1、孙家栋简介 他是中国 “两弹一星”功勋科学家，他的传奇人生与中国航天史上多个第一联系在一起：他是中国第一枚导弹总体、第一颗人造卫星、第一颗遥感探测卫星、第一颗返回式卫星的技术负责人，总设计师；他是中国通信卫星、气象卫星、资源探测卫星等第二代应用卫星工程总师；他是中国探月卫星工程总设计师。他就是著名的航天技术专家——孙家栋。 内容简介 本书以翔实的第一手材料，生动叙述了我国著名航天技术专家孙家栋的传奇人生。作者作为长期工作在卫星发射和卫星应用领域的航天人，用朴实无华的语言展示了孙家栋在事业上甘心付出、勇于负责，生活中淡泊名利、真诚待人的人格魅力和一代航天人的精神，以及他为祖国航天事业默默奉献并取得巨大成就的心路历程。该书首次披露了新中国重要卫星发射的成功与失败的细节，披露了我国目前月球探测工程的最近进展，揭示了我国航天事业取得辉煌成就的秘诀。 引言 令世人关注的中国探月卫星“嫦娥一号”升空在即，我与中国航天科技集团办公厅秘书李钢应邀来到孙家栋的办公室。能见到孙家栋实属不易。作为探月工程五大系统总设计师，他每个月在北京的时间常常不足十天，基本每周都要从这个城市飞到那个城市协调处理工程问题，即便在北京，他的时间也会被会议排满了日程。 孙家栋曾经对我说过：“搞了一辈子航天，航天就像我的‘爱好’一样，这辈子都不会离开了。”这次见到孙家栋，觉得他脸庞清瘦、面带倦容，花白的寸头来不及梳理显得有些乱，但他的腰杆挺得还很直。孙家栋已经年过78岁。 孙家栋说：“最近总是马不停蹄地在外地跑，感觉到有点累，可有些事情不解决，预定的发射总体计划会泡汤的。不仅我着急，大家都着急呀。要说腰杆挺得直，那是腰病又犯了，只能挺着，不能弯着。” 说到探月工程，孙家栋随之精神一振。他说：“以前几十年我们所搞的航天工程，全部都是围绕地球开展的科学研究和应用，对于探月来讲，是飞离地球轨道围绕月球开展的研究。虽然在方案上尽量继承以往的成熟技术，但开展探测月球活动是我国的第一次，因此，经常会出现许多第一次遇到的难题。” 这时，孙家栋指着月球仪的坑坑点点说：“为了表彰世界各国的天文学家，国际天文学联合会（IAU）在月球的环行山上，先后以世界上的1333个科学家名字命名，其中有7位中国人的名字，他们是近代科学工作者高平子、秦铁，以及古代石申、张衡、祖冲之、郭守敬、万户。现在我们做的是中国前人没有做过的事情，大家憋着劲干了这么长时间，就是要用我们自己的技术创造奇迹，探月工程是航天深入发展的必由之路。国家现在的经济基础和技术水平跟以前大不一样，天天都在进步，这也是探月工程能够顺利进行的保障。目前，工程的主要难点基本都已经突破，工程进度按照计划进行，大家都在为2007年的发射计划拼搏。” 从相貌上看，孙家栋属于那种很有亲和力的智慧型人物，初次见面，看不出他与常人有什么不同，高高的身材，穿戴平常；慈眉善目，待人和蔼可亲；严谨沉稳，厚重宽和的性格，很少能看出他有什么大喜大怒。当卫星发射成功时他也没有喜形于色，当工程遇到困难时他也能够泰然处之，给人一个大智若愚的感觉，验证了一句古语：“有才而性缓定属大才，有智而气和斯为大智。” 孙家栋淡泊名利，不屑于做那些凑热闹、出风头的事情。他搞了大半辈子的卫星，仿佛自己就是一颗穿云而过的卫星，默默地环绕地球造福于人类，现在又在探索环绕月球为人类寻找新的资源。这怎能不令人肃然起敬…… 科学家孙家栋的人生经历，将给后人留下无数启迪…… 2、情系导弹 专攻飞机专业而从事导弹事业 时事造英雄，英雄造时世，这是孙家栋经常说的一句口头语。事业需要学有所成的孙家栋，事业也将给孙家栋提供施展才华的环境。孙家栋等23位留学苏联的军校状元学成回国前夕，新组建的国防部五院急需技术人才，聂荣臻元帅向时任空军司令员的刘亚楼提出要人，刘亚楼上将说：“聂帅，你提出要人，我怎么也不敢不给，但给你三分之二，给我留八个行不行？”聂帅真的就给刘亚楼司令留了八个人。孙家栋的名字被圈点到了国防部五院的名单里，国家需要搞导弹，孙家栋带着他数年寒窗积累的航空发动机理论知识开始了新中国导弹发动机的研究。 1958年4月20日，孙家栋拿着一纸调令来到了国防部第五研究院一分院导弹总体设计部。此时，中国的高层领导正在筹划着中国导弹武器的战略发展。 良师益友钱学森 孙家栋经常说：“我从苏联回来搞导弹，得益于当时许多开创我国导弹事业的师长，他们对新中国导弹事业的执著追求、精益求精的工作作风、为人师表的刻苦攻关精神，不仅给了我们很大的帮助，而且为我们树立了很好的榜样。钱学森更是我尊敬的领导和良师益友。” 1955年9月17日，钱学森冲破美国设置的重重障碍，乘坐“克利斯兰总统号”邮船经美国夏威夷、日本横滨、菲律宾马尼拉，抵达香港九龙，然后换乘火车经广州于10月13日回到上海。 10月28日钱学森一家到达北京，中国科学院吴有训副院长和在京的著名科学家华罗庚、周培源、钱伟长、赵忠尧等二十多人到火车站迎接。当天晚上，中国科学院郭沫若院长主持盛大欢迎宴会，热烈欢迎钱学森的胜利归来。第二天下午，周恩来总理邀请钱学森和夫人蒋英来到中南海，周恩来在办公室门前与钱学森一见面立即紧紧握住他的双手，充满激情地对钱学森说：“学森同志，欢迎你的归来，我们的国家太需要你了。” 1956年2月1日，钱学森收到了一份由毛泽东主席亲自签署的大红请柬，毛泽东设宴招待并与钱学森进行了亲切交谈。 1956年2月4日是一个周末，时任中共中央军委副主席的叶剑英元帅设宴、陈赓大将作陪招待钱学森和夫人蒋英，席间热烈地谈论了中国自行研制导弹武器的问题。宴会结束后叶剑英元帅和钱学森、陈赓三人专门驱车来到景山西侧三座门的中央军委办公厅找到周恩来，由钱学森专题汇报中国发展导弹武器的设想。总理极为重视，提议由钱学森写一份关于发展导弹武器设想的书面报告，安排提交中央讨论。 2月17日，钱学森根据周恩来的意见给国务院写了关于《建立我国国防航空工业意见书》，在《意见书》中明确指出，健全的航空工业（当时为了保密起见用国防航空工业代表导弹）除了制造工厂之外，还应该有一个强大的为设计服务的研究及试验单位，应该有一个做长远及基本研究的单位。自然，这几个部门应该有一个统一领导的机构，作全面规划及安排的工作。《意见书》还开列了一份可以调来做高级技术工作的21名专家的名单，包括任新民、罗沛霖、梁守磐、屠守锷、胡海昌、庄逢甘、罗时钧、林同骥等人。这份意见书进一步引起了中共中央和中央军委对发展中国导弹事业的高度重视。 3月14日上午，周恩来在解放军总参谋部的方楼会议室亲自主持了一次具有特殊意义的中央军委扩大会议。总理浓黑眉毛下那炯炯有神的眼睛环视了一下他面前这些共和国元帅、将军们，对他们点头示意，然后用他那亲切的口吻宣布开会，宣布今天的军委扩大会议唯一一个议题：就是请钱学森同志来谈谈我国发展导弹技术的设想和规划。 总理的话音落下，参加会议的元帅们、将军们纷纷把目光投向坐在会议桌一端的钱学森。 钱学森由座位上站起来，按照想好的思路从导弹的发展历史讲到了目前的现状，从军事应用讲到国家的综合实力，他以科学家的远见卓识，深入浅出地提出了中国导弹事业发展的具体建议。 会议决定由周恩来总理、聂荣臻元帅和钱学森等筹备组建导弹航空科学的研究机构，既航空工业委员会，负责中国导弹事业的发展建设，下设三个机构：设计机构、科研机构和生产机构。 1956年10月8日，在中国航天发展史上这是一个值得纪念的日子。中国航天发展最早的火箭、导弹研究机构——国防部第五研究院正式宣布成立，聂荣臻元帅亲自主持研究院成立仪式，钱学森被任命为院长。 1957年10月4日，苏联将世界上第一颗人造地球卫星成功地送入太空，在国际上引起了一场不小的震动。 1957年11月16日，正式批准成立国防部第五研究院第一分院即现在的中国运载火箭技术研究院。周恩来总理任命钱学森兼任一分院院长。五个月后，孙家栋来到一分院下辖的导弹总体设计部开始了中国的导弹研制生涯。 孙家栋在苏联学习时就曾听说过钱学森的名字，当时钱学森在国际上已经是知名的科学家，没想到自己回国才这么短时间就可以在钱学森的身边工作。孙家栋心中暗想，这可是个好机会，有这样的老师在身边，如果学不成，一定是自己不用功，遇到不明白的问题一定要及时请教。 在国家的高度重视下，中国的导弹事业有规划、有步骤、有机构、有组织地全面展开。 2005年9月，孙家栋在参加钱学森归国五十周年座谈会后，对采访他的记者恳切地谈了许多他自己的感想。钱学森在孙家栋的心目中是一位非常伟大的人物。孙家栋回想一生走过的道路认为能在钱学森的直接领导下工作是十分幸运的。纪念钱学森归国五十周年，不仅是表达对这位耄耋老人的敬意和祝福，更重要的是以回顾这位爱国赤子、科学巨匠走过的光辉道路，来激励广大科技工作者，特别是青年同志，立志为祖国的科技事业的发展、为祖国的繁荣富强作出突出贡献。 孙家栋回忆起当时跟着钱学森搞火箭搞导弹，真是又高兴又担心。高兴的是能在新中国刚刚创立两年的国防尖端科技部门工作，可以为国家干一番事业。担心的是，自己学的是航空专业，导弹是什么样子？怎么设计？怎么制造？心里一点底也没有。当时周围的同志，有学力学的、数学的、化学的、纺织的、文史的，就是没有学导弹理论的，孙家栋所学的航空理论还算与导弹专业离的最近。