【半小时漫画中国航天·奠基篇】④

1. 书接上篇，我们因为刚需，给火箭各种升级。其中，好几款火箭的升级，都是围绕着送人造卫星来的。

那么问题来了：人造卫星究竟能干些啥？

我们为啥要往天上发卫星？

跟地球比，人类的大小几乎可以忽略不计，再加上重力的影响，咱就跟贴在地上一样。

可以说，我们就相当于“二维纸片人”。

但是，自从有了人造卫星，一切都变了。

有了它，人类的活动范围将脱离地球表面，相当于一下拔高了一个维度。

它种类多样，堪称最强辅助，能给人加上各种技能，比如：顺风耳、千里眼、筋斗云。



2. 关于“想去哪儿就去哪儿”的技能，实际上是导航卫星的功能，因为导航卫星的内容特别多，会在下一篇单独讲，所以本篇我们先讲科学卫星。

有了人造卫星，我们才真正意义上成为“三维生物”。

那么问题来了：这些功能都是啥？

它们又是怎么实现的？

接下来，带伙伴们走进那艰苦又辉煌的岁月。

顺风耳：通信卫星

顺风耳，顾名思义就是想听啥就能听啥，随时随地都能吃上瓜。这搁以前根本做不到。

那会儿通信基本靠腿，八卦基本靠嘴，想吃点儿世界人民的瓜，你可能得从南走到北。不说效率，有生之年能不能吃上这瓜，都是个问题。

但现在不一样了，自从有了各种通信工具，你随时随地都能吃上新鲜瓜。

3. 这是怎么做到的呢？

虽然这种方式能传话，但是地上障碍多，保不齐遇到个什么高楼大厦，信号就能给你挡住。

所以，地上的传话传不了太远。况且地球上有很多人迹罕至的高山、海洋、沙漠，根本不适合建通信站。

为了解决这个难题，科学家造出了下面这位超强辅助——通信卫星。

通信卫星站得高，能无视障碍，转头就把消息送到十万八千里外。

但这玩意儿相当难造，早期只有美、苏等几个国家有。

当年美国总统尼克松访华，还刺激了咱一把。

他想把这次访华过程直播给美国人看，就把卫星地面站给带了过来，完事还说要送给咱。



4. 当时咱还在用各种地面通信站互相传信号。在偏远地区，或者一些人迹罕至的地方，站点没那么容易建起来，信号就传不过去。

对此，国家表示：我们还是把卫星地面站买下来吧。

而这件事也让咱下定决心：一定要搞自己的通信卫星！

不过，这项工程相当复杂，需要五大系统——通信卫星系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统、通信地面系统。

