出品 | 新浪科技《科學(xué)大家》

　　撰文 | 龐之浩 全國(guó)空間探測(cè)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(wèn)，衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)首席專家，中國(guó)首次太空授課專家團(tuán)隊(duì)組成員

　　中國(guó)航天日，是為了紀(jì)念中國(guó)航天事業(yè)成就，發(fā)揚(yáng)中國(guó)航天精神而設(shè)立的一個(gè)紀(jì)念日。2018年4月24日是我國(guó)第三個(gè)“中國(guó)航天日”，今年也是中國(guó)空間技術(shù)研究院和中國(guó)航天員中心成立50周年，從1970年到2018年4月10日，我國(guó)“長(zhǎng)征”系列火箭共進(jìn)行了271次發(fā)射，先后把近400個(gè)航天器送入軌道，并在載人航天、深空探測(cè)、導(dǎo)航定位、對(duì)地觀測(cè)、通信廣播、空間科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)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(kāi)發(fā)太空資源的利器，但它們都要通過(guò)運(yùn)載火箭的發(fā)射才能進(jìn)入太空翱翔。因此，我國(guó)一直在積極研制各種運(yùn)載火箭。

　　按動(dòng)力學(xué)科劃分，運(yùn)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(yáng)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(shí)很靈活方便，多用于助推、分離和發(fā)射小型航天器。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用多級(jí)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(dòng)阻力小、發(fā)射簡(jiǎn)單；并聯(lián)式火箭發(fā)射時(shí)所有的發(fā)動(dòng)機(jī)可以同時(shí)點(diǎn)火，故推力大，但發(fā)射設(shè)備復(fù)雜，費(fèi)用高；串聯(lián)式和并聯(lián)式同時(shí)使用的叫混合式火箭，它兼有上述兩種方式各自的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛采用。

　　目前，運(yùn)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(lái)，通過(guò)幾代中國(guó)火箭人的不懈努力，我國(guó)“長(zhǎng)征”系列火箭走過(guò)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(cè)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(guó)長(zhǎng)征2號(hào)子系列火箭用于發(fā)射低軌道航天器，長(zhǎng)征3號(hào)子系列火箭用于發(fā)射高軌道航天器，長(zhǎng)征4號(hào)子系列火箭用于發(fā)射極軌道航天器。其中的長(zhǎng)征2號(hào)F是我國(guó)唯一的載人運(yùn)載火箭，主要特點(diǎn)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(guó)長(zhǎng)征5號(hào)運(yùn)載火箭運(yùn)抵海南

　　近年，我國(guó)又發(fā)射了長(zhǎng)征5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、11號(hào)新一代大中小型運(yùn)載火箭，使我國(guó)運(yùn)載火箭運(yùn)載能力上了一個(gè)大臺(tái)階。其中的長(zhǎng)征5號(hào)是我國(guó)新一代大型運(yùn)載火箭，被昵稱為“胖五”，因?yàn)樗闹睆奖葎e的火箭粗，該近地軌道運(yùn)載能力達(dá)25噸，綜合性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際上主流運(yùn)載火箭水平。

　　我國(guó)還掌握了“太空擺渡車(chē)”——運(yùn)載火箭的上面級(jí)技術(shù)。它可多次啟動(dòng)，工作時(shí)間長(zhǎng)，能先后把不同“乘客”送到不同目的地，大大增強(qiáng)運(yùn)載火箭的任務(wù)適應(yīng)性。

　　長(zhǎng)征5號(hào)、7號(hào)都在新建的海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射。該發(fā)射場(chǎng)地緣優(yōu)勢(shì)明顯：有射向范圍寬的優(yōu)勢(shì)；火箭航區(qū)、殘骸落區(qū)安全性好；具備低緯度的優(yōu)勢(shì)；可以通過(guò)海運(yùn)將火箭運(yùn)過(guò)來(lái)；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(yàn)衛(wèi)星、科學(xué)衛(wèi)星和應(yīng)用衛(wèi)星3類，我國(guó)都可獨(dú)自研制、發(fā)射和應(yīng)用。

　　試驗(yàn)衛(wèi)星用于太空試驗(yàn)航天新技術(shù)、新概念、新材料等，是航天技術(shù)發(fā)展的開(kāi)路先鋒。我國(guó)已發(fā)射過(guò)多顆“實(shí)踐”系列試驗(yàn)衛(wèi)星。2016年又發(fā)射世界首顆“脈沖星試驗(yàn)衛(wèi)星”；2018年還發(fā)射了張衡1號(hào)電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星。

