来自太空的中国之声·“听得见”
点击上方蓝字“行星事务所”
了解关于行星科学的一切
在解决了让我国第一颗人造卫星“东方红一号”能够“上得去”、“抓得住”的难题之后，本集将迎来第三个挑战——如何让卫星能够“听得见”。这个问题是如此的重要，因为今天的我们知道，“东方红一号”的一大使命就是播放《东方红》乐曲。
不过，实际上在最早的方案中，“东方红一号”的职能不仅仅是播放乐曲。
“651会议”上提出的方案，将第一颗人造卫星设计成为一颗科学技术卫星，包括了9大系统：结构系统、温控系统、能源系统、跟踪系统、遥测系统、天线系统、科学探测系统、实验性遥控系统与实验性姿控系统等。
然而它毕竟是我国第一颗人造卫星，政治象征意味十分明显。如果运行不成功，则将带来一系列不利的后果，而且此时日本也在开展第一颗人造卫星“大隅号”的研制工作。为了提高卫星任务的成功率，同时也尽早让卫星上天，因此在1967年10月，为了响应同年1月份中央“务必一次性发射成功”的要求，国防科委召开了第一颗人造卫星方案修改会；同年12月，国防科委再次召开了第一颗人造卫星的工作会议，正式将我国第一颗卫星定名为“东方红一号”，同时要求将卫星的发射日期提前至1968年冬季。
两次会议提出，“东方红一号”的主要科学使命将被转移至后续的“实践一号”上。由于卫星仅保留基本的工程职能，因此去掉了科学探测系统与遥控系统；去掉了贴片式太阳能电池板，改由银锌电池供电；去掉三轴姿控系统，仅保留红外地平仪与太阳角计等。至此，“东方红一号”尚余下7大系统：结构系统、温控系统、能源系统、跟踪系统、乐音播放与遥测系统、天线系统、简化的姿控系统。此外，在综合考虑了当时的技术条件之后，会议还规定了卫星的质量不低于150千克。
尽管“东方红一号”的使命发生了改变，但相关的研究工作并未因此受到方向上的影响。为了做好这颗卫星，来自中科院各个部门的科学家与工程师克服了众多困难，实现了多项技术突破。
从结构上看，“东方红一号”卫星可以分为三个主要部分：外壳、仪器舱以及承力筒。
“东方红一号”卫星的外壳近似一个球，但由于安装太阳能电池板的需要，实际上是一个72面体，直径为1米。这样的外壳分为上下两个半球壳，由卫星赤道线上的腰带分割。卫星上半球的顶端还安装有一根40厘米长的超短波天线。卫星的腰带上安装有4根长达3米的短波拉杆天线。
仪器舱是“东方红一号”卫星的核心部件，直径50厘米。尽管没有安装科研仪器，但仪器舱内的设备依然不少。包括“东方红”乐音发生器、短波发射机、5厘米与10厘米微波应答器、超短波信标机、银锌电池等等。
承力筒位于卫星的底部，呈倒锥形，是连接卫星本体与分离器的装置。
从这里我们可以看到，卫星的研制也是一项比较复杂的工作。尽管当时的中科院已经调集了一大批专家学者，但由于一系列冲击，依然人手不足。因此1967年7月，钱学森将一院总体设计部副主任，38岁的孙家栋调到卫星项目中。当然仅仅一位专家的力量还是有限的，于是钱学森与孙家栋又继续从一院挑选得力干将，开具了一份18人名单：戚发轫、沈振金、韦德森、张福田、彭成荣、尹昌隆、朱福荣、孔祥才、王壮、杨长庚、王大礼、张荣远、刘泽光、郑忠琪、林殷定、鲁力、王一方、洪玉林。
这18位年轻人后来被人们称为“航天十八勇士”。做没有做过的事情，开创我国航天历史的“头一遭”，确实需要很大的勇气。
