出品 | 新浪科技《科學(xué)大家》

　　撰文 | 龐之浩 全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家，神舟傳媒公司首席科學(xué)傳播顧問，衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)協(xié)會首席專家，中國首次太空授課專家團(tuán)隊組成員

　　中國航天日，是為了紀(jì)念中國航天事業(yè)成就，發(fā)揚中國航天精神而設(shè)立的一個紀(jì)念日。2018年4月24日是我國第三個“中國航天日”，今年也是中國空間技術(shù)研究院和中國航天員中心成立50周年，從1970年到2018年4月10日，我國“長征”系列火箭共進(jìn)行了271次發(fā)射，先后把近400個航天器送入軌道，并在載人航天、深空探測、導(dǎo)航定位、對地觀測、通信廣播、空間科學(xué)與技術(shù)試驗等領(lǐng)域取得了顯著效益。

　　通往天路的云梯：火箭

　　人造衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器是開發(fā)太空資源的利器，但它們都要通過運載火箭的發(fā)射才能進(jìn)入太空翱翔。因此，我國一直在積極研制各種運載火箭。

　　按動力學(xué)科劃分，運載火箭一般分為化學(xué)能火箭、電火箭、核火箭、光子火箭和太陽能火箭等。至今所有航天發(fā)射都是用化學(xué)能火箭。

　　化學(xué)能火箭又可以分為液體和固體火箭。前者性能高、推力大，被廣泛使用；后者使用時很靈活方便，多用于助推、分離和發(fā)射小型航天器。

　　在實際應(yīng)用中，一般采用多級火箭，并有三種組合形式，即串聯(lián)、并聯(lián)和混合形式。串聯(lián)式火箭結(jié)構(gòu)緊湊、氣動阻力小、發(fā)射簡單；并聯(lián)式火箭發(fā)射時所有的發(fā)動機可以同時點火，故推力大，但發(fā)射設(shè)備復(fù)雜，費用高；串聯(lián)式和并聯(lián)式同時使用的叫混合式火箭，它兼有上述兩種方式各自的優(yōu)點，因而被廣泛采用。

　　目前，運載火箭的發(fā)射大致有三種方式：從地面發(fā)射；從空中發(fā)射，從海上發(fā)射。

　　幾十年來，通過幾代中國火箭人的不懈努力，我國“長征”系列火箭走過了從常溫推進(jìn)到低溫推進(jìn)、從串聯(lián)到捆綁、從“一箭一星”到“一箭多星”、從發(fā)射人造衛(wèi)星到發(fā)射載人飛船和空間探測器的歷程，具備了發(fā)射低、中、高不同軌道，不同類型航天器的能力，基本能夠滿足不同用戶的需求。

　　我國長征2號子系列火箭用于發(fā)射低軌道航天器，長征3號子系列火箭用于發(fā)射高軌道航天器，長征4號子系列火箭用于發(fā)射極軌道航天器。其中的長征2號F是我國唯一的載人運載火箭，主要特點就是可靠性高。它已成功發(fā)射了6艘載人飛船，成功率100%。

　　中國長征5號運載火箭運抵海南

　　近年，我國又發(fā)射了長征5號、6號、7號、11號新一代大中小型運載火箭，使我國運載火箭運載能力上了一個大臺階。其中的長征5號是我國新一代大型運載火箭，被昵稱為“胖五”，因為它的直徑比別的火箭粗，該近地軌道運載能力達(dá)25噸，綜合性能指標(biāo)達(dá)到國際上主流運載火箭水平。

　　我國還掌握了“太空擺渡車”——運載火箭的上面級技術(shù)。它可多次啟動，工作時間長，能先后把不同“乘客”送到不同目的地，大大增強運載火箭的任務(wù)適應(yīng)性。

　　長征5號、7號都在新建的海南文昌航天發(fā)射場發(fā)射。該發(fā)射場地緣優(yōu)勢明顯：有射向范圍寬的優(yōu)勢；火箭航區(qū)、殘骸落區(qū)安全性好；具備低緯度的優(yōu)勢；可以通過海運將火箭運過來；其年發(fā)射能力可達(dá)10~12發(fā)。

　　人造衛(wèi)星當(dāng)空舞

　　目前，人造地球衛(wèi)星的數(shù)量和種類最多，用途最廣。它包括試驗衛(wèi)星、科學(xué)衛(wèi)星和應(yīng)用衛(wèi)星3類，我國都可獨自研制、發(fā)射和應(yīng)用。