国家安排不同大佬负责不同系统，并正式开启了卫星通信工程——331工程。

这时，第一个问题出现了。

要用最小、最经济的卫星实现通信覆盖面积的最大化，这样的卫星运行轨道有且仅有一条：地球静止轨道。



5. 但如果想把卫星送到这条轨道上，难度极大。

我们第一次送通信卫星，就因为火箭的问题失败了。

很快，第二次发射开始。本来一切顺利，卫星已经开始朝这条轨道上走了，突然，装在它上边的电池，发烧了（物理意义上的）！

你是不是以为这次又要失败了？造电池的设计师们表示：不慌。

他们在设计时就留了空间，电池温度飙到72℃都没问题。

这下，大家淡定下来，开始采取一系列措施。

最终，电池成功退烧，卫星顺利进入地球静止轨道。

至此，我国第一颗通信卫星发射成功！

这就是——东方红二号！是1984年4月8日，它由长征三号火箭发射升空。

东方红二号为中国的卫星通信铺平了道路，也开启了我们使用自研卫星进行通信的历史。

6. 东方红二号发射后不久，我们又搞了两项试验——卫星电话和电视直播。

有了通信卫星，信息传递更容易了。而全中国看电视的人口，从30%不到增加到超过80%。

东方红二号在太空工作了四年。后来，我们陆续搞出了东方红三号通信卫星，以及东方红四号、东方红五号等卫星平台。

后面，我们还搞了天通一号卫星移动通信系统。

2016年8月6日，天通一号01星由长征三号乙发射成功！

它可以不通过地面站，直接跟人联系。

也就是说，手机能直连卫星了！

以后在没有信号的地方，也能打电话了！



7. 通信卫星能让大家随时听到新鲜消息，可以说是名副其实的顺风耳！

第一大功能介绍完毕，那么，它还能做些啥？

千里眼：遥感卫星

千里眼的功能，就是让你想看啥就能看啥，相当于开了上帝视角。而要实现它，就得用——遥感卫星。

看到“遥感”这俩字，你是不是觉着头大？难懂？

不要急，它其实很简单，这玩意儿就是——在遥远的地方，感知地球。

当然，遥感卫星也不只是瞅地球，也有瞅月球、太阳和空间环境的。

那地球上有啥好瞅的呢？

主要是下面几类：

8. 气象卫星。

它有一个相当实用的功能：让你能“未卜先知”。

想当年，如果要了解天气情况，得靠观察，得靠算。

诸葛同学凭借这一手操作，怒甩同行几百条街，刷了近两千年的存在感。但这事要搁现代，全国人民都比他厉害。

那么，气象卫星是怎么预测天气的？

这很简单。

它不停地对着地球狂拍，拍下来的照片就叫——卫星云图。

那么，我们的气象卫星是怎么建成的呢？

事情要从1969年说起。

9. 那年，一场特大冰雪灾害席卷中国，到处停水停电，日子相当不好过。

由于咱当时没有气象卫星，手头的资料很少，很难对各种灾害天气进行预报。

气象局领导在向国家汇报灾情时，只能提供一张美国的气象云图。

国家连连感慨——落后啊！

为了能预知灾害，多做点儿预防措施，国家表示——中国一定要有自己的气象卫星！

于是，气象卫星工程正式确立，代号——711工程。

1977年11月，在论证会上，我国第一代极轨气象卫星被正式命名为风云一号，由此开启了“风云纪年”。