卫星的核心部件是仪器舱，而仪器舱最核心的部件就是“东方红”乐音发生器、短波发射机以及配套的3米长的短波拉杆天线。乐音发生器的意义自不必说，它是这颗卫星的唯一指定身份认证信息，短波发射机负责将“东方红”乐曲调制，同时发射卫星遥测信号；短波天线则是一个传播媒介，负责将“东方红”乐曲与卫星遥测信号发送到遍布全国的地面站上。这些部件的研制要求非常高，一定要万无一失。
在确定了播放“东方红”乐音之后，人们对“全须全尾乐曲”还是“就放前八小节”的播放策略产生了长时间的争论。最后，由上级综合当时的政治影响与技术条件，一锤定音：就播放前八个小节（即“东方红，太阳升，中国出了个毛泽东”段），在播放完两遍乐音之后，发送遥测信号。
即便是缩短到八个小节，如何将悠扬的乐曲呈现出来，也有很多的门道。1966年8月，这个任务交给了自动化所（现北京控制工程研究所）的刘承熙、孟执中等人。
又经过深入的讨论后，乐音发生器研究组成员们认为，乐曲声需要用电子乐的形式来呈现，因为它具有声音嘹亮、音色丰富、可靠性好、功耗较低等优点。此后，又经过多方比照，人们从茫茫乐器中选择了铝板琴这种清脆亮丽，且易实现的音色。
尽管音乐可以产生，但倘若不经过合适的手段进行调制，将其与短波结合，那么地面上的人们也听不到乐曲。而调制的过程中，如何保证乐音不失真，保证地面收听质量，便成为了下一步的工作重点。今天，我国发达的电子工业（尤其是深圳华强北）已经实现了“从元器件到整机”全面开花。但在半个世纪前，我国还没有完全脱离电子管时代，研制工作就比较艰难。
不过一个好消息是，短波发射机由于在“651”会议中被提出作为卫星遥测信号的发射源，早在1965年12月起，即开展了研制工作。
在自动化所成员连续一年的奋战之下，1966年底，短波发射机实现了预定的要求：输出功率1瓦，调制深度＞50%等。不过当时卫星标识码是摩尔斯电码，随着“东方红”乐曲作为卫星标识码的信号的方案在1967年正式落实，如何让短波发射机适合发送“东方红”乐曲，成为了一个难点。
摩尔斯电码的识别方式是靠特定的排列组合，即便发射功率不强，只要大于背景噪声一定程度，能够被分辨出来就行；但要播放“东方红”乐曲，就势必需要声音嘹亮，大大盖过环境噪声，即具有较高的信噪比；同时其还需要保证乐曲不变调，这样就又增加了难度。
想要实现低失真度，就需要利用线性度好的集电极调制技术，同时考虑到能耗问题，研究团队最后采用了“基极-集电极”混合调制技术，实现了“1+1＞2”的结果；高信噪比，就需要有足够的调制深度，因此人们将调制深度提高至100%，输出功率也随之涨至3.5瓦，为了满足输出功率增长的需要，国防科工委调拨了20根原本用于雷达的功率放大管，随后一个音频功率放大器也被安装上。
但功率的增大也带来了功放管的升温问题，最后人们选择用短波发射机的外壳直接散热，节约质量。到1967年底，短波发射机的初样满足预定指标。
不过即便是增加了输出功率，在地面上的人们依旧无法直接用短波收音机收听到“东方红”的乐曲。在方案确定阶段，卫星总体组副组长潘厚任从国家库房中借来了各个国家的收音机，不少是当时我国市面还没有的。经过了长时间的实验与计算后，潘厚任认为，如果发射机的输出功率要大到能让收音机正常收听的话，按照当时的技术条件，其质量将超过一吨，大大超过“长征一号”的运载能力。因此，后来全国人民在收音机内听到的“东方红”乐曲，都是由地面跟踪站转播的。