那时候，钱学森亲自讲授导弹概论，编制课程大纲，请庄逢甘教授讲空气动力学，请梁守槃教授讲火箭发动机，请朱正教授讲制导…… 在实际工作中，孙家栋先后担任了工程总体组长、总体室主任、总体部副主任，直接在钱学森的领导下从事导弹设计、研制、试验工作，可以说是耳提面命，感触颇多，受益匪浅。钱学森在中国航天初创时建立在科学思考基础上的魄力和为国家为民族不怕担风险的大无畏精神，对孙家栋以至那一代人都具有非常强的影响力。 中国航天之所以取得比别的行业更突出的成绩，很重要的一条就是有钱学森这样的技术领导抓科研、抓预研、抓试验。钱学森以他的远见卓识，制订了正确的发展规划，走了一条多快好省的路。孙家栋参加了钱学森主持制订的导弹火箭发展的十二年规划，制订了“八年四弹”规划等工作。这些规划的实施使中国的导弹火箭研制生产一举越了几个台阶。中国空间技术研究院建立后，孙家栋又参与了钱学森主持制订的“三星规划”（东方红一号、返回式卫星和同步轨道通信卫星）工作，这些规划为中国的空间技术的发展奠定了基础。钱学森在技术发展过程中所起的作用是别人无可替代的，但他非常谦虚，每讲到成绩，总是把周恩来总理、聂荣臻元帅等党和国家领导人的具体指导放到前面，把广大科研人员的辛勤创造放到前面。钱学森的崇高科研道德和人格魅力，无时无刻不在影响着孙家栋。 钱学森平易近人，对青年人更是关怀备至。在很长一段时间里，他坚持每周都要抽出时间与孙家栋他们这样的年轻设计人员讨论技术问题，若有什么不妥，他便耐心引导、解释，很少直接批评。 钱学森严谨的工作作风令孙家栋终生难忘。60年代后期，中国自行研制的一种新型火箭即将运往发射基地，按惯例产品出厂前要完成装配、测试工作。其中惯性制导系统的平台上的四个陀螺要精确地装好，再拆开，包装好运往发射基地。当时由于时间紧，车间师傅跟孙家栋说，四个陀螺是同一批次生产的，第一个能装上，其他三个应该没问题，时间紧，是不是可以不再装了？孙家栋觉得安装师傅说的有一定道理，便同意了。万万没想到在发射场装配时，却出现了问题，怎么也装不上，只好立即向钱学森院长报告。钱学森听了汇报后并没有批评孙家栋，而是出主意进行仔细研磨后再试装。加工研磨时，钱学森也来到现场仔细察看排除故障的情况。那种精密部件研磨是很费时间的。钱学森也不说话，背着手走来走去。孙家栋和工人师傅从下午一点一直到第二天凌晨四点才装好，钱学森在现场就一直陪到凌晨四点。大家几次劝他回去休息，但他就是不走。这件事给孙家栋留下了非常深刻的印象，他虽然没有直接提出批评，但那种无声的力量让人感到比批评更严厉。从此，大家从点滴小事做起，不敢有丝毫的马虎。后来，孙家栋把这种严格要求的作风带到了空间技术研究院，有人说孙家栋太严厉了，孙家栋便解释，钱学森为我们树立了严谨的好作风，我们必须认真办好每件事。 钱学森敢于负责、勇于替下属和青年同志承担责任的作风也为孙家栋起到了榜样作用。1962年的一次导弹发射失败了，导弹失败对搞总体的人来说压力非常大，故障原因分析时，钱学森看到孙家栋他们垂头丧气，就主动以自己承担责任的方法为大家减压。钱学森说：“如果要有考虑不周的原因，首先是我考虑不周，责任在我，不在你们。你们只管研究怎样改进结构和试验方法，大胆工作，你们所提的建议如果成功了，功劳是大家的，如果失败了，大家一起来总结教训，责任由我来承担。”钱学森一席话一下子把孙家栋他们的顾虑都打消了。孙家栋自己当了领导后，看到年轻人工作上有什么差错，也常常像钱学森那样，替他们担责任，鼓励他们放下包袱，把事情办好。 2004年12月10日，孙家栋去看望了钱学森，由于他身体原因，大家都很不容易见到钱学森，看到钱学森的精神相当不错，孙家栋打心里非常高兴，钱学森问这问那也显得很兴奋。钱学森曾经说过：“我作为一名中国的科技工作者，活着的目的就是为人民服务。如果人民最后对我的一生所做的工作表示满意的话，那才是最高的奖赏。”这段简短的人生座右铭，就是他为祖国为人民鞠躬尽瘁、一生以科学态度追求真理的真实写照。此时孙家栋对钱学森的内心世界比别人有不同的理解，因为孙家栋与钱学森有过别人所没有的工作和交往经历，更能理解钱学森的人生追求和思想境界。 中国导弹试验场的建立 孙家栋加入到了中国导弹研制大军的行列，但导弹从研制到装备部队使用是需要诸多环节的配套才能实现。导弹综合试验靶场是完成导弹武器试验非常重要且必不可少的设施。导弹研制与导弹试验场的建设密切相关，孙家栋作为导弹总体组的设计负责人，积极参与导弹综合试验靶场的协调配套，依据导弹的总体技术要求提出导弹综合试验靶场建设的一系列配套指标。殊不知，导弹综合试验靶场的建设也同导弹研制一样，饱含着神秘色彩…… 中国拥有导弹武器必须要建立配套的各种设施，最为主要的设施便是导弹武器发射试验场。中央军委作出决定，导弹武器发射试验场绝不拖后腿，立即组织强有力的班子展开导弹武器发射试验场建设。 1958年1月18日，由时任解放军炮兵司令员的陈锡联上将组织率领的导弹试验靶场勘察队整装待发，这个勘察队的很多人都是身经百战、拥有赫赫战功的将军，有总参谋部作战部部长王尚荣中将、中国人民志愿军第二十兵团副司令员孙继先中将、军械试验场场长张贻祥少将。勘察队还包括总参谋部、总后勤部、有关军兵种的人员以及苏联专家组负责人盖杜柯夫少将等五十多人。当日，靶场勘察队人员的专机抵达兰州，以兰州军区司令部作为大本营。经过数次大规模、小范围空勘、地勘以及对各种条件因素进行权衡比较后，倾向于将中国导弹综合试验靶场设立在甘肃西北的额济纳地区。 2月14日，中央军委副主席彭德怀元帅主持会议，听取了陈锡联、钱学森和苏联专家关于导弹试验靶场勘察结果的汇报。聂荣臻元帅、军委秘书长黄克诚大将、海军司令员萧劲光大将、空军司令员刘亚楼上将、总参装备部部长万毅中将等总部和军兵种领导，以及内蒙古自治区主席兼内蒙古军区司令员乌兰夫上将等三十多位领导一起听取了汇报。会议最后决定，在地势平坦，地质、气象、水源情况较好，远离人口密集的甘肃与内蒙古接壤的额济纳地区建设导弹综合试验靶场。 2月26日毛泽东主席在中央军委的报告上批示：“小平同志，此件请书记处处理。” 3月3日，中共中央总书记邓小平在勘察报告上签署：“书记处已同意。” 至此，中国第一个导弹综合试验靶场的位置宣告确立。 当中央正式批准成立导弹试验靶场后，中央军委又立即决定组织一个工程勘察委员会，负责靶场各点和弹着区的定点勘察。由时任解放军工程兵司令员陈士渠上将当主任，成员有孙继先中将、总后勤部副部长张令彬中将、铁道兵第一副司令员李寿轩中将，以及张贻祥、赵东寰、高万祥、唐凯将军等。 动用了我军这么多高级将领，足以显示国家为了加快导弹武器的发展，予以的高度重视和坚定决心。 3月7日，陈士渠上将率领由中苏双方组成的勘察组乘飞机到酒泉，然后又乘飞机、坐汽车、步行穿越戈壁沙漠，从内蒙古西部的额济纳旗，到甘肃、新疆部分地区进行了详细勘察，获取了第一手资料。工程勘察委员会回到北京向国务院、中央军委汇报后，确定中国第一个导弹综合试验靶场建设在内蒙古额济纳旗，具体位置在当时额济纳旗政府所在地的宝日乌拉。 额济纳旗当时属于内蒙古自治区巴彦淖尔盟所辖，是内蒙古自治区最西部的一个旗，总面积11.46万平方公里，95%以上是戈壁。导弹综合试验靶场建到这里后，将意味着数万平方公里的地区被划为军事禁区，禁区所涉及的人口将占全旗四分之一，将有一半以上的各类牲畜需要整体搬迁，原来额济纳旗与外界往来的便捷交通要道——酒泉至额济纳旗的公路也将改道绕行。为了国家大局的需要，乌兰夫对内蒙古下达命令，要紧急动员，要无条件、无代价地服从国家的决定，要为国家导弹综合试验靶场的建设创造条件，要做好当地人民群众的民族工作。 巴彦淖尔盟盟委立即组成了相应的工作组具体组织实施移民搬迁工作。工作组大都是既富有工作热情又富有民族事务经验的人员，他们深入额济纳旗最基层的搬迁现场，顶烈日、抗风沙，乘汽车、骑马、骑骆驼、步行，在当地辗转行程数千公里进行耐心、细致的宣传、动员和民族协调工作。为迁移300多户牧民和喇嘛，在新址建造住房750间、喇嘛寺庙用房80间以及大量牲畜圈、暖棚等。牧民和喇嘛深明大义，为了国防建设，于9月底从世代生息繁衍的额济纳河上游水草肥美的牧场，赶着牛羊骆驼和勒勒车，远离家园，搬迁到150公里之外的沙漠腹地。据统计，当年搬迁的牧民占全旗人口的四分之一，牲畜头数占全旗牲畜总头数的一半。巴彦淖尔盟盟委书记巴图巴根、盟委统战部王守玉、额济纳旗旗长塔旺嘉布等直接见证了这项工作。他们都是忠诚于党的事业、忠诚于党的民族工作、经验丰富的干部。之后，旗政府又搬迁到建国营，最后搬到现在的旗府所在地达来呼布。这个“三易旗府”的故事成为额济纳人民支援国防事业的动人佳话。中央军委副主席、国防科学技术委员会主任聂荣臻生前十分感慨地说：“额济纳旗人民对祖国的国防事业作出了巨大的牺牲，我们一定要在适当时候回报他们。” 1958年10月20日，中华人民共和国国防部正式授予导弹试验基地部队番号，任命孙继先为部队司令员，栗在山为政委，李福泽、孙贻祥为副司令员。经总参谋部批准基地使用“东风”为代号。