　　　当然天文台系统还建了几个“VLBI”，就是“甚长波段”的一个天线，大天线，在新疆也有，在云南可能也有一个，在上海有，进行综合的观测，1984年当时的里根总统来访问，那么当时开始中美两个国家一块讨论太空科技方面的一些合作，后来，由于1986年1月28号，挑战者号航天飞机的失事，这个事情就暂停了，惟一当时完成的一个合作项目，就是1992年双方共同做了一个仪器，测量电场的，在美国的火箭上进行了实验。

　　　　从1987年开始，从我们国家第九个返回式卫星开始，我们就开始在我们国家的遥感卫星上进行微重力科学的试验，到1997年配合我们载人航天工程，在科学院空间中心就建立了有效载荷的应用中心，这个就是大致我们国家的空间科学发展的简单历史。

　　　　主要的研究领域有这几个方面，一个是基础空间科学，就是这个表上列了一些，包括轨道碎片，或者叫空间（垃圾），微重力材料科学，空间生命科学，遥感，另外，航天部发展运载火箭，发展火箭导弹的时候，有许多配套的一些研究，像特殊的材料，涂层，特殊的元器件　部件，还有一些特殊的工艺，高能的燃料，还有辐射效应，怎么样来加固一些电子元器件，使得它能够在太空的强辐照的情况下能够正常工作，这些也还属于空间科学的广义领域。

　　　　从空间的观测来说，最早还是从地面台站开始的，我们国家最早的地面台站就是上海蛇山地磁台，（就）是现在的上海天文台，最早的一个地方，是1874年，那时候就建立了，那么到现在我们国家已经有国家天文台，另外，地磁台站已经有36个，电离层观测站有10个，宇宙线站有两个，还有50来个生态站，现在在南极已经建立了两个站，这些地面观测站的好多数据，跟太空的探测数据结合起来，使科学家能够更全面地了解我们地球附近的环境，地球的一些变化。

　　　　主要的观测内容，这些台站包括太阳活动　日地关系，地磁场的变化，磁暴，电离层一些异常，还可以测声重波，宇宙线等，在（20世纪）90年代开始我们国家也建立了微重力的地面试验设备，包括微重力的落管，火箭探空，到现在为止，我们国家研制的探空火箭，已经超过十种，发射的总数超过300枚，用于空间科学的有七种，现有的海南岛（基地）是中国科学院火箭探空的一个基地，1958年9月8号，我们国家第一枚“东方号”探空火箭是由北京工业学院于河北宣化机场发射成功的，这是我们国家最早发射的第一枚现代火箭，到1960年8月份一共发射了16个，最大的高度达到78公里，1958年9月22号，到10月3号，北京航空学院，就（是）现在的航空航天大学，也研制了“北京2号”探空火箭，那么在白城靶场一共发了6次。

　　　　从1960年1月份开始，探空系列的火箭，“和平号”系列的火箭，和“振宇”系列的火箭就发展得相当快，这个主要是由原来的航天部，国防科技大学，中国科学院空间中心等单位合作研制的，这些火箭探测的主要项目是由中国科学院581组，现在的空间中心来承担，主要是探测高层大气的参数、温度、压力、风向、微流星体，太阳的短波辐射，就是X射线，紫外射线的辐射，还有电离层的电波传播等等，我们国家实际上做了比较多的还是卫星的探测系统，到现在为止我们已经发射了有好几个科学卫星，第一个就是“东方红1号”的卫星上面，已经上面有“太阳角计”，另外由于“东方红1号”卫星设计的时候，已经考虑到，把它做成功一个多面体镜（的）球形，这样的话，根据它轨道运行的数据，还可以来计算大气密度，作为科学研究，这是我们“东方红1号”的卫星的外形，所以基本上像一个球体，所以它在大气里边运动的时候，受的阻力在轨道上基本上可以看作变化不大，所以可以用它可以来反推轨道跟踪数据，可以用它来反推大气密度，想到我们国家第一颗人造卫星“东方红1号”的时候，我特别觉得印象很深，因为当时我还是刚从学校出来，参与这个工作，当时的国际形势，就是美国　苏联都对我们国家是封锁的，技术专家　苏联都撤走，很多情报资料（得到）也是很困难，当时我们国家，毛主席在1957年提出，我们也要搞人造卫星，在这个精神的鼓舞下，当时大家从来没有搞过这件事情，来搞，当时搞卫星打个比方来说，就像你想要吃馒头，都要从开荒种地做起，没有现成的馒头可以买到，也没有面粉可以来做馒头，等于要开荒种地，（从）种小麦做起，所以当时这个环境条件是非常困难。