　　試驗衛(wèi)星用于太空試驗航天新技術(shù)、新概念、新材料等，是航天技術(shù)發(fā)展的開路先鋒。我國已發(fā)射過多顆“實踐”系列試驗衛(wèi)星。2016年又發(fā)射世界首顆“脈沖星試驗衛(wèi)星”；2018年還發(fā)射了張衡1號電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星。

　　世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星（簡稱“量子衛(wèi)星”）發(fā)射升空

　　科學(xué)衛(wèi)星能擺脫大氣層和地球引力等影響，深入而廣泛地開展在地面上難以進(jìn)行的科學(xué)研究。我國在2015年發(fā)射的“悟空”暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星具有國際先進(jìn)水平；2016年入軌的實踐10號是單次搭載空間實驗項目最多的衛(wèi)星；同年升空的世界首顆墨子號量子科學(xué)實驗衛(wèi)星取得重要成果；2017年發(fā)射的“慧眼”硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡可實現(xiàn)世界最高靈敏度和最好空間分辨率的硬X射線巡天。

　　由于應(yīng)用衛(wèi)星直接為國計民生和國防建設(shè)等服務(wù)，所以效益最高。它分為通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星和導(dǎo)航衛(wèi)星3種。

　　通信衛(wèi)星已成為現(xiàn)代通信的重要手段。它主要通過轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號來實現(xiàn)各種通信，具有通信距離遠(yuǎn)、容量大、質(zhì)量好、可靠性高和靈活機動等優(yōu)點，效益也很可觀。通信衛(wèi)星不受地理條件限制，對地面設(shè)施依賴程度較低，在重大災(zāi)害和戰(zhàn)爭情況下，比其他方式更安全可靠，有時甚至是唯一應(yīng)急通信手段。

　　我國已研制和發(fā)射了采用東方紅2號、3號、4號衛(wèi)星平臺的3代固定通信衛(wèi)星，其中采用東方紅4號衛(wèi)星平臺的衛(wèi)星最先進(jìn)，可裝載近50臺轉(zhuǎn)發(fā)器。

　　我國還發(fā)射了4顆采用東方紅3號衛(wèi)星平臺的第一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星天鏈1號，使我國測控覆蓋率接近100%，并能提供百兆以上的高數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　2016年，我國首顆移動通信衛(wèi)星——天通1號01星升空。它可以為車輛、飛機、船舶和個人等移動用戶提供語音、數(shù)據(jù)等通信服務(wù)。

　　2016年4月6日1時38分，我國首顆微重力科學(xué)實驗衛(wèi)星——實踐十號返回式科學(xué)實驗衛(wèi)星，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由長征二號丁運載火箭發(fā)射升空，進(jìn)入預(yù)定軌道，圖為實踐十號衛(wèi)星在軌模擬圖。新華社發(fā)（中科院供圖）

　　我國首顆高通量通信衛(wèi)星實踐13號于2017年入軌，它采用了Ka頻段、激光通信和電推進(jìn)等先進(jìn)技術(shù)，通信容量是我國此前在軌通信衛(wèi)星容量的總和。

　　號稱“千里眼”的遙感衛(wèi)星是一種利用衛(wèi)星上所裝載的遙感器對地球表面和低層大氣進(jìn)行光學(xué)或電子探測以獲取有關(guān)信息的應(yīng)用衛(wèi)星。遙感衛(wèi)星又叫對地觀測衛(wèi)星，根據(jù)用途又分為氣象、陸地和海洋衛(wèi)星等多種，它們的主要區(qū)別在于時間、空間和光譜分辨率及譜段不同，因而用途不一。

　　在陸地衛(wèi)星方面，我國先后發(fā)射了返回式衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、高分衛(wèi)星和商用衛(wèi)星等，其中2016年發(fā)射的高分4號是目前世界上空間分辨率最高、幅寬最大的地球同步軌道遙感衛(wèi)星；2016年開始發(fā)射的高景1號分辨率高達(dá)0.5米。

　　氣象衛(wèi)星的最大特點是具有很短的覆蓋周期，大大提高了天氣預(yù)報的準(zhǔn)確率，沒漏過一次臺風(fēng)預(yù)報，主要用于探測和監(jiān)視全球大氣狀況。它廣泛應(yīng)用于船舶航行、災(zāi)害監(jiān)測和冰情預(yù)報等眾多非氣象領(lǐng)域。