　　世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（簡(jiǎn)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(kāi)展在地面上難以進(jìn)行的科學(xué)研究。我國(guó)在2015年發(fā)射的“悟空”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星具有國(guó)際先進(jìn)水平；2016年入軌的實(shí)踐10號(hào)是單次搭載空間實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最多的衛(wèi)星；同年升空的世界首顆墨子號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(guó)計(jì)民生和國(guó)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(guò)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電信號(hào)來(lái)實(shí)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(jī)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，效益也很可觀。通信衛(wèi)星不受地理?xiàng)l件限制，對(duì)地面設(shè)施依賴程度較低，在重大災(zāi)害和戰(zhàn)爭(zhēng)情況下，比其他方式更安全可靠，有時(shí)甚至是唯一應(yīng)急通信手段。

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

　　我國(guó)還發(fā)射了4顆采用東方紅3號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)的第一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星天鏈1號(hào)，使我國(guó)測(cè)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(guó)首顆移動(dòng)通信衛(wèi)星——天通1號(hào)01星升空。它可以為車(chē)輛、飛機(jī)、船舶和個(gè)人等移動(dòng)用戶提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等通信服務(wù)。

　　2016年4月6日1時(shí)38分，我國(guó)首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星——實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭發(fā)射升空，進(jìn)入預(yù)定軌道，圖為實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星在軌模擬圖。新華社發(fā)（中科院供圖）

　　我國(guó)首顆高通量通信衛(wèi)星實(shí)踐13號(hào)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(guó)此前在軌通信衛(wèi)星容量的總和。

　　號(hào)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(duì)地球表面和低層大氣進(jìn)行光學(xué)或電子探測(cè)以獲取有關(guān)信息的應(yīng)用衛(wèi)星。遙感衛(wèi)星又叫對(duì)地觀測(cè)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(shí)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(guó)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(hào)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(kāi)始發(fā)射的高景1號(hào)分辨率高達(dá)0.5米。

　　氣象衛(wèi)星的最大特點(diǎn)是具有很短的覆蓋周期，大大提高了天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，沒(méi)漏過(guò)一次臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)，主要用于探測(cè)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(cè)和冰情預(yù)報(bào)等眾多非氣象領(lǐng)域。

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

　　我國(guó)是世界第三個(gè)同時(shí)擁有極軌氣象衛(wèi)星和靜止氣象衛(wèi)星的國(guó)家，極軌氣象衛(wèi)星用于長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)，靜止氣象衛(wèi)星用于短期天氣預(yù)報(bào)。目前在軌工作的第二代極軌氣象衛(wèi)星風(fēng)云3號(hào) 、第二代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云4號(hào)都達(dá)到了世界先進(jìn)水平。2016年，還發(fā)射了我國(guó)首顆 “碳衛(wèi)星”，旨在為全球?qū)W者開(kāi)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(duì)大面積海域進(jìn)行實(shí)時(shí)、同步、連續(xù)地監(jiān)測(cè)，更好地保護(hù)海洋和開(kāi)發(fā)海洋資源。我國(guó)現(xiàn)已發(fā)射了2顆海洋1號(hào)水色衛(wèi)星和1顆海洋2號(hào)海洋動(dòng)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(yùn)輸、氣象、漁業(yè)、林業(yè)、電信、水利、測(cè)繪等許多領(lǐng)域，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，我國(guó)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(guó)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(hào)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(gè)漢字的短信。

　　“北斗”全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有一些美國(guó)、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(diǎn)，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(shí)時(shí)導(dǎo)航、快速定位、精確授時(shí)、位置報(bào)告和短報(bào)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(kāi)發(fā)工作。我國(guó)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(shí)0分0秒，神舟六號(hào)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(shí)現(xiàn)我國(guó)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(guò)2003年和2005年先后發(fā)射的神舟5號(hào)、6號(hào)載人飛船圓滿完成。

　　神舟十號(hào)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(huì)對(duì)接兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，然后發(fā)射空間實(shí)驗(yàn)室和貨運(yùn)飛船。這一步通過(guò)2008年神舟7號(hào)航天員翟志剛太空行走拉開(kāi)了序幕。2011年發(fā)射的天宮1號(hào)目標(biāo)飛行器與后來(lái)升空的神舟8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)飛船分別進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，使我國(guó)成為世界第3個(gè)掌握交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。

　　2016年10月19日3時(shí)31分，神舟十一號(hào)飛船與天宮二號(hào)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接成功，這是神舟十一號(hào)飛船與天宮二號(hào)組合體飛行模擬畫(huà)面（攝于北京航天飛行控制中心大屏幕）

　　2016年天宮2號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室入軌，它先后與神舟11號(hào)載人飛船和天舟1號(hào)貨運(yùn)飛船交會(huì)對(duì)接，驗(yàn)證了航天員中期在軌駐留技術(shù)、在軌加注技術(shù)和未來(lái)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(shí)驗(yàn)。

　　至今，我國(guó)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(guó)首艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)，在我國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射成功。圖為天舟一號(hào)