　　　　可是我们国家，在全国人民共同的努力下，我们“东方红1号”上所有的元器件　材料都是国产的，没有一个进口的，而“东方红1号”第一个卫星，一次就发射成功，所以我们剩下来的备份星后来才把它加了太阳能电池，加了三个小仪器，变成我们国家的第一颗科学卫星“实践1号”，当时搞“东方红1号”的时候大家有几个指标，一个就是要上得去，上去了以后，要抓得住，而且用眼睛还要看得见，耳朵还要听得见，为了完成这几个指标，当时大家也是想了不少办法，比如说整个卫星抛光虽然抛得很亮，它的直径也（就只有）1米左右，在地面上看起来，在几百公里高度的话，也就相当于一个六等星，大家实际上，要把它看见是非常困难的，当时在研制过程中间，当时钱学森先生，就住在二楼，我们在五楼，晚上就把我们叫下去，说到底能不能看得见，后来因为计算下来，也只有六等星的亮度，觉得不够，所以后来在末级火箭上加了一个反光的“裙子”，可以撑开，发射上去撑开以后，实际上，后来大家看到的比较亮的，实际上还是末级火箭的（“反光的裙子”所反射的光）为了抓得住，当时利用我们国家最新的计算机，“119”，第一个半导体计算机进行计算，算一圈轨道，差不多要花两三分钟，（加）上模拟各种数据来算，使得我们国家卫星上天以后，能够把它抓住，能够跟踪上，一个卫星1米左右，放到几百公里的高度，当时赵久章先生就说，就像几公里以外看一个苍蝇是很不容易的，所以当时我们国家年轻一些专家就主张采用“多谱勒”，　“多谱勒”就是频移测速系统，来测量我们国家卫星的轨道，当时在世界上来说，频移测速这个技术还是刚刚开始用，所以我们国家从第一个卫星开始，当时就采用了世界上比较最先进的一些技术，来进行研制。

　　　　为了听得见，当时在我们遥测信号的调制上面，请上海的“国光”口琴厂的老师傅协助下，我们把东方红（歌曲）的第一句去掉，调制在遥测信号上，所以大家使全国人民当时都能够听到东方红的乐曲声音，所以这一些都是当时在开论证会（论证的结果），当时为了论证第一个人造卫星的方案，我大概是一辈子参加的最长的一个会议，就在现在的友谊宾馆，当时一共开了42天会议，白天大家讨论方案，晚上进行计算，是最长的一次会议，当时我们国家研制第一颗人造卫星的时候，比起当时的美国　苏联来说，还有一个困难就是美国在全球各个经度，各个区域都有地面站，都有这些设施，苏联整个国土跨的经度的范围很大，咱们国家地理位置还是不错，可是它所占的整个地球的面积即使全部布满（地面）站，实际上也只有12％的时间能够看到我们自己国家的卫星，所以在当时，就是我们一方面尽量把站（分）布得比较靠边境，像新疆的喀什地区，东北的长城地区，厦门地区，包括南方，同时，当时也知道，我们国家以后要发展一些跟踪的船，才能够使得在我们国家境外的时候也能够收到卫星的数据，所以到现在为止，结合“神舟号”的载人航天工程，我们国家已经有四艘远洋的船来跟踪，来测量卫星的轨道，同