10. 在介绍风云系列卫星前，我们先要了解一个概念。根据跑圈儿姿势不同，气象卫星可以分为两种：极地轨道卫星命名为风云一号系列；地球静止轨道卫星为风云二号系列。

先看风云一号。科学家们排除万难，造出我国第一颗气象卫星——风云一号A星，并将它成功发射！

但是，它在上天后不久，就遇到了情况——芯片受到辐射影响，失去控制，仅工作39天。

两年后，风云一号B星发射，也受到了辐射。

工作人员进行了各种抢救，但最终，在累计工作大半年后，B星也提前结束了使命。

风云一号的头两颗星虽然短命，但都取得了成绩。A星发回了我国第一张气象云图，而对B星的抢救成了中国航天史上的一个奇迹。

11. 再看风云二号。它的经历就更加惨烈了。

当时，风云二号01星到了发射场，进行各种测试。

但因为经验不足，大家对推进剂的危险性不够重视，操作不当，发生了严重事故——爆炸导致30多人受伤，1人死亡。

就这样，风云系列卫星仿佛陷入了“魔咒”，各种不顺。

但是，中国航天人不会因此就放弃！

他们总结经验，吸取教训，完善各种技术，重磅推出了——风云一号C星！

1999年5月10日，由长征四号乙火箭发射升空。而且相当争气，拍照水平非常稳定，为世界人民提供服务。

它还彻底摆脱了风云一号的短命魔咒，预计寿命2年，实际在轨运行7年，被称为——太阳同步轨道长寿第一星。



12. 随后，风云二号系列也传来好消息。

在发射完A星和B星后，风云二号C星正式上岗，它干了很多活儿，包括预报天气、预测灾害等，工作非常出色。

风云二号自从工作以来，对登陆我国的台风，全部预测成功，一个都没放过。

至此，风云家族成功翻身，为我们的生活保驾护航！

之后，在极地轨道出现了风云三号系列，静止轨道出现了风云四号系列。这帮卫星齐心协力，成了我国应用最广的卫星系列之一。

同时，我们还研制了其他遥感卫星。

为了能看得更清楚，我们在卫星上装了更高分辨率的摄像头，这就是——高分卫星。



13. 2013年4月26日，高分一号卫星由长征二号丁发射成功！它能看到大气污染情况，帮助治理大气环境。

凭借高清摄像头，高分卫星不光能照相，还能拍摄3D大片，给我们提供了很多信息。

所以，遥感卫星能帮我们瞅清楚地球的方方面面。

千里眼名不虚传！

科学卫星

话说，太空里的环境，跟地球上差很多：不光没空气，几乎没重力，还有各种粒子到处乱窜，主打一个随心所欲。

这么多神奇的玩意儿，如果能研究明白，说不定就能整出些黑科技，造福全人类。

因此，人类向太空发起挑战，搞出了——科学卫星。它专门负责待在天上搞科研。

14. 可以说，科学卫星代替我们，在人类去不到的地方，干了各种活。

由于研究的东西五花八门，科学卫星有很多种。

当年东方红一号上天后，国家就想着，下一颗卫星要干点儿实事。于是，我们把东方红一号改了改，造出了——实践一号！

1971年3月3日，由长征一号火箭发射升空。

它主要负责验证技术，顺便搞搞科研，探测点儿射线什么的，这就是咱的第一颗科学试验卫星。

同时，它也是继东方红一号后，我国发射的第二颗人造地球卫星。它的主要任务是试验太阳能电源系统、遥测系统、温控系统及无线电线路在空间环境下的长期工作性能，测量高空磁场、X射线、宇宙射线等空间环境数据。