接着，军民联合投入基地基本建设，由额济纳旗旗委、政府负责筹划砖瓦、石灰、草席、土坯等建材，由部队解决钢筋、水泥、木材等建材并组织施工。到1959年11月14日，完成砖木结构、砖土结构、砖土木结构、土木结构的房屋共计一万多平方米，并正式交付使用。先后有10万建设大军开进额济纳草原，在全国26个省市自治区的715个厂矿企业和各军兵种通力协作下，到1960年8月，仅用两年半的时间，完成了基地建设。经总参谋部和国防科委考核验收认为基地“工程不仅速度快，而且质量好”，所有工程被评为优质工程，投入使用。 中国第一个导弹综合试验靶场终于矗立在了人烟稀少的荒漠戈壁上，这个导弹综合试验靶场就是后来闻名于世的“中国酒泉卫星发射中心”！ 孙家栋参加研制的第一枚导弹、第一颗“东方红”卫星、“实践一号”卫星、返回式卫星都是在这里发射升空的，孙家栋与这块浩瀚的戈壁大地也结下了不解之缘。而这个“中国酒泉卫星发射中心”在我国航天史上更是创造了许多个第一。 研制自己的导弹 孙家栋自1958年4月20日来到了国防部第五研究院一分院总体设计部从事导弹研究，至1967年7月29日离开一分院开始人造卫星的总体研究，整整九年时间。九年时间弹指一挥间，我国的导弹事业从无到有，发生了翻天覆地的变化，中国自主研制的导弹武器不仅成功地完成了飞行试验，而且成功地进行了导弹、原子弹的“两弹结合”飞行试验。中国的导弹武器轰动了世界，长志气、扬国威，大大提高了中国在国际上的地位。孙家栋参加了这期间的全部导弹研制工作，并且由导弹总体设计员、总体组长、总体设计室主任一直升任为总体部副主任。 中国最初进行的导弹研制是从仿制工作起步的，是从苏联送给中国的两枚“P-2”型近程导弹开始的。历史如此具有戏剧性：200年前，中国的康熙皇帝曾送给俄国沙皇两箱中国古代的火箭；200年后，苏联“老大哥”又回赠了两枚“现代火箭”，就是这两枚火箭与孙家栋的命运联系在了一起。 然而，仅仅一年多的时间，1959年7月16日，苏联突然照会我国，单方面决定，要撤回在中国工作的全部专家和顾问。从7月28日起，未及中国方面给以答复，在不到一个月的时间里，撤走了1390名苏联专家，撕毁了中苏两国政府签订的12个协定、两国科学院签订的1个议定书和300多个专家合同，废除了200多个科学技术合作项目，使我国的经济建设蒙受了巨大损失。 孙家栋对中苏关系从亲密到分裂、赫鲁晓夫突然下令撤走全部专家、带走所有资料、停运所有设备的过程，感到震惊。多年后他回忆说：“研制导弹这么大的工作，你给搞到半截，什么也不说，第二天早上拍拍屁股就走了，这叫人特别不可理解，这对我们的工作那确实是损失太大了。就从这一点来讲，我们辛辛苦苦办这么件事情，你给我扔了就走，你这不是坑我是干什么呢？所以他走了以后，当时大家那个干劲不是低潮，相反地那真是一鼓作气，自己把它干起来。” 孙家栋一到导弹总体设计部，就参加到了苏联“P-2”导弹的仿制和改型设计的工作行列。当时的导弹总体设计部主任是中国导弹与航天事业开创人之一的屠守锷，孙家栋来到屠守锷领导下的导弹总体部直接开始了仿制导弹的研究。 屠守锷，火箭技术和结构强度技术专家，中国科学院院士。1940年毕业于西南联合大学，1941年赴美国麻省理工学院航空工程系留学，获硕士学位。1957年9月，他作为技术顾问之一随聂荣臻副总理率领的中国政府代表团赴苏联谈判，促成了中国导弹与航天事业起步的唯一的一次导弹型号引进。1958年调任国防部五院一分院第二设计部主任，领导地空导弹的仿制与研制工作。1961年任一分院副院长，1962年任一分院副院长并兼任总体设计部主任，先后领导和参加了中国多种型号液体弹道导弹与运载火箭，以及洲际导弹、大型捆绑式运载火箭的研制试验工作。 在屠守锷的带领下，孙家栋他们这些年轻的科技人员加班加点，以最快的速度完成了图纸描红、原理起步、仿制消化、吸收反设计、改进创新的艰苦历程。当时屠守锷是导弹总体工作的负责人，孙家栋是工程总体设计员，他凭着自己在苏联扎实的基础理论知识，很快就崭露头角。 新中国的航天事业刚刚开始起步，犹如一张白纸好画最美丽的图画。孙家栋从苏联学成归来踌躇满志，日夜不停地爬在摞得像山一样的资料堆上翻译资料，资料翻译出来还要系统地归类，尤其是对总体技术指标和总体技术数据还要进行验算，通过模仿设计，把导弹技术吃透，力争掌握苏联的导弹设计思路。聂荣臻老总曾把仿制形象地比喻为“爬楼梯”，意思是要通过仿制把导弹技术研究透，为以后的自行研制奠定基础。孙家栋他们这些总体人员在翻译资料的同时，还以引进苏联导弹给定的技术指标为基础，用正常的设计程序进行反设计。这样，利用每一阶段的实际计算结果与苏联提供的资料数据进行比对，以此验证计算方法和计算公式的正确性，为以后的自行研制摸索经验。 1960年8月，孙家栋被任命为导弹型号总体设计室主任，他随“东风一号”导弹试验队赴酒泉发射基地参加发射任务。11月5日，中国第一枚仿制的近程地地导弹发射上天，获得圆满成功。当时担任国家航空委员会主任的聂荣臻元帅亲临导弹发射现场，当导弹点火升空，按预定计划圆满完成飞行试验后，坐在指挥台旁的聂帅激动地站起来说：“这是在中国地平线上飞起的中国人自己制造的导弹，是参加研制和发射试验的广大工人、技术人员、干部、解放军指战员辛勤劳动的结果，也是我军武器装备史上的一个重要转折点。”确实像聂帅所说，中国没有洋拐棍，依然可以昂首挺立，中国导弹的发射成功犹如一部历史，它把一个饱受欺凌的民族的尊严和志气书写到了浩瀚无边的太空。 中国从此拥有了自己制造的导弹，填补了导弹这个尖端武器的空白。孙家栋此时的心情异常激动，这成功的背后也同样有他的心血。与此同时，自行设计的中近程导弹也进入了紧张的组装阶段。 1962年3月21日，我国自行设计研制的第一枚中近程导弹首次发射，由于控制系统失稳，导弹刚刚起飞就坠毁在导弹发射台附近。孙家栋立即投入到故障查找、故障分析和方案设计改进的紧张工作中。他们从总体方案设计入手，使用剥竹笋一样的方法，一层一层对各个分系统的技术状态以及可靠性进行分析试验，并且根据故障现象反复进行模拟验证试验，很快找出并确定了导致失败的原因。失败的原因虽然找到了，但改进设计的处置办法却也成为难题，尤其是导弹飞行产生的弹性振动对控制系统的影响，涉及到要在许多方面进行试验验证和改进。他们从失败中找出教训，在教训中认真进行修改设计，经过改进后的导弹，先后完成了发动机性能试验，发动机可靠性试车，控制系统仿真与综合试验，控制系统与遥测系统匹配、模拟试验，导弹全弹振动试验等17项大型地面试验。 当时孙家栋在导弹研制队伍里虽然还是一个年轻小伙子，但在安排工作时，领导们却在不断给他“加码”，实际上是有意在培养他。 1964年6月29日，孙家栋在发射基地参与了“东风二号”导弹的发射试验任务。经过修改设计后的导弹在酒泉导弹发射台点火起飞，飞行试验获得圆满成功。这次成功，对于中国的导弹事业的发展具有非常重要的里程碑意义，不仅掌握了导弹研制的关键技术，并且系统地摸索总结出了导弹研制的科学规律，提出了必须强化总体概念，设计方案必须在可行性论证和地面试验的基础上，以可靠性为出发点进行设计。就是从这时起，导弹总体队伍的建设趋于成熟，总体队伍的模式趋于合理。7月，孙家栋被任命为中国第一枚自行设计的中程战略导弹的总体主任设计师，并且挑起了导弹总体设计部总体设计研究室主任的重任。之后，孙家栋又升任为导弹总体设计部副主任，当时总体部主任是屠守锷，孙家栋能在短短的几年内由总体设计员升任为导弹总体部副主任，除了钻研好学外，与他在工作中的突出表现和在领导、同事们心目中的地位分不开。孙家栋所做的工作业绩为中国导弹事业的发展添砖加瓦。 孙家栋对航天总体的解释是：“所谓总体，就是要用最可靠的技术、最少的代价、最短的时间、最有利的配合、最有效的适应性和最有远见的前瞻性，制订出最可行的方案，保证获得最好结果的一种方法和体制。工程总体主要解决总体集成，根据国情进行切实可行的总体编制和总体设计，总体要建立在已有基础和现有条件的基础上，还要为后续发展留有充分余地。新产品、新技术要提前安排攻关、研制计划，要与整个总体计划相吻合，中国航天几十年来走过的成功历程充分说明了总体工作的重要性。”孙家栋还解释道：“比如航天产品在研制过程中，某系统出现的问题影响到了其他系统的工作，就要立即进行协调。有时候，某分系统或子系统出现的问题看似很小，而与其他系统进行总体匹配后，就有可能出现理论上想象不到的复杂问题。如同桌子与椅子的配合，如果在桌子太高而椅子虽矮但属于正常尺寸的情况下，一般处置方法是理应当降低桌子的高度，可如果降低桌子高度所花费的时间过长、实现的难度过大时，就要从总体角度出发满足最后的目标，所以就有可能逆向思维，不降桌子而升椅子的高度来实现桌椅之间的协调。”那时，各级领导都非常重视总体工作，钱学森不论工作多么繁忙，每周都要到孙家栋这个总体组来了解情况。孙家栋遇到问题也经常随时敲门直接找钱学森。这种融洽的上下级关系很令孙家栋感怀。 随着国家整体科学技术水平的提高，中国依靠独立自主、自力更生的建国方针，大胆采用新技术、新工艺、新材料，很快就具备了将自行设计制造的导弹发射上天的能力。 1965年2月，中央专委决定对中近程地地导弹进行改进，以增大射程。