　　2016年12月11日，搭載風(fēng)云四號衛(wèi)星的運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空。圖：“風(fēng)云四號”氣象衛(wèi)星

　　我國是世界第三個同時擁有極軌氣象衛(wèi)星和靜止氣象衛(wèi)星的國家，極軌氣象衛(wèi)星用于長期天氣預(yù)報，靜止氣象衛(wèi)星用于短期天氣預(yù)報。目前在軌工作的第二代極軌氣象衛(wèi)星風(fēng)云3號 、第二代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云4號都達(dá)到了世界先進(jìn)水平。2016年，還發(fā)射了我國首顆 “碳衛(wèi)星”，旨在為全球?qū)W者開展碳排放和氣候變化提供重要支撐。

　　用海洋衛(wèi)星能經(jīng)濟(jì)地對大面積海域進(jìn)行實時、同步、連續(xù)地監(jiān)測，更好地保護(hù)海洋和開發(fā)海洋資源。我國現(xiàn)已發(fā)射了2顆海洋1號水色衛(wèi)星和1顆海洋2號海洋動力環(huán)境衛(wèi)星。

　　目前，衛(wèi)星導(dǎo)航是最先進(jìn)的成熟導(dǎo)航技術(shù)，已廣泛用于交通運輸、氣象、漁業(yè)、林業(yè)、電信、水利、測繪等許多領(lǐng)域，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。因此，我國很重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)。截至2018年3月30日，我國已發(fā)射了31顆“北斗”導(dǎo)航衛(wèi)星，其中后8顆是用于建造“北斗”全球?qū)Ш叫l(wèi)星星座的北斗3號導(dǎo)航衛(wèi)星，衛(wèi)星性能大幅提升。“北斗”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將于2020年建成，定位精度為2.5~5米，每次可發(fā)送1000個漢字的短信。

　　“北斗”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有一些美國、俄羅斯和歐洲全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不具備的性能和特點，例如，該衛(wèi)星系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導(dǎo)航與通信能力，具有實時導(dǎo)航、快速定位、精確授時、位置報告和短報文通信服務(wù)五大功能。

　　欲與天公試比高

　　載人航天是航天技術(shù)向更高階段的發(fā)展，可以完成更復(fù)雜的太空開發(fā)工作。我國載人航天工程采用 “三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。

　　2005年10月12日9時0分0秒，神舟六號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空。

　　第一步是研制載人飛船，把航天員送入太空，并在完成預(yù)定任務(wù)后安全返回地面，實現(xiàn)我國載人航天的歷史性突破，掌握載人航天的最基本技術(shù)。這一步通過2003年和2005年先后發(fā)射的神舟5號、6號載人飛船圓滿完成。

　　神舟十號宇航員與觀眾打招呼，太空授課

　　第二步是突破和掌握航天員太空行走、空間交會對接兩項關(guān)鍵技術(shù)，然后發(fā)射空間實驗室和貨運飛船。這一步通過2008年神舟7號航天員翟志剛太空行走拉開了序幕。2011年發(fā)射的天宮1號目標(biāo)飛行器與后來升空的神舟8號、9號、10號飛船分別進(jìn)行交會對接，使我國成為世界第3個掌握交會對接技術(shù)的國家。

　　2016年10月19日3時31分，神舟十一號飛船與天宮二號自動交會對接成功，這是神舟十一號飛船與天宮二號組合體飛行模擬畫面（攝于北京航天飛行控制中心大屏幕）

　　2016年天宮2號空間實驗室入軌，它先后與神舟11號載人飛船和天舟1號貨運飛船交會對接，驗證了航天員中期在軌駐留技術(shù)、在軌加注技術(shù)和未來空間站的部分新技術(shù)，并進(jìn)行了較大規(guī)模的科學(xué)實驗。

　　至今，我國已把11名航天員送入了太空，其中包括2名女航天員。另外，景海鵬成為3上太空的航天員。

　　2017年04月20日，我國首艘貨運飛船天舟一號，在我國文昌航天發(fā)射場發(fā)射成功。圖為天舟一號

　　天舟1號是世界目前現(xiàn)役貨運飛船中載貨量最大的貨運飛船，每次可以運送6.5噸貨物，載貨比（即貨物重量占整個飛船的總重量的比例，是考核貨運飛船的主要指標(biāo)，載貨比數(shù)值越高，說明運載效率越高）較高，達(dá)到了0.48，該數(shù)值超越歐洲、日本等國家的現(xiàn)役貨運飛船，處于國際領(lǐng)先水平。