15. 后来，因为各方面条件都不太够，所以卫星以实用为主，科学卫星的项目就慢慢搁置了。

直到几十年后，我们陆陆续续发了很多卫星，甚至连人都送上去了，大家突然发现：2014年，全球科学卫星有92颗，没有一颗是中国的！

这就很离谱了。咱好歹也是航天大国，连颗科学卫星都没有，这不符合我们的身份！

为此，中国科学院专门搞了个项目，第一阶段主要发射4颗卫星——2颗负责搞探测；2颗负责做实验。

重点介绍一下悟空号，好好涨知识。

16. 首先，什么是暗物质？

这就高级了。我们知道，一个东西的速度越大，要拉住它所需要的引力就越大。根据万有引力定律，这个力跟吸引它的家伙的吨位有关。

但是，经过一通计算，科学家们发现：在银河系中心附近，恒星的速度似乎快得有点儿过头了。所以，要符合万有引力定律，这里吸引恒星的物体质量应该更大才对。

这就刺激了，也就是说：要么，万有引力错了；要么，宇宙里肯定还有些东西，只是我们看不到！

为了防止牛顿掀棺材板，我们选择相信后者。

而这些看不见的东西，统称——暗物质。

这玩意儿有啥用呢？咱也不好说，你只要知道它很牛就行。

有多牛呢？

17. 你一定听说过这三大理论。

如果暗物质能研究出来，那它可能会被称为：继这些理论之后，基础科学的又一次飞跃！

而我们的悟空号，就是探测暗物质的卫星。

2015年12月17日，悟空号发射成功！它是我国空间天文学领域的第一颗卫星。

之后，我们陆续将实践十号、墨子号、慧眼号，都送上了天，第一阶段的4颗卫星全部发射成功！

我们的科学卫星项目会继续搞下去。之后的第二阶段，我们又发射了“怀柔一号”等卫星。

科学卫星会继续充当人类的先锋，载着人类的探索欲与好奇心，走向更深的宇宙！

至此，通信卫星、遥感卫星和科学卫星我们就全讲完了。那么，它们未来会怎样呢？

18. 卫星的未来

随着时代的发展，卫星越来越多，目前，人类正在进入大航天时代。

许多国家都在发射低轨道卫星，比如：美国的“星链”计划预计发射42000颗卫星；英国的OneWeb通信公司也要发射个几百颗。

那么，发射这些卫星有啥用呢？

当然是为了更好地上网啊！

它们离地球近，信号传得快，又不受地形影响，卫星互联网指日可待！

所以，我们也推出了低轨道卫星计划：

19. 除了可以起到这个作用，发射低轨道卫星还有一个原因是：

在离地球比较近的轨道上，最多只能装60000颗卫星，美国一下发射了这么多，资源都快被抢光了。

这就很被动了：如果近地轨道被美国抢占，那咱以后想发射卫星，都得经过别人的地盘，说不定就会出现事故……

所以，我们完成低轨道卫星计划之后，就不用担心别人堵路。

就这样，在人造卫星领域，我国经历艰难险阻，最终逆袭，跻身世界前列。

而中国航天还将继续创造辉煌！

接下来还有什么呢？

更多精彩，请看下篇——北斗卫星：一个“缺”字引发的战斗



20. 上一篇我们讲了三类人造卫星，现在让我们来瞧一下第四大类：大名鼎鼎的导航卫星。

导航卫星的重要性，要从一场震惊世界的战争说起。

20世纪90年代，中东有个“愤青”叫伊拉克，总兵力近百万，飞机、坦克、装甲车不计其数，自称世界第四军事强国。

因为石油问题，他跑去吊打了一个叫科威特的国家。

这事让隔了十万八千里的美国不爽了。秉着“世界那么大，我想去管管”的信念，美国抄起家伙就上了前线。

本以为双方能打得有来有回，结果美国直接一下子把伊拉克打趴了。

这就是著名的海湾战争。

那么问题来了，伊拉克明明很强悍，咋这么容易就被虐了？这就不得不提美军持有的神器——全球定位系统（Global Positioning System），简称：GPS。