孙家栋领导的一院总体设计部与有关分系统设计的单位用了半年多时间，完成了中近程地地导弹的改型工作。经过改进设计，减轻了全弹的结构重量；增加了氧化剂自动补加装置；将惯性和无线电混合的制导体制改为全惯性制导体制等，使导弹射程增大了20%，战术技术性能也有所改善。 1965年3月，中央专委批准并下达研制液体中程地地导弹的任务。孙家栋作为导弹总体设计部技术负责人主持了总体方案论证和总体设计工作。 从1965年11月起，改进的中近程地地导弹在导弹试验基地连续进行多次飞行试验，均获成功。 1966年10月27日上午9时整，中国用改型的中近程地地导弹运载着真正的核弹头点火拔地而起，核导弹伴随着轰鸣的火焰直刺苍穹消逝在人们的视野中。从仪器显示的数据分析，导弹飞行正常，9分14秒后，罗布泊落区传来了在预定高度实现了核爆炸、核弹头精确命中目标的报告。这一刻，发射场沸腾了，人们拥抱、跳跃，欢声雷动。“两弹结合”飞行试验成功的当天下午，《人民日报》发出了套红号外，向全世界公告：中国成功地试验了导弹核武器！ 至此，中国不仅掌握了导弹核武器，而且走完了中近程地地导弹研制的全过程，闯出了自行研制地地战略导弹的路子，为尖端武器科研组织管理积累了经验。这种“两弹结合”的飞行试验是迄今为止除中国以外，还没有哪个国家进行过以实弹进行的“两弹结合”试验。是的，从第一次核爆炸到小型化核弹头，美国用了十三年，苏联用了六年，我国仅仅用了两年时间。而运载核弹头的导弹在这么短时间内，实现挖潜、改型、可靠性验证等诸多设计和试验，这其中的艰辛与欢乐，孙家栋他们这些亲临导弹研制第一线的科研人员的体会尤为深刻…… 中国中程地地导弹是中国独立进行研制的液体导弹，运用了与中近程地地导弹全然不同的设计方案，集中地应用了中国60年代前期进行预先研究取得的最新技术成果，对设计方案进行反复论证后，最后确定了动力系统采用可贮存推进剂液体火箭发动机的方案；制导系统采用捷联式双补偿惯性制导方案，从而简化了发射前的准备工作，提高了制导精度，地面设备实现了机动化，使导弹具备了区域机动发射能力。 孙家栋回忆起当时研制导弹的情景时说：“其实早在任务下达之前，就已开展了有关预先研究，并陆续取得了重要技术突破。任新民主持研制出了采用可贮存推进剂的火箭发动机；郝复俭主持研制成功了高精度陀螺、加速度表；在姚桐斌主持下与北京、上海、沈阳有关单位协同攻关，研究解决了不锈钢高温钎焊、铝合金化学铣切等工艺难关，试制成功了弹头烧蚀防热、燃气舵等所需的新材料。同时，在控制系统、遥测系统、地面设备、结构强度与环境工程等方面，也取得了许多研究成果。这些都为中程地地导弹研制打下了坚实的技术基础。” 回忆起这段历史孙家栋感慨地说：“小时候最大的愿望是将来能成为一名土木建筑师，幻想将来可以建造大桥；在哈工大读书时，当时听说学校要增设汽车专业，我觉得汽车更神秘，可能比造大桥更富有挑战性；没曾想最终学的却是飞机制造，但又没有搞过一天的飞机制造。从毕业后一开始工作就从事了导弹研制，当时心想，这辈子就是导弹了，立志一门心思倾注于最初的仿制导弹和东风导弹的研制工作，然而，更没有料想到的是搞了近十年的导弹却又与卫星结下了不解之缘。” 3、结缘卫星 空间技术研究院的组建 人生之路如同九曲黄河，因某种机缘就会发生大的转弯。走上工作岗位就从事导弹研制的孙家栋，被独具慧眼的钱学森点将，负责中国第一颗人造卫星的总体设计工作，开始走上研制卫星的道路。 孙家栋曾在《奔向空间的历程》的文章里，针对我国开展人造卫星工作写道，这是党中央发出的向空间进军的动员令。毛泽东主席的号召是在世界上第一颗人造地球卫星发射成功半年后发出的，表明中国人民有信心、有能力登上空间技术的舞台，表达了中华民族有独立于世界民族之林的勇气和决心。从此，拉开了中国空间活动的序幕。 早在1957年10月4日苏联发射了第一颗人造地球卫星始，中国科学院与国防部第五研究院就对中国发射人造卫星有过考虑，认为研究人造卫星虽然工作艰苦复杂，但必须及早开展有关研究、早日制定研究方案，列入国家总体计划。 1958年5月17日的中国共产党八届二中全会上，毛泽东发出号令：“我们也要搞人造卫星！” 从这之后的许多年里，聂荣臻元帅亲自领导，时任中国科学院和国防部五院负责人的张劲夫、钱学森、王诤等组织有关专家研究制定了中国人造地球卫星发展规划。一些著名科学家，如钱学森、赵九章、钱三强、陈芳允、陆元九、杨嘉墀等发表许多搞人造地球卫星的意义及实现途径的论文。但是，由于种种历史原因，中国第一颗人造卫星和其他航天器的研制是分散在中国科学院和其他一些部门进行的，这给组织领导和指挥调度带来很多困难。解决体制队伍的问题，是我国人造卫星工程研制初期的一个关键问题。 1965年元旦过后，钱学森向聂荣臻又一次提到了中国的人造卫星事情，钱学森说：“我们在卫星研究方面已经开展了许多研究，现在看来，应该提到日程上来了。搞卫星是件很复杂的事情，只有及早准备，到时候才不会误事。” 聂荣臻说：“人造卫星的事，我和总理也经常议论。前几年我们在这方面的条件还不太成熟，做了一些基础性工作。去年国庆节的时候，毛主席还专门向我问过这方面的情况。” 钱学森接着说：“人造卫星的作用还不光在军事方面，还可以搞测地卫星、广播通信卫星、气象卫星等等，尤其是载人卫星，前景很广阔。从我们现在所具备的条件看，发射10公斤的卫星是可以实现的。” 钱学森阐述了人造卫星的用途，一个国家要搞人造卫星，首先应当开展航天领域的研究，而航天领域的成果是国家综合国力的体现。 在当时那个年代，中国的基础科学还相当薄弱，人们并不知道什么是航天？ 孙家栋为国防科工委科学技术部1991年公开出版发行的《中国军事百科全书——军事航天技术分册》撰写条目内容时，对“航天”和“航天学”作了如下叙述。 航天——狭义指，是人类在太空的航行活动。又称空间飞行或宇宙航行。广义指，是人类探索、开发和利用太空以及地球以外的天体的活动。这一活动借助航天器来实现。包括环绕地球的运行、飞往月球或各大行星的航行（包括环绕天体运行、从近旁飞过或在其上着陆）、行星际空间的航行和飞出太阳系的航行。航天的基本条件是航天器达到足够的速度，克服摆脱地球引力或太阳引力。宇宙速度是航天所需的特征速度。在相当长的时期内，航天基本上是在太阳系以内的航行活动。航天是20世纪科学技术进步和社会生产发展的结果，其作用远远超出科学技术领域。人们通常把太阳系内的航行活动称为航天，把太阳系以外的航天活动称为航宇。航天有时也泛指航天工程或航天技术。 航天学——是研究航天基本原理和指导航天工程实践的综合性技术科学。又称星际航行学。航天学是航天系统、特别是航天器和航天运输系统的设计、制造、试验、发射、运行、返回、控制、管理和使用等航天技术的理论基础。主要分支学科有航天动力学、空气动力学、火箭结构分析、航天器结构分析、航天热物理学、火箭推进原理、燃烧学、航天材料学、火箭制造工艺学、航天器制造工艺学、飞行控制和导航理论、空间电子学、飞行器环境模拟理论、航天医学、航天系统工程学等。航天学是多种基础科学和技术科学在航天应用中发展起来的，航天工程实践是以航天学的理论作指导，它又丰富和发展了航天学的内容，使之成为一门自成体系的现代综合性技术科学。 涉及到这么多的学科，牵扯到如此繁多的部门，在当时的历史条件下要做成这件事需要攻克各个方面的难关是可想而知的。但是，中国要做这件事情，而且要下决心做成这件事情！中国人的决心是不可低估的。新中国建立短短几年里向世人宣告一个了事实，正如毛泽东在《论联合政府》中讲到的：“我们正在做我们的前人从来没有做过的事情。我们的目的一定要达到。我们的目的一定能够达到！” 1965年初，中国科学院地球物理研究所赵九章所长和自动化研究所吕强所长联名向中国科学院提出了研制卫星的建议，中国科学院组织力量拟制了发展卫星的规划纲要。与此同时，国防部五院钱学森副院长也向国防科委提出了将卫星及其运载火箭的研制列入国家计划及早开展研制工作的建议： 自苏联1957年10月4日发射第一颗人造卫星以来，中国科学院和国防部第五研究院对这些技术都有过一些考虑，但未作为一项研制任务。现在看来，弹道导弹已有一定基础，如进一步发展，即能发射携带仪器的卫星，计划中的洲际导弹也有发射人造卫星的能力。工作是艰苦复杂的，必须及早开展有关研究，才能到时拿出东西。因此，建议早日主持制定研究计划，列入国家计划，促其发展。 聂荣臻大力赞同这个建议。1965年2月聂荣臻针对钱学森的报告，进行了具体批示： 我国导弹必须有步骤地向远程、洲际和人造卫星发展，这点我一直很明确。人造卫星早就有过考虑，但过去由于中程弹道式导弹还未搞出来，技术力量安排上有困难，所以一直未正式提出这个问题。钱的这个建议，我意，请张爱萍邀请钱学森、张劲夫等有关同志及部门座谈一下，只要力量上有可能，就要积极去搞。步骤上，还是先把中程导弹搞出来，作为运载工具。头部（卫星）要与中国科学院结合起来，充分利用地球物理所及搞探空技术的力量。如何分工，请在座谈会上研究一下。可考虑卫星以中国科学院为主进行研制。 