短波发射器的信号发出后，就需要利用短波天线将其发送至地面。然而“长征一号”的整流罩留给短波天线的空间比较局促，因此在发射前，其将被收起至并折叠，等到火箭发动机起旋的时候，利用离心作用将天线展开至三节。这个天线要是做得不好，展开系统摩擦力太大，天线就无法展开；摩擦力太小，天线结构就容易受到影响，甚至折断！
自然，天线也需要经过实验。当时还没有一个适合的测试场地，试验组只能在力学所简陋的仓库里头工作。没有用于卫星天线展开的自旋模拟装置，人们就动手做了一个直径1米的一个转盘。但是这个天线展开还是有风险的，一旦连接不牢，天线就可能如同标枪一般飞出。所以人们又找了防护装置来维护安全——说是防护装置，其实就是几个没用的木箱子，就这还不是人人有份的。最后还是年纪大的躲在箱子里，透过缝隙向外观察，年纪轻的就爬上房梁俯瞰。
前几次测试也正印证了人们不安的想象——最外侧一节天线一直都会在强大离心作用下甩出来。孙家栋见此情景，认为卫星的天线展开是一个复杂的运动，需要综合多方面因素考虑。天线研制小组听取意见后，基于大量艰苦的计算与分析，通过改进铰链设置与天线伸缩杆结构，终于在1967年12月13日取得成功。
为了把仪器布置在合适的位置上，令卫星在自旋的时候保持稳定，需要测试卫星的转动惯量。这个设备也是由总体组的成员们手工制作的——用四根工字钢焊接成一个框架，上下加上两个圆盘使之能够转动，中间用3根钢丝将卫星吊起，就这样，一个简陋的转动惯量测试器就这么做出来了。有时候它还不稳定，框架容易散架，人们就用木棍来支撑一下；没法定量标定误差，就用一块圆形的钢板来代替，简化计算。就这样，卫星研制组就用这些土办法复杂的卫星转动惯量测试工作。
卫星的温控由于质量所限，是被动式的，因此想要保持仪器的正常工作，就需要合适的温控方案。按照卫星温控要求，仪器舱的顶盖与底板，也包括周边一圈都需要先镀铜后镀金。那么算下来镀层面积就在8平方米左右，当时国内也没有做过这样大面积的镀金层（当然现在已经小菜一碟了），试验组在经过了不断的尝试之后，通过规范操作、利用氢氟酸作为表面清洗剂的办法，冒着危险，攻破了大面积镀金的问题…
我们的第一颗人造卫星就是这样子一步一个脚印蹒跚研制的。后来随着国际形势的转好，有很多外国的航天专家对我国第一颗人造卫星的生产十分感兴趣，前来参观。简陋的环境与设备让他们无一例外地深感震撼：这真是个奇迹！
1968年2月，“东方红一号”卫星通过初样评审。同月，中国科学院把卫星工程及主要承担卫星工程任务的单位也全部移交给国防科委建立空间技术研究院，以期各个部门形成合力，加速卫星的进度。
然而，尽管采用各种手段保障，但时间到了1968年，情况变得更加恶劣。全国大量单位都处于几乎停摆的状态，甚至还有流血事件。例如七机部院内大量的武装冲突发生，一度让北京市民都为之侧目。
1968年6月8日，七机部材料所所长、我国航天材料专家姚桐斌一如既往地上班。尽管家人认为外部环境太混乱，但他不为所动，说：“光拿工资不干事，于心不安。”这位在外求学10年的“海归”在1957年回国后立刻崭露头角，解决了我国液体火箭发动机的振动与锰基钎焊材料问题，极大地推动了我国火箭事业的发展。
这天，当他批阅完了一份卫星防热材料的文件，走出大门之后，一阵由拳头组成的海浪将他包裹。
他的生命就此定格在46岁。
姚桐斌遇害的消息让周恩来总理大为震惊，在6月至8月召集了七机部领导，对他们严厉批评；还在同年8月9日召开的国防尖端会议上，再次要求将专家保护起来。
然而更大的损失在仅仅两个月后便悄然而至。
1968年10月26日，北京中关村家属院。