21. 简单来说，它能让导弹“长眼”。

有了GPS，导弹就跟开了八倍镜一样，指哪儿打哪儿，有的甚至能从洞里穿过去，八百里开外精准命中敌方。

而伊拉克还没开通这项技能，跟美国打架，只能被完虐。

这让全世界意识到一个可怕的事实：以后的战争将进入一个比“外挂”的时代。

所以，这玩意儿咱也得有！

那为啥要造个自己的？直接用GPS不就完了？

那是因为，GPS虽然叫“全球”定位系统，但它是美国军方的设备，一旦打仗，人家给你封了，到时候，“GPS”没了“G”——那就只剩个“PS”！

那就完了！

22. 1999年，美军就利用GPS制导，轰炸南斯拉夫联盟共和国，结果我国驻南大使馆被炸，三名中国记者牺牲。

为了不被人骑在头上，为了能保护自己，我们必须搞中国人自己的导航定位系统！

这就是——北斗卫星导航系统。简称：北斗系统。

不过，在介绍北斗前，咱得先搞清一个概念。

什么是卫星导航系统？

简单来讲，它就是个基建工程，由多颗卫星组成，能帮你解决下面三个宇宙终极问题：

也就是说，不论是在空间上还是在时间上，生活的方方面面，它都能给你照顾到。

那么，它是怎么做到的呢？

23. 空间上：我在哪儿？要到哪里去？

这两个问题很深刻，但其中的原理很简单。

假设你迷路了，想知道自己在哪儿，于是掏出手机，就收到了卫星发的信号，发送时间：n秒。

由于信号传播的速度是光速，我们凭借远超小学生的知识量，以及下面这个万能公式——距离=速度×时间，

算出了自己和卫星的距离。

又因为知道卫星的地址，掐指一算，惊讶地发现——这是以卫星为中心，以和卫星的距离为半径的球。

再分别以这两颗卫星为中心，以和它们的距离为半径画两个球。这两个球的表面相交，得到一个圈。

然而，当第三颗卫星加入后，事情出现了转机……

24. 三个球的表面相交，可以得到两个交点。——这就是定位的原理。

也就是说，想确定一个人的位置，你头顶上至少需要三颗卫星，这叫三球交会定位原理。

不过一般情况下，为了保证你在哪儿都能收到信号，会发射许多卫星。美国GPS就发射了24颗卫星。

而有了定位后，再下载个地图App，导航也就顺便搞定了。

这样，空间上的问题就解决了。

下面开始解决时间上的问题。

25. 时间上：现在几点了？

这事其实挺重要。

为啥呢？举个最简单的例子，抢票都经历过吧？你要是慢个一两秒，那票早就被抢完了。前面刚讲过，时间会影响你测距离。

而信号传播的速度极快，所以就算时间只差千分之一秒，距离都能差到300千米！因此，精准控制时间，就显得非常重要。

GPS在授时的时候，曾经出现过13微秒的误差，导致电力系统出现一系列故障，大家的生活受到巨大影响。

那么，怎么保证时间的精准性呢？给卫星装个神器——原子钟。

这货很高级，它每2000万年才误差1秒！被称为导航卫星的“心脏”。

北斗卫星就是靠这个原子钟，把时间精准地传递给大家。

所以说，导航卫星跟我们息息相关。

26. 咱是怎么把北斗系统造出来的？这就艰难了。

卫星导航系统本身就很复杂，加上咱航天事业刚起步时，那是要啥没啥，想快速搞定它很难。咋办呢？

此时，一位航天大佬表示：国际惯例三步走。

孙家栋——中国科学院院士，“两弹一星”元勋，北斗系统工程总设计师。

第一步——北斗一号：服务对象：咱们中国先用用。

第二步——北斗二号：服务对象：亚太地区，周边邻居也用用。

第三步——北斗三号：服务对象：全球，大家都用用。

而北斗系统的整个发展史，总结起来就一句话—— 一个“缺”字引发的战斗。

我们一步一步看。

27. 北斗一号：缺钱

首先，造一个导航系统，很费钱。美俄之前都搞过，各自花了100多亿美元，咱当时根本没那么多钱。

那么，怎样花最少的钱，办最大的事呢？

此时，一位叫陈芳允的大佬提出：三颗卫星贵了点儿，要不试两颗？

为啥两颗卫星就可以呢？

因为，咱可以把地球看成第三个球，这样，得到的两个交点都在地球上。

然后，我们再把两颗卫星放在合适的位置，并让两个交点满足：一个在南半球，一个在北半球。

因为北斗一号只给咱自己人用，此时，凭借你傲人的地理学知识，就可以排除掉南半球那个点。

这样，你的位置就确定了！

这就是双星定位系统。



28. 最终，经过八年的努力，我们选择了合适的位置，把这两颗卫星送上了天，这就是——北斗一号系统！

轨道：地球静止轨道

卫星：2颗

高度：35786千米

特点：专管中国片区，始终在咱头顶上运行

我国实现了全国定位，成为继美国、俄罗斯之后，第三个拥有导航卫星的国家！

作为北斗一号的补充和辅助，2003年，团队又发射了第三颗卫星，进一步加强了系统。

但是，北斗一号只能服务自己，跟咱“你好我好大家好”的理念不太匹配，所以，北斗二号开工了。

此时，一个更加严峻的问题出现了。