根据聂荣臻的批示意见，张爱萍受委托即邀请中国科学院党组书记、副院长张劲夫、主管航天工业的七机部副部长钱学森、主管电子工业的四机部副部长孙俊人等，对发展卫星的必要性和可行性进行了论证。张爱萍组织有关部门进行具体研究和落实后，大家一致认为，进行卫星工程研制的技术基础已经基本具备，应该统一规划，有计划按步骤地开展研究工作。据此，国防科委于1965年3月提出了《关于人造卫星研制工作的报告》。当时中央军委负责这项工作的罗瑞卿组织研究后，认为这个报告切实可行，立即转报了中央专委。 1965年4月10日，国防科委副主任罗舜初招集钱学森、张劲夫、张震寰、赵九章、钱骥等又对卫星发展规划方案的有关问题进行了详细研究。 报告送上只有不到一个月时间，就得到中共中央专委第十二次会议的正式批准。中央专委批准将卫星工程研制计划列入国家计划，国防科委对人造卫星工程具体组织协调。会议明确了工程技术抓总和卫星、运载火箭、测量、跟踪、遥测以及设备研制和组织协调、任务分工。 1965年8月，中央专委原则批准了中国科学院提出的卫星发展规划纲要，同意第一颗卫星争取在1970年左右发射。 然而，一场对党和人民造成巨大灾难的“文化大革命”在这时爆发了，“文革”的混乱冲击着全国的每一个地方，也必然冲击到了航天科研部门，冲击到了卫星研制的每个角落。 聂荣臻元帅面对现实，为了设法缩小影响，将混乱限制到最低程度，保证“东方红一号”卫星工程按计划顺利进行，对形势分析后，向周恩来总理作了汇报，决定给中央起草一个报告。 1967年3月，中央专委向中共中央正式上报了《关于军事接管和调整改组国防科研机构的请示报告》，周恩来总理非常同意报告中的意见，为了加大稳定局面的力度，还提出应当对六个国防工业部实施军事管制的建议。 报告修改后即报毛泽东主席，即日便圈阅：“总理照办。” 于是，中共中央、国务院、中央军委联合发布了对六个国防工业部实施军事管制的决定，并且组成由粟裕担任组长，王树声、向仲华任副组长的国防工业军事管制小组，在国务院和中央军委的领导下对六个国防工业部实行全面领导。向各单位明确提出，以正面教育为主，不开展大鸣、大放、大字报、大辩论。与此同时，还采取了其他一系列组织措施，从机构和管理方面来保证卫星研制工作的正常进行。 1967年6月，中央军委常委会议专题研究组建空间技术研究院的问题，确定了由国防科委具体负责空间技术研究院组建工作。 负责中国第一颗人造卫星总体设计 1967年7月29日午后，盛夏北京，骄阳似火。孙家栋正在进行导弹设计，汗流浃背的他为了不让头上的汗珠流下来，用一条毛巾围在脖子上，趴在图版上在画图。 这时，国防科委一位同志在没有打任何招呼的情况下，驱车直接来到位于北京城南孙家栋的办公室，简单明了地对他说：“我是国防科委的汪永肃参谋，组织上派我来向你传达上级的指示。国家将要开展人造卫星方面的研究，为了保证人造卫星研制工作能够顺利进行，中央已确定组建空间技术研究院，由钱学森担任院长，专门负责人造卫星方面的研究。钱学森向聂荣臻元帅推荐了你，根据聂老总的指示，上级决定调你去负责我国第一颗人造地球卫星的总体设计工作。” 当时造反派夺权，行政领导干部靠边站，汪永肃参谋只好直接找到孙家栋本人谈了上级的安排，并且当时谈完当即就用吉普车拉着孙家栋从北京的南苑来到位于北京西北部的友谊宾馆，宾馆北馆是空间技术研究院开设的临时办公地点。到这里后，有关领导与孙家栋又详细谈了组建卫星总体技术部的具体意图。 对于卫星总体设计工作来说，是要将概念性的卫星从理论变为现实，要从概念研究变为工程实施。作为实施的途径，首先要提出并解决卫星从地面研制到空中运行全过程，并明确每个环节的技术指标要求，以及系统与系统之间、分系统与子系统相互间错综复杂的技术接口。 孙家栋想，组建卫星总体研究设计部，必须按照工程研制的科学规律扎实地展开工作。 当时正是“文化大革命”的混乱时期，行政机构已基本被“砸烂”，派仗正闹得激烈。如何建立并组成卫星总体设计队伍，是摆在孙家栋面前非常棘手的问题，也可以说，孙家栋是受命于卫星研制的关键时刻。 为了尽快启动卫星总体工作，孙家栋向钱学森提出建议由一分院推荐几个搞总体方面的技术人员。钱学森经考虑后答复说，从一分院抽人可以，但在当前“文化大革命”两派正在闹腾的局面下，推荐来的人能不能保证质量？所以，在这种特殊情况下不能依靠一分院推荐，由你孙家栋提个名单后再研究确定。 搞卫星总体，要先选人，而要选的人却在派系之中，在“无限忠于毛泽东的年代”搞卫星是人人都想争的事情，当时的孙家栋只有38岁，虽然年轻，但各方面的工作出色，在人们眼中已是有影响的人物，像这样的中层领导干部，稍微不注意就会引火烧身。所以选人才的事若处理不当，自己被“上纲上线”倒是小事，关键是卫星研制工作肯定会受到影响。 孙家栋心一横，既然领导交给了这个重任，就要敢作敢为，要抛弃一切顾虑、一门心思从搞卫星的需要出发，不怕别人说三道四。被选中的人只要条件优越、只要技术水平高超，就不去管他是这派、那派的。 经过一段时间紧张的考察、挑选，从不同的专业角度和技术特长出发，孙家栋最后选定了18人，当这18人的名单提交给钱学森后，钱学森点头赞同又很快得到了聂荣臻老总的批准。 这便是中国卫星发展史上有名的“航天卫星十八勇士”，他们是： 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 孙家栋在说起当年“航天卫星十八勇士”时，浮想联翩，他说：“形成一个队伍是非常难办的一件事情。两个单位，要真正把它混合起来，这里头类似人事关系等什么关系都是复杂的。根据技术上的需要，好比搞卫星的，这里头应该是有几个实验室。这个卫星里都有什么东西，应当怎么组织，还要考虑到要搞总体的特点。我主要还是从工作需要来考虑的，但是我感觉科学院同志确实也有很大的支持，因为南苑来的人总归还是少数，这个工作还要依靠科学院的同志。大家到最后团结到一块儿，用两年多的时间把这个事情搞起来，当时确实不是容易的一件事情。当时我到空间研究院的时候也是接近四十岁的人了，在现在看来已经不年轻了，但在那时候还是很年轻的。把造卫星这么大的事情交给你去负责，那感觉确实是既有压力也有动力。” 这“十八勇士”由于系统、专业分配合理，每个人的基本素质有目共睹，所以无可争议地得到了大家的认同。1967年10月，当“十八勇士”离开一分院时，两派人员高举彩旗、各站一方，敲锣打鼓，热烈欢送，这在两派矛盾势不两立之时也实属罕事。难怪当时的领导和群众都一致评价说，孙家栋这活儿干的漂亮，开了一个好头。 上任伊始，孙家栋即着手主持了第一颗卫星总体和分系统技术方案的论证工作，从系统工程的观点出发，重新制定了“东方红一号”卫星的总体技术方案和研制任务书。由于总体技术队伍得到了组织落实，使卫星研制工作如同夹缝生存在暗中快马加鞭。当时外面是轰轰烈烈的“文化大革命”，是“如火如荼、造反有理”的情形，内部卫星研制却坚持按照军队序列，摆脱“文化大革命”的冲击和干扰，尽量为技术人员营造一个相对“安宁”的环境。这段时间，科研人员加班加点做设计、搞试验，努力攻关，解决了一系列技术问题，制定了卫星总体新指标，确定了卫星研制的新方案。 1967年12月，国防科委组织召开“东方红一号”卫星方案论证协调会，各有关单位和有关系统二百多人参加了会议。会议确定了第一颗人造卫星的总体技术参数和各分系统技术方案，确定这颗卫星的技术水平要高于苏联、美国第一颗卫星；三级运载火箭的前两级用正在研制的中远程地地导弹改制，第三级为固体火箭；同时将这颗卫星命名为“东方红一号”；卫星总体技术方案抽象而通俗地概括为“上得去、抓得住、听得清、看得见”，这12字便是卫星总体的实现目标。 技术目标确定以后，需要对大量没有论证清楚的问题进行逐一落实，尤其是理论的设想方案如何在实际中实现？地面的东西如何满足空间的条件？空间的环境状况和温度参数全无，需要什么样的试验设施和指标参数也都不掌握。当时，航天系统还没有建立总设计师制度，当时的技术总负责人就相当于现在的总设计师。作为卫星技术总负责人的孙家栋，他大胆地提出对原来的卫星方案进行简化，充分发挥技术人员的聪明才智和积极性，说服了一些老专家，把卫星研制计划分为两步走，先用最短的时间实现卫星上天，在解决了有无问题的基础上，再研制带有探测功能的工程应用卫星。孙家栋的大胆设想立即得到了大多数人的赞成和认可。在简化方案这一创造性的原则下，技术人员对卫星原方案系统构成立即展开了修改和简化设计。能源系统只采用银锌化学电池组供电方案，去掉太阳能电池加镉镍电池供电部分，去掉姿态控制部分，只保留姿态测量用的红外地平仪和太阳角计。最后确定“东方红一号”卫星由结构、热控、电源、短波遥测、跟踪、无线电和《东方红》乐音装置以及姿态测量部件组成，总质量控制在173公斤，直径1米，外形为近似圆球的72面体，采用自旋稳定方式在空间运行。另外，在末级火箭上设置了“观测裙”，以提高其在空间运行时的亮度，使人们不仅能听到卫星发送的《东方红》乐曲，还能看到卫星在空间运行的轨迹。 时任国防科工委副主任的刘华清在回忆录中写道： 我不懂卫星，也不管这项工作。到了1968年，“东方红一号”卫星的研制遇到了问题，各分系统文齐武不齐，不协调不配套。