作为我国人造卫星事业的推动者，赵九章已经两年没有参与人造卫星的科研事业中了。
1966年10月，他被迫离开科研工作的一线。就在半年前，1966年5月19日召开的卫星系列论证会上，他还作了《对我国卫星系列规划的设想》的报告，规划了未来我国卫星发展的路径，其中甚至还包括了载人航天和卫星防御设施这种如今仍然属于前沿的构想！
当一个人突然得知，他被禁止参与其毕生推动的事业时，该会是一种什么体验。当一个人突然得知，他被无端斥责为“叛徒”、“特务”，受到精神折磨时，该会是一种什么体验。当一个人突然得知，与他一起奋斗在科研事业一线的知名专家被无端打死后，该会是一种什么体验。
这真是一种彻头彻尾的黑色幽默。
当天晚上，他悄悄拿出积攒了很久的一把安眠药。
赵九章的死讯很快由罗舜初将军传达给周总理，这沉重的打击让总理泪流不止。
据统计，在长达十年的浩劫中，中科院系统有229名职工遭迫害致死。而迫害致死的学部委员（相当于今天的院士）竟然达到了22名！
在这场混乱中，还有很多受害者：钱骥被剥夺了卫星总设计师的职务，成为一名普通职员，但他依然怀着热情在一线工作，孙家栋因为家庭问题也曾遭受波及…
在领衔专家缺失的一段时间内，卫星领导团队甚至有两套组织——一套是运动组织，一套是业务组织。这个业务组织的组长，在经过选举之后，由当时年轻的戚发轫担任。
1968年，不仅研制卫星的科学家与工程师团队遭受巨大影响，卫星的发射时间也不得不再度被修改至1970年。
但即便外部条件如此地恶劣，卫星的推进工作仍然一步不能松懈。
1968年4月16日，热控星出厂。为了测试卫星是否能在严寒条件下保证正常运转并发射（尽管后来发射日期被延后），人们要找一个冷库进行测试。海军一听说这个消息后，立刻决定划拨一个冷库，并把储存的冻猪肉给清出，让试验队进驻，一干就是几个月。室外是盛夏的炎炎烈日，室内则是严冬的极寒冰窟，试验队裹着厚大衣，用电加热器件一点点调试，终于得到了满意的结果。
1968年6月18日，电性星出厂。经过了两天的电信联试之后，这颗卫星返回北京卫星制造厂进行改装，随后参与动平衡实验，7月25日，动平衡实验完成。
同时，卫星子系统各个部件也进行了相当严苛的测试。
这些实验充分暴露了卫星仪器存在的一些问题，例如短波发射机。由于全国的混乱形势，短波发射机正样研制也受到了严重干扰。位于重庆的巴山仪器厂被指定为短波发射机的正样制造方，然而经过了3个月的生产之后，10套成品竟然无一能够通过环境模拟测试。原因很简单，工人们已经无心工作，焊接质量飞速下降。
不得已，在1969年，人们请求上海仪器厂主持生产工作。当上海方面听说短波接收机要在本地的仪器厂生产时，他们也一路绿灯，生产加工非常顺利，正样验收时一次通过。
同年10月10日，由半导体所研制的微波信标机正样也通过验收。
“东方红一号”乐音装置正在组装，图片来自水印
一个接着一个好消息传来，随着研制与测试进度的推进，1970年2月，卫星研制工作基本完毕。
1970年3月5日，北京卫星制造厂开始组装发射星，经过了长达半个月的严格装配，两颗卫星均于3月21日出厂。
“中国之声”即将在太空播送。
← To be continued……
第4集：来自太空的中国之声·“抓得住”
关于作者
天才琪露诺，BAKA
本系列所有文章均基于东方红任务的公开文献资料（会在本系列最后一篇文章里列出所有参考文献），但因为该任务的公开资料很少，所以这个系列的图…emmm你们懂的，也很少。大家理解一下哈～