　　天舟1號(hào)是世界目前現(xiàn)役貨運(yùn)飛船中載貨量最大的貨運(yùn)飛船，每次可以運(yùn)送6.5噸貨物，載貨比（即貨物重量占整個(gè)飛船的總重量的比例，是考核貨運(yùn)飛船的主要指標(biāo)，載貨比數(shù)值越高，說(shuō)明運(yùn)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(guó)家的現(xiàn)役貨運(yùn)飛船，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　第三步是將在2022年建成長(zhǎng)期載人的大型空間站。它由1個(gè)核心艙和2個(gè)實(shí)驗(yàn)艙對(duì)接而成，每個(gè)艙都是20噸級(jí)，將開(kāi)展大規(guī)模、長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用活動(dòng)。

　　此后，我國(guó)還有望開(kāi)展載人登月和商業(yè)載人航天活動(dòng)。

　　嫦娥工程揭?jiàn)W秘

　　深空探測(cè)能夠幫助人類研究太陽(yáng)系及宇宙的起源、演變和現(xiàn)狀，認(rèn)識(shí)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(kāi)拓更為廣闊的疆域打下基礎(chǔ)。

　　我國(guó)的深空探測(cè)是從月球探測(cè)開(kāi)始的，這是因?yàn)樵虑蚴请x地球最近的一個(gè)星球，又蘊(yùn)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(cè)領(lǐng)域先探測(cè)月球是符合科學(xué)規(guī)律的。

　　我國(guó)的月球探測(cè)工程又叫嫦娥工程，分為“繞、落、回”三個(gè)發(fā)展階段實(shí)施。

　　2007年10月24日18時(shí)05分，搭載著我國(guó)首顆探月衛(wèi)星嫦娥一號(hào)的長(zhǎng)征三號(hào)甲運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心三號(hào)塔架點(diǎn)火發(fā)射。圖為嫦娥一號(hào)

　　第一階段為繞月探測(cè)，即發(fā)射繞月探測(cè)器，對(duì)月球進(jìn)行全球普查。它原定通過(guò)嫦娥1號(hào)、2號(hào)繞月探測(cè)器完成，其中嫦娥2號(hào)是嫦娥1號(hào)的備份。后來(lái)由于2007年發(fā)射的嫦娥1號(hào)表現(xiàn)出色，嫦娥2號(hào)改為第二階段的技術(shù)先導(dǎo)星。

　　第二階段為落月探測(cè)，即發(fā)射落月探測(cè)器，對(duì)月球進(jìn)行區(qū)域性詳查。

　　2010年10月1日18時(shí)59分57秒，搭載著嫦娥二號(hào)衛(wèi)星的長(zhǎng)征三號(hào)丙運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火發(fā)射升空。

　　2010年，先發(fā)射了嫦娥2號(hào)，對(duì)6種新技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)未來(lái)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(cè)數(shù)據(jù)，深化了對(duì)月球的科學(xué)認(rèn)知。

　　嫦娥三號(hào)

　　2013年，嫦娥3號(hào)落月探測(cè)器成功在月面軟著陸，首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)對(duì)地球以外天體的軟著陸，使我國(guó)成為世界第3個(gè)掌握落月探測(cè)技術(shù)的國(guó)家。嫦娥3號(hào)由著陸器和玉兔號(hào)月球車(chē)組成，它們攜帶了3種在世界上首次應(yīng)用的科學(xué)探測(cè)設(shè)備，取得了重大成果。

　　2018年，我國(guó)將發(fā)射嫦娥4號(hào)中繼衛(wèi)星和落月探測(cè)器。它們將首次實(shí)現(xiàn)人類探測(cè)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(cè)，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(duì)月球進(jìn)行區(qū)域性精查。我國(guó)有望在2019年發(fā)射嫦娥5號(hào)月球采樣返回探測(cè)器，帶回2公斤樣品。 為此，我國(guó)在2014年先發(fā)射了嫦娥5號(hào)試驗(yàn)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(guó)將發(fā)射首個(gè)火星探測(cè)器，一次完成對(duì)火星的“繞、落、巡”3項(xiàng)任務(wù)，這在世界上是首次。此后，我國(guó)擬探測(cè)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(qiáng)國(guó)，是我們不懈追求的航天夢(mèng)。從“一箭一星”到“一箭多星”、從長(zhǎng)征一號(hào)小型運(yùn)載火箭到長(zhǎng)征五號(hào)新一代大型運(yùn)載火箭，從東方紅一號(hào)衛(wèi)星到多種試驗(yàn)、科學(xué)和應(yīng)用衛(wèi)星，從神舟載人飛船到天宮空間實(shí)驗(yàn)室、天舟貨運(yùn)飛船，從嫦娥一號(hào)繞月探測(cè)到嫦娥三號(hào)落月探測(cè)，在邁向世界航天強(qiáng)國(guó)星辰大海的征途中，中國(guó)航天人始終如一，帶領(lǐng)著中國(guó)航天事業(yè)走向新高度！