为了保证1970年发射，空间技术研究院领导和设计人员在原方案基础上进行了合理的修改，但这一修改方案却找不到拍板的人。五院总体主任设计师孙家栋拿着方案找到我，孙家栋说话很直率：你懂也得管，不懂也得管。你们定了，拍个板，我们就可以往前走。 听了他们的汇报，问了有关情况，我心想，这事不能拖，总得有人承担这责任。便对他说：“技术上你负责，其他问题我负责，我拍板。” 这个时期，七机部也没有什么人管事了。关于“东方红”卫星的事，后来我又听过一次机关汇报，也到现场看了看。卫星方案的若干修改和简化我就拍板定了。我当时强调，最后总体决策还要向党中央、周恩来总理和聂帅报告。我把卫星方案修改和简化情况报告了聂帅，聂帅也批准了。卫星计划才得以进行下去。回想起来，当时这么干，除了有一种强烈的责任感外，也有一点傻大胆的味道。 在“文化大革命”那种极端的政治环境下，正确的陈言也是要担当很大政治风险的。但是，孙家栋作为一个正直的科学工作者，他为了国家利益、为了国家的事业毅然抛掉许多个人杂念，敢于承担风险。强烈的责任感驱使孙家栋数次大胆陈言，一门心思就是要保证让中国的人造卫星按计划发射成功。正是他的无私无畏得到了领导的支持，也正是领导的支持使卫星总体技术指标能够及时确定，使卫星研制计划能够在特殊环境下得以顺利进行。 太空奏响《东方红》，听似简单，但在那个技术基础条件下，实现起来还是有很大难度的。《东方红》乐音装置及短波遥测系统，采用一个发射机交替播送《东方红》乐曲和发送卫星各种工程遥测参数，为了实现这一较为先进、难度较大的技术方案，采用了电子线路产生的复合音来模拟铝板琴演奏乐曲，以高稳定度音源振荡器代替音键，用程序控制线路产生的节拍来控制音源振荡器发音，从而保证了乐音嘹亮悦耳。 卫星的热控系统采用自然平衡方法，通过对星体结构各组件的表面分别采取阳极化、喷涂有机绝热涂层、镀金、包覆绝热层等措施，改变其热吸收和热辐射性能，使仪器舱内的温度长时间保持在5～40摄氏度之间，以满足仪器正常工作的要求。在热控系统研制过程中，需要进行卫星热真空模拟试验来检验设计的合理性。但当时国内还没有模拟太阳和地球对卫星辐射的大型模拟器，如何进行这项试验是亟须解决的一个课题。这时，热控系统技术负责人闵桂荣提出轨道周期积分平均热流代替交变热流来确定卫星内部仪器温度的平均值。据此，研制人员采用远红外电加热笼的模拟方法，成功地攻克了这个技术难关。 孙家栋在过去很多年后回忆起这段历史时仍然动情地说：“在当时那种技术条件、物质生活、工作环境下，在那么短的时间里做成这样一件大事，是大力协同、无私奉献的航天精神起了关键性的作用。” 当时，中国的基础工业非常薄弱，仅以小小的电信号连接插头为例，当时国内能够制造有二十几个插针的合格插头的企业几乎没有。为了解决这个插头问题，孙家栋他们不得不怀揣着总理办公室的介绍信，通过当时上海市的主要负责人，找到上海无线电五厂，与几位有经验的老师傅具体切磋探讨，制定了初步方案后又经过反复试验，终于将这种卫星上专用的也是非常特殊的插头造出来。 “东方红一号”卫星上的短波天线是用来发送《东方红》乐曲信号和遥测参数的。运载火箭点火起飞离开地面将卫星送入太空预定位置与卫星分离后，拉杆式结构的短波天线要可靠释放展开，这是保证播放《东方红》乐曲质量的关键。卫星上共有4根短波天线，每根长3米，由3节组成，用铰链与卫星腰带相连接。卫星发射前将每根天线收缩成1米长折下，与卫星自旋轴平行套在顶级火箭外壁上的卡环中。火箭飞行临近结束前，顶级火箭起旋（以180转/分的速度带着卫星自旋转），卫星与火箭分离后，短波天线的自由端离开卡环，在卫星高速旋转时产生的离心力作用下，收缩状态的4根短波天线便迅速展开。然而，天线的展开与释放在地面比较容易实现，但在太空中高速旋转状态下则是一项较为复杂的运动过程。 在第一次模拟卫星自旋天线展开释放试验中，出现最后一节天线被折断甩出去的问题，试验没有成功。又做了2次、3次、4次……一直做了10次仍然没有成功。一次次的失败不得不使大家冷静下来仔细分析。大家初步分析认为：天线展开后，两节天线间连接部分太短，强度不够，管子的直径也较大，由于质量大，在高速旋转时的离心力也大，因而末节天线容易折断。为了做到“稳妥可靠、万无一失”，孙家栋经过反复思考，并与技术人员们探讨后提出，天线释放和展开的运动形式是个复杂的运动合成，要作为专题来研究，并且还要考虑在地面做试验时重量的影响。天线组的人员进一步分析、试验后认为，天线与卫星之间只有一个铰链的设计，使每根天线相对卫星只有一个方向的转动，这与卫星自旋时，依靠旋转和离心力使天线展开和释放的实际运动是不一致的。孙家栋统一了大家的意见后，修改了天线结构设计重新进行了几次试验，均获成功。这个技术难关终于被攻克了。 紧接着，又攻克了测量卫星姿态的红外地平仪，顶级火箭上为了增强地面观测的“观测裙”，仪器舱大面积镀金，制作《东方红》乐音装置等技术难关等。 1969年9月，第一颗“东方红一号”卫星完成了初样卫星全部环境模拟试验，结果证明卫星各系统符合指标要求，技术状态正常。 1969年10月，“东方红一号”正样卫星，也就是要发射上天的卫星完成了各系统的研制工作。 向总理大胆陈言 中国第一颗人造地球卫星的研制与发射，将是中国迈向宇宙空间的第一步，无论在国内还是在国际都具有非常大的政治影响。卫星研制的捷报频传同样牵动着周恩来总理的心，总理和中央专委的领导在百忙之中几次听取了卫星研制工作进展情况的汇报。 10月下旬的一天晚上，孙家栋作为卫星总体技术总负责人与钱学森一同来到人民大会堂江苏厅，孙家栋的心情非常激动。他们刚把卫星初样摆放好，周恩来、李先念、余秋里等中央领导和参加会议的有关部委负责人就来到了会议大厅。 这时，当孙家栋近距离看到周恩来总理时，只是感到鼻子一阵阵的有些发酸。总理日理万机，为国家、为人民简直是操尽了心力，周总理脸上出现了很多黑痣，布满血丝的眼睛凹下后显得脸庞瘦削、疲惫，与几年前见到的样子竟是苍老了许多。 孙家栋想起1962年周恩来总理在人民大会堂宴请招待科学技术界知识分子时的情景。当时正值自然灾害困难时期，周恩来总理非常关心这些年轻知识分子的身体状况，特意上了一道“红烧肉”，一寸见方的肉块人人有份，当时年仅30岁出头的孙家栋已是许久没有遇到这样的口福了。要知道，当时毛泽东，拒绝吃肉；周恩来，停掉了茶；邓小平，戒掉了烟…… 周恩来步入会议大厅后迎着大家的目光匆匆来到会议桌旁，向站立鼓掌的众人举起双臂招手让大家坐下后自己才坐了下来。 钱学森首先将孙家栋介绍给了周恩来。周恩来亲切地拉着孙家栋的手向他询问了一些简单情况，高兴地说：“这么年轻的小伙子就是卫星专家，这很好嘛，今年多大年龄？” 孙家栋有些羞怯地回答说：“今年40岁。” 周恩来风趣地说道：“哦，还是小伙子嘛，学森同志的年轻弟子满多的嘛！” 本来浑身紧绷、大脑高度紧张的孙家栋，顿时被总理几句风趣的话和朗朗笑声放松了下来。 当周恩来和其他领导人看过卫星初样后，周恩来说：“学森同志，是不是你先谈？” 钱学森点点头说：“好。”于是，将“东方红一号”卫星的研制和“长征一号”运载火箭以及目前发射准备的总体情况作了全面汇报。 接着，由孙家栋对卫星的初样进行了讲解和说明，对主要技术参数和研制中的重要情况作了具体汇报。 周恩来对钱学森和孙家栋的汇报听得很认真，还不时提出一些问题，尤其是对卫星上的每一个环节的质量和质量保障措施问的很详细。 当孙家栋汇报结束时，周恩来总理突然像考场里的考官那样对孙家栋问道：“卫星上总共有多少根电缆呀？” 孙家栋如数作了回答。 周恩来总理又问：“卫星上总共有多少个插头呢？” 孙家栋这时有些语塞。要知道卫星上有许多分系统，系统与系统之间、卫星与地面测试设备之间、卫星与火箭之间，有电源连接插头，有无线电信号插头，还有机械配合插头，只顾了总体把关和严格要求各分系统完成指标，却没有将全部插头进行准确的统计…… 孙家栋红着脸有些不好意思地说：“总理，我回去认真统计好后向您汇报。” 周恩来笑了笑和蔼地说道：“这些数字对我来说是没有什么用处的，但对你们来说应该是重要的。你们搞卫星工作首先要仔细认真，应该像外科医生那样对病人的每一条神经、每一根血管都很熟悉，才能保证卫星的万无一失。” 其实，孙家栋在得到他将参加汇报的通知后，大脑就有一个拿不准的考虑，不知道该不该向总理提出卫星许多仪器上镶嵌的毛泽东金属像章对卫星部件的影响，如何处理尊重科学与突出政治的矛盾？会前准备的方案是否能将问题汇报清楚？怎样才能既解决问题，还又不至于使领导为难。 那个时期正是对个人崇拜的鼎盛期间，在街上随处可以看到满身挂着毛泽东像章的人。在那个历史年代人们对领袖的崇拜是可以理解的，但感情与科学若产生了冲突是不可调和的。各系统的卫星仪器做出来后，设备成套安装时在卫星仪器上又很认真地镶嵌一个毛主席像章，有的像章还很大，体现把像章做得越大越漂亮就越能显示出对毛主席热爱的热爱程度。岂不知加上去的这些像章给仪器带来很多问题，首先就是比原来定的总体重量超了许多，比如某件仪器的额定设计重量是三公斤，但往星上安装时却成了三公斤半，这个系统人员会名正言顺地告诉总体人员这超重的半公斤是毛主席像章，在那种历史情况下是没人敢站出来讲增加这半公斤是不对的，但那么多仪器综合在一起，将会使火箭的运载余量减小，必然会降低火箭的可靠性。