29. 北斗二号：缺轨道

卫星要发信号，得有频率；要在天上飞，还得有轨道。

而按国际惯例，轨道先用先得。美、俄造得早，老早占了位，剩下的数量有限，要用得申请。

于是，中国和欧盟竞争，各自推出了自己的计划。

轨道一旦申请，就必须在7年内正式使用。

所以，就得拼速度；疯狂赶进度。

然后，不出意外地出了意外……

欧盟发生了金融危机，整个联盟没钱了。而中国发现技术不够强，赶了半天赶不上。



30. 咋办呢？合作共赢！相当于本来是敌人，一下变战友。

本来双方合作挺顺利，结果，美国又出动了。

他害怕咱跟欧盟“哥俩好”，会对他产生威胁，于是转头威胁上了欧盟。最终，欧盟被美国拐跑了，中欧被迫进入冷静期。

所以到头来，咱还是得自己造卫星。

坏消息是在双方合作期间，欧盟已经送了颗卫星上去！

好消息是他们没钱开通频率，卫星没能正式使用，抢轨道失败。

所以我们只要能把卫星送上去，并顺利开通频率，就能成功抢到轨道。

但问题是，技术难度太大。

31. 北斗卫星的核心设备原子钟，之前都是从瑞士进口的，欧盟被美国威胁后，瑞士就不卖给咱了。

而我们自己的原子钟，精度比国际先进水平要差100倍。

咋办呢？只能自己造个更好的。

但因为当时咱对原子钟没啥概念，所以一开始搞出来的款式，那是隔三岔五地出bug（差错）。

后来，科研人员不断研究，各种做实验，终于赶在deadline（最后期限）前，造出了属于中国的铷(rú)原子钟！

然后，我们把第一颗北斗二号卫星送上了天，并顺利接收到信号！

此时，距离7年申请时限失效，仅剩不到4个小时……

32. 最艰难的时刻已经过了，接下来，北斗二号系列如开挂一般，至2012年年底，完成了14颗卫星的全部发射！

轨道：中圆地球轨道

卫星：4颗

高度：约20000千米

特点：跑得快，覆盖范围小

这就是——北斗二号系统！

美、俄的卫星都在中圆轨道转悠。

这种卫星跑得快，适合全球定位，但因为覆盖范围小，所以需要很多卫星搁那儿转。

北斗二号用了三个轨道，但只用于服务亚太地区，不需要那么多卫星，所以，我国成功实现：

就这样，我们也能罩着邻居了。

接下来，该服务全世界了，但新的问题已经出现。

33. 北斗三号：缺地盘

卫星想导航，得知道自己在哪儿，才能往外发位置。

那么，它的位置是谁告诉它的呢？是专门负责责收集卫星数据的地面站。

为了保证可以时刻盯着卫星，我们得在各种能看到它的地方建地面站。

但要是卫星走远了，咱够不着咋办？

最好的办法，就是满世界建站点，美国就是这么干的。

但我们没办法建那么多站点。所以大家想了个法子：既然地上不行，那就在天上搞呗。

34. 于是，大佬们给天上的这些卫星建了个群，让它们互相盯着点儿，这样就可以知道全球位置信息。

这就是Ka相控阵星间链路技术。

眼瞅着问题圆满解决，美国这时又出来搞事。

但是，我们无所畏惧，丝毫不慌。

北斗三号的所有核心设备，全部都是国产的！

所以，我们的北斗卫星导航系统可以永远摆脱受制于人的局面！

就这样，在解决了技术难题后，我国用不到三年时间彻底建成了——北斗三号系统！

35. 它创造了一年发射10支火箭、18颗卫星的纪录！

至此，世界人民都能用上北斗系统了。

从中国到亚太，再到全球，我们完美实现了“三步走”战略！

而北斗系统也和下面三大导航系统并称为世界四大导航系统！

而且咱绝对是top 2的存在！

当然，这只是个开始，北斗系统将继续发展，并给大家带来全方位、立体式的体验。

那么，最后我们来聊聊北斗系统的用处。

36. 北斗系统都用在哪儿了？

持续为您报道。

短文播报——这是北斗系统的独门绝技，其他卫星导航系统都没有。

有了这个功能，不管在哪个旮旯儿，你都可以知道自己的位置。

万一哪天你流落荒岛，手机没信号，也能通过北斗系统发送求救信息，让救援人员更快地找到你。

我们的北斗一号在汶川地震中，表现亮眼。

峰高测量——北斗系统还可以为高山量身高。

37. 区域测绘——一般来说，咱们搞基建，要先对土地进行测绘，提供地形图和数据，这需要测绘人员在野外辛苦工作才能搞定。

有了北斗系统，就可以帮忙测绘，大大提高基建效率！

目前北斗系统正规划第四期建设，预计到2035年完成组网，用于提供从室内到室外，从深海到深空的立体服务。

心不妥协，行不受限。一代代北斗人用自己的行动证明，想象力有极限，但他们没有极限。

前进的道路纵使万般艰难，他们也能咬着牙前进。

他们将青春奉献给事业，为我们写下最华丽的篇章。

他们向世人证明——北斗系统的应用，只受限于人类的想象力。

北斗系统的故事就到这里了，更多精彩，敬请期待《半小时漫画中国航天·探索宇宙篇》！

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