　　第三步是將在2022年建成長期載人的大型空間站。它由1個核心艙和2個實驗艙對接而成，每個艙都是20噸級，將開展大規(guī)模、長期有人照料的空間應(yīng)用活動。

　　此后，我國還有望開展載人登月和商業(yè)載人航天活動。

　　嫦娥工程揭奧秘

　　深空探測能夠幫助人類研究太陽系及宇宙的起源、演變和現(xiàn)狀，認(rèn)識空間現(xiàn)象和地球自然系統(tǒng)之間的關(guān)系，并為人類今后開拓更為廣闊的疆域打下基礎(chǔ)。

　　我國的深空探測是從月球探測開始的，這是因為月球是離地球最近的一個星球，又蘊含著豐富的資源和能源，所以從技術(shù)性、科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性等方面講，在深空探測領(lǐng)域先探測月球是符合科學(xué)規(guī)律的。

　　我國的月球探測工程又叫嫦娥工程，分為“繞、落、回”三個發(fā)展階段實施。

　　2007年10月24日18時05分，搭載著我國首顆探月衛(wèi)星嫦娥一號的長征三號甲運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心三號塔架點火發(fā)射。圖為嫦娥一號

　　第一階段為繞月探測，即發(fā)射繞月探測器，對月球進(jìn)行全球普查。它原定通過嫦娥1號、2號繞月探測器完成，其中嫦娥2號是嫦娥1號的備份。后來由于2007年發(fā)射的嫦娥1號表現(xiàn)出色，嫦娥2號改為第二階段的技術(shù)先導(dǎo)星。

　　第二階段為落月探測，即發(fā)射落月探測器，對月球進(jìn)行區(qū)域性詳查。

　　2010年10月1日18時59分57秒，搭載著嫦娥二號衛(wèi)星的長征三號丙運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點火發(fā)射升空。

　　2010年，先發(fā)射了嫦娥2號，對6種新技術(shù)進(jìn)行了試驗驗證，對未來的預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行高分辨率成像，獲得更加豐富和準(zhǔn)確的探測數(shù)據(jù)，深化了對月球的科學(xué)認(rèn)知。

　　嫦娥三號

　　2013年，嫦娥3號落月探測器成功在月面軟著陸，首次實現(xiàn)了我國對地球以外天體的軟著陸，使我國成為世界第3個掌握落月探測技術(shù)的國家。嫦娥3號由著陸器和玉兔號月球車組成，它們攜帶了3種在世界上首次應(yīng)用的科學(xué)探測設(shè)備，取得了重大成果。

　　2018年，我國將發(fā)射嫦娥4號中繼衛(wèi)星和落月探測器。它們將首次實現(xiàn)人類探測器造訪月球背面的壯舉，獲得一批重大的原創(chuàng)性科學(xué)研究成果。

　　第三階段為采樣返回探測，即發(fā)射采樣返回器到月表特定區(qū)域軟著陸并采樣返回，對月球進(jìn)行區(qū)域性精查。我國有望在2019年發(fā)射嫦娥5號月球采樣返回探測器，帶回2公斤樣品。 為此，我國在2014年先發(fā)射了嫦娥5號試驗器，突破了航天器以第2宇宙速度返回地球的這一關(guān)鍵技術(shù)。

　　2020年，我國將發(fā)射首個火星探測器，一次完成對火星的“繞、落、巡”3項任務(wù)，這在世界上是首次。此后，我國擬探測小行星、木星等。

　　探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強國，是我們不懈追求的航天夢。從“一箭一星”到“一箭多星”、從長征一號小型運載火箭到長征五號新一代大型運載火箭，從東方紅一號衛(wèi)星到多種試驗、科學(xué)和應(yīng)用衛(wèi)星，從神舟載人飛船到天宮空間實驗室、天舟貨運飛船，從嫦娥一號繞月探測到嫦娥三號落月探測，在邁向世界航天強國星辰大海的征途中，中國航天人始終如一，帶領(lǐng)著中國航天事業(yè)走向新高度！