另外，每台仪器都有自己特定的散热条件，仪器所涂的颜色不同，结构材料的厚度不同，散热的情况也不同，增加了毛主席像章有可能带来许多没有意识到的技术问题。但如果肯定地说在仪器上加个毛主席像章就会把仪器弄坏，从技术角度来讲还没有经过充分论证，也没有完整的计算和试验数据加以说明，所以谁也不敢贸然说话。一边是政治崇拜，一边是卫星的质量保障，大家对这件事情的本质是心知肚明的。在卫星即将出厂前要召开汇报会向总理汇报卫星质量情况，钱学森带领孙家栋一行前去参加。孙家栋头一天想了一晚上都没睡好觉，这件事情到底应该怎么办？到底要不要在会上坦诚报告？因为事关重大，这个会上不说将会错失良机，况且这也是总理非常关心的质量隐患呀。 此时，孙家栋感觉到这件事情如果再不汇报就没有机会了。于是，孙家栋很郑重地说：“从政治感情上来说，大家出于对毛主席的热爱，在卫星仪器上装了毛主席像章，是完全可以理解的。但是从技术角度讲，一是重量超限，二是卫星上天后将会对质量产生影响。”孙家栋简单明了地提出了毛主席像章问题，马上引起了总理的重视。总理当时并没有正面叙说这件事情的对与错，总理说，大家对毛主席热爱是对的，但是大家看看我们人民大会堂这个政治上这么严肃的地方，也不是什么地方都要挂满毛主席的像，有的地方是写了主席的字，但是放在什么地方都是非常严肃的，得认真考虑什么地方能挂什么，你看咱们这个会议室就并没有挂毛主席的像嘛，你们回去好好考虑考虑，只要把道理给群众讲清楚，我想就不会有什么问题嘛。 周恩来一字一句、句句在理的话语，不仅使孙家栋心中豁然开朗，而且使在座各位也都释怀。会后传达了周恩来总理的原话，大家马上按总理说的作了安排，这件棘手的难题得到了解决。 1970年2月初，“东方红一号”卫星成功地通过了整星状态下的自旋试验，火箭和卫星的质量按照要求全部合格，完成了在制造厂出厂前的各项准备工作。 3月26日，周恩来批准火箭、卫星正式出厂，技术人员接到通知将火箭、卫星装上了前往西北发射场的专列火车。4月1日，“长征一号”运载火箭和“东方红一号”卫星在“文化大革命”的一片喧闹声中，如期运抵了酒泉卫星发射中心。 钱学森随同专列一起前往，但孙家栋没有一起去发射场。原来，孙家栋担任着领导职务，造反派又借着孙家栋的爷爷是富农出身而大做文章，由此在政治上受到一定的冲击，他不得不在许多方面“靠边站”。另外北京确实也需要有专家与发射场配合。孙家栋心里想：我是一个科学工作者，卫星发射的成败涉及到国家的利益、关系到在国际上的影响，我只要做到对得起国家、对得起党、对得起人民，群众终究是会理解的。和卫星相比，我个人的事情实在是微不足道。我要从主观上尽我本人的力量想办法多做一些工作，即便由于“革命群众”的原因在客观上开展不了工作，我也要做到问心无愧。 说起富农爷爷，孙家栋一生中起码受过其五次影响。第一次是由学生踏入中国人民解放军队伍变为一名空军；第二次是被选入苏联茹科夫斯基空军工程学院；第三次是加入中国共产党的行列；第四次是从苏联回来参加高度机密的导弹研制；第五次便是这次“文化大革命”。这五关都是孙家栋人生关键的转折点，在中国当时的特定环境下，能够通过层层政治审查的确也是一件不容易的事情，但孙家栋却做到了中国古时说的“过五关”。他毕竟是新中国的科学家，他在每个时期的优异业绩都得到了一致认可而过关。回忆起这段过关闯将的情形时，孙家栋感慨地说：“这五次我都基本是顺利地过了关，要说有什么好办法？其实也没有。要说靠什么？其实靠的主要是自己一贯勤勤恳恳、任劳任怨的工作表现和工作成绩。运动中群众以我的家庭出身提出这样、那样的问题，说我是臭鸡蛋也好，说我是走白专道路的典型也罢，我都没有太往心里去，并且说实在的我也还真的从来没有抱怨过家里，因为那是历史，是不容我选择的历史嘛。要认真起来，其实我还真是没有与我爷爷在一起生活过，要说我的父亲，他也只是一个教师嘛。” 1970年4月2日晚7时，也就是运载火箭和卫星到达发射场的第二天，钱学森、李福泽、任新民等领导和专家从卫星发射场乘坐专机又一次来到北京，在人民大会堂福建厅向周恩来总理等中央专委领导同志汇报火箭、卫星到达发射场后第一线的实际情况。孙家栋这次未能参加会议，他表面上看似平静，可从事多年尖端科学研究养成以国家大事为己任的习惯，却使他不由自主地焦急等待着，等待着会议的决策。 中国首次发射卫星，牵动全国，影响全球，责任重大呀！ 按照预先确定的发射场工作计划，运载火箭和卫星完成了单元仪器测试、分系统测试、系统间匹配检查。4月8日，卫星配合火箭完成了第一次总检查；4月9日火箭与卫星完成了对接测试；4月10日，经过十几个昼夜的紧张工作，火箭和卫星完成了第二次、第三次总检查，结果均正常。孙家栋虽然人在北京，但心与星紧密相连，他的心情与所有参加试验人员一样，测试工作的顺利完成给他带来了心头的喜悦。 1970年4月14日，卫星测试的各项工作已经基本就绪，周恩来总理和中央专委领导要求再次听取发射场人员对火箭、卫星情况的汇报。当日午后，钱学森、李福泽、任新民、杨国宇、杨南生、戚发轫等领导和专家又登上了前往北京的军用专机。孙家栋虽然没有在发射场，但要求他也一同参加汇报会。 已经有一段时间没有参加这种汇报会了，孙家栋随大家来到人民大会堂福建厅后，发现国防科委和七机部的有关领导都已经到了，他们与孙家栋交换着眼神。不一会儿，李先念、余秋里、李德生等中央领导人陆续进入会议厅。 傍晚7点整，周恩来弯曲着一支胳膊，迈着大家熟悉的稳健脚步走了进来，一到会议厅便热情地向大家挥手致意，参加会议的所有人员激动得使劲鼓掌。这时，周总理招手点着前排的位置说：“从发射场赶来的同志请到前面，到前面来坐。” 总理看到后面的人不好意思过来，他环视了一圈又亲切地招呼大家说：“过来，过来，到前面来。” 孙家栋再次近距离看着周恩来总理，看到总理微突的颧骨使眼睛显得更大，看到浓浓的眉毛添了寿眉加了白眉，看到他脸上的老年斑更加明显…… 这时，周恩来拿起来自发射场的人员名单，边点名边与本人对号，亲切地问你多大年龄？是在哪个大学毕业的？是什么地方的人？当问到有些从苏联毕业回来的人时，总理幽默地说：“俄文忘没忘呀？一定不能忘，多掌握一门知识是有用的。” 参加汇报的人员中恰巧有几位是辽宁人，他们有金县的，有复县的，有海城的，还有盖平的。总理风趣地说：“很巧嘛，今天来开会的同志是金、复、海、盖，很齐全，那个地方我去过。”会议就这样在活跃而轻松的气氛中开始了。 会议按照事先的议程进行。钱学森按照事先准备的材料一五一十地汇报火箭和卫星进入发射场后的情况。钱学森说：“发射卫星的火箭是一枚大型三级火箭，其复杂程度较之人体的五脏六腑、血脉经络有过之而无不及。”这时他以内疚的心情谈道：“总装时，尽管大家作了反复的检查，但在总检查时还是发现了火箭舱内有遗留下的焊渣和钳子等多余物。” 周恩来的眉头紧锁了一下，立即插话说：“这可不行！这等于外科医生开刀把刀子、钳子丢在了病人的肚子里嘛！你们的产品是允许搬来搬去，允许拆开、再组装，找一遍不行再找一遍，总可以搞干净嘛！无非是晚两天出厂。把焊渣和钳子丢在火箭里头，这是不能原谅的！” 总理的批评很严厉，但切中的要害又令大家服气，大家是打心眼里感到内疚，感到确实不能原谅。 接下来，各系统的负责人作了更为具体的汇报。当一些图纸、原理表格铺在总理面前的地毯上时，总理拿着铅笔和一个蓝色的小笔记本半跪在地毯前，一边仔细听汇报，一边在本上记着，还一边提出一些问题。 在汇报中，遇到专业技术术语听不明白的地方，总理就请钱学森来作通俗的“翻译”。 总理对每个问题的解答都一一谈了自己的看法。 在汇报到安全方案时，总理认真地看着地图上标着的卫星发射后的理论飞行轨迹，又提出了一些类似问题，比如：火箭发生什么故障必须按照安全预案处置？安全预案实施后会产生多大的影响？同时要求对有可能出现的各种情况，都要在目前所掌握的能力范围内多动脑筋，把问题尽可能的想周到。 为了鼓舞大家的信心，总理说：“那就这样吧，同志们大胆地去干吧，搞科学试验嘛，成功和失败的可能性都存在，你们大家要尽量把工作做细、做好，万一失败了也没有什么，继续努力就是了。失败是成功之母嘛！” 会议中，周恩来在听到“文化大革命”的派性矛盾时，点到了孙家栋旁边的一位同志问道： “你们那儿闹派性吗？” 说着指了指坐在一旁的孙家栋问道：“你俩是一派的吗？” 那位同志说：“不是。” 周恩来又问：“那你俩打派仗吗？” 这时与他们一起来开会的领导赶忙代替说：“总理，他俩的工作能搞在一起。” 周恩来这时说：“好！不闹派性就好！” 在这种时而紧张时而又轻松的气氛中，会议从傍晚7点一直开到深夜12点，中间也没有休息。就在会议快要结束时，大家想，劳累了这么长时间的总理也该早点休息了，没想到，正当大家依依不舍要离开会议厅的时候，听到总理在跟李德生说：“现在就马上去京西宾馆，那个会可以开始了。” 听到这话，大家的心里不禁一热，敬爱的总理就是这样不顾疲倦地为国家、为人民不分昼夜地忙碌着。 15日凌晨1时许，周恩来办公室打来电话，传达周恩来的指示：“从今天起一直到卫星上天，发射场的情况要逐日向周恩来办公室电话汇报。” 1970年4月24日下午3点50分，发射场接到周恩来总理给钱学森打来的电话，周恩来在电话中说：“毛主席已经批准了这次发射。希望大家鼓足干劲，细致地工作。要一次成功，为祖国争光！” 4月24日，位于中国西北部的酒泉卫星发射中心蔚蓝的天空万里无云，随着发射警报从高音喇叭里一次次响起，发射场坪的人员按照发射程序逐步撤离，太阳已经落下，傍晚的天色已经黑暗，但发射场四周的照明灯将发射场照的如同白昼，最后一次急促的撤离警报声拉响后，发射场坪已经空无一人，地下控制室的潜望镜伸向地面，人们屏气呼吸等待火箭点火的最后一刹那…… 21时35分，高音喇叭里传出指挥员那洪亮的“点火”口令，地下控制室发射控制台前的胡世祥（日后升任解放军总装备部中将副部长）按下火箭“点火”的按钮，瞬间，载有“东方红一号”卫星的运载火箭的发动机喷射烈焰，火箭伴随着轰鸣声腾空而起刺向天空。 控制室监测仪器灯光闪烁，仪器的“哒哒”、“哒哒”声不断显示着飞行正常的数据。 仅仅几分钟时间，火箭按预定轨迹就飞出了人们的视线，但人们的目光仍然停留在火箭消失的地方不肯收回…… 15分钟后高音喇叭里传出测控系统报告“星箭分离”、“卫星入轨”的消息。 “东方红一号”卫星发射成功了！ 《东方红》乐曲环绕太空、响彻全球！ 大家欢欣跳跃，相互拥抱祝贺，泪水和汗水交织在了一起。 孙家栋的工作得到了各级领导的充分肯定，钱学森曾满意地对大家说：“看来，把孙家栋找来还是对的，他确实敢干事，他也的确会干事。” 这是中国自行研制的“长征一号”三级运载火箭发射成功的第一颗自行设计制造的人造卫星。卫星初始运行轨道距离地球表面最近点（技术术语称之为近地点）高度439公里，距离地球表面最远点（技术术语称之为远地点）高度2384公里，轨道平面与地球赤道夹角（技术术语称之为轨道倾角）68.5度。卫星外型为近似球面直径1米的72面体，卫星重量173公斤，用20.009兆赫的无线电频率播放《东方红》乐曲。这是我国继苏联、美国、法国和日本之后，成为世界上第五个能够独立研制和发射人造地球卫星的国家。 在当时国际航天舞台上，1957年10月4日，苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星“伴侣一号”，它的外形像一个大皮球，外径0.58米，重83.6公斤，它的构造比较简单，由两个铝合金半球壳对接而成，壳外有四根鞭状天线。1958年1月31日，美国发射了第一颗人造地球卫星“探险者一号”，卫星重8.22公斤，携带了很多仪器，它首次发现了地球辐射带。1965年11月26日，法国发射了第一颗“试验卫星一号”，它是一个双截头锥体，重42公斤。“大隅号”是日本1970年2月11日发射的第一颗卫星，外形呈球形，直径0.45米，重量只有9.4公斤，这颗卫星的发射比中国的第一颗卫星仅早两个多月。 中国发射的这颗卫星的质量，比上述四个国家第一颗卫星的质量总和还要多，其跟踪手段、信号传递方式、星上温度控制系统也都超过上述四个国家第一颗卫星的水平。 当初，孙家栋接手对中国第一颗“东方红一号”卫星确定总体设计指标时，矛盾接踵而至。体积要求、重量要求、功能要求、匹配要求，一个接一个的要求出现在孙家栋面前。比如功率消耗的分配与限制，首先对各系统提出了具体限制要求，要求各系统在设计分配指标时将功率消耗控制在所限定的要求内，各分系统、子系统必须层层照章办理。而各系统为了给本系统留有余地，都想方设法尽量多申请一点指标。“东方红一号”卫星上使用的是化学电池，从总体出发难以平衡和满足各系统的初始功率消耗要求。当某些系统申请到了比较大的功率指标后，严格要求自己的分系统加以控制，不得突破，经过研制人员的“精雕细琢”，有些系统在实际研制中却又没有用了那么大的功率，这些功率消耗不掉反过来又给整星的温度控制系统带来不必要的新问题。比如当时卫星上的应答机已经申请到了10瓦的热耗指标，可是设备研制出来验收交付时的实际功率却只有8瓦。此时，整星的热控计算早已完成，按照卫星的研制进度热平衡也都已经安排完毕，如果这里少2瓦，那里少1瓦……卫星的整星温度就会变低，卫星的整体温度水平就会受影响。当时各系统的设备都已经做出来，再改动已经来不及了，由于进度要求非常紧迫，任何细小的改动都可能牵一发而动全局，这个看似小的问题竟然突出了起来。当这对矛盾反映到技术总负责人孙家栋那里时，孙家栋也感到很头疼，但他经过认真思考，却用逆向思维方法提出了一个解决方案：为了不影响卫星的整体热平衡，哪个系统出现了余量就在哪个系统串联一个功耗电阻，富余多少就串联多少，把富余的功率由电阻消耗掉。这样，既不影响设备的工作状态，又可以维持卫星整体的温度水平保持原设计的平衡状态，问题就这样得到了解决。后来的卫星出现了重量富裕后，由于动平衡试验已经完成，也采用这种办法，在重量不够的仪器设备处加配重来解决，这不能不说也是一个发明。 孙家栋的信念就是要绞尽脑汁把可能出现的问题考虑足，要想尽一切办法把出现的问题、有可能出问题的现象都一个一个排除，做到心中有数。没有在发射现场的孙家栋坚守在北京卫星总体设计部设立的临时卫星接收站，他及时将汇集来的信息进行比对，验证卫星信息的可靠性。此时，卫星成功了！卫星真的成功了！他抑制着自己发自内心的无比喜悦心情，眼里涌满了激动的泪水。这时，他也想欢呼、想跳跃，但他悬空多日、高度紧张的大脑一经放松，顿时感到浑身疲惫无力，他坐在椅子上伸直双腿将头靠在椅背上，任凭眼泪涌流。昔日的汗水，此时的泪水，表达了孙家栋对祖国第一颗人造地球卫星的无限深情。 卫星发射成功后，国防科委推荐以钱学森为首的17位功臣组成观礼团，在天安门城楼上与毛泽东、周恩来总理共同欢度“五一”国际劳动节，但这17人中却没有技术总负责人孙家栋。此时的孙家栋会有什么感想？他的心里会不会感到委屈和难受？几十年后当有记者采访他谈到这件事情时，孙家栋心态依然很平静。那个年代能有机会上天安门，并且能见到毛主席和那么多中央领导，是一件非常荣耀的事。但是坦率讲，在“文化大革命”期间那种特殊的政治环境里，追求个人荣誉的念头似乎不是那么现实，所以没有那么大的失落感。因为孙家栋所要做的事情是把卫星搞成功，现在卫星已经成功地在天上运转了，心里最为关心的实际上是卫星什么时候会过我们的头顶、能不能按照理论要求准确运转。 当时的《人民日报》整版登了卫星运行时间表，几点几分过天津，几点几分过广州，几点几分过北京、过上海、过西安……都标得清清楚楚，还特别解释什么时间能够看见。因为白天看不见，如果正好是晚上刚要黑天的时候过你这个城市，你就能看见了。 由于是第一次搞卫星，所有参与研制的人全部都是第一次，每个环节会出现什么问题完全都没有经验可依，经常是完成了前一项工作马上就不由自主地想到后面将会出现什么事情。当然，那时候技术基础比较薄弱，最为担心的还是卫星的稳定性，特别害怕星上有什么仪器状态不稳定，牵一发而动全局，脑子所想的全部是这方面的事情，所以要说费心思的话，在担心出问题方面所费的心思要远比上天安门费的心思多得多。 一直到现在，都已经是应用卫星时代了，卫星在天上的工作寿命都已经达到五年、八年、十多年了，搞航天的还总有个习惯总担心卫星会突然出问题，时刻想着得在地面想办法怎么来解决。现在第一线同志平常老讲一句话，卫星发射上天以后是“天不怕、地不怕，就怕指挥所来电话”。指挥所来电话干什么？好事不找你，发现天上有点小毛病，半夜打电话告诉你出了毛病了，你就必须立即赶到现场组织相关人员研究、解决。 在中国第一颗“东方红一号”人造地球卫星发射成功三十五周年前夕，2005年4月21日，中国空间技术研究院在北京隆重举行了“我国第一颗人造地球卫星东方红一号卫星诞生地”纪念碑揭幕仪式。孙家栋来到了纪念碑揭幕仪式现场，他与闵桂荣、王希季、屠善澄、戚发轫以及当年参加过“东方红一号”卫星设计、研制、生产和管理的几十位老领导、老专家、老工人站在北京卫星制造厂3号厂房前，他们的思绪回到了35年前那段美好的激情岁月，百余名投身航天事业不久的青年科技工作者代表与老一代航天人在一起，共同见证了这一具有历史意义的时刻。现任中国空间技术研究院院长的袁家军满怀深情地致辞，与孙家栋等一起将覆盖在纪念碑上鲜红的幕布揭开时，一座一人多高的岩石雕刻的纪念碑呈现在人们眼前，人们热烈鼓掌。它见证着中国航天的历史，是中国航天进军太空的一座永恒的里程碑。当孙家栋与袁家军两人的手紧紧握在一起的时候，目光交会，昔日老院长与现任新院长对中国航天的热爱之情饱含其中。 袁家军，1962年9月出生，现任中国空间技术研究院院长，中国科协副主席，国际宇航联合会副主席。2006年3月获博士学位，曾任“神舟一号”飞船第一副总指挥，“神舟二号”至“神舟五号”飞船总指挥。2000年获国防科学技术一等奖，2003年获国家科技进步特等奖，2004年获中国载人航天工程突出贡献者奖章和第八届中国青年科技奖。 35年前，中国以“东方红一号”卫星为起点，迈出了征服太空的第一步；35年后的今天，中国航天成就令世人瞩目。放眼未来，中国航天人必将创造新的更伟大的辉煌。 会后，有记者就“东方红一号”卫星的研制过程，采访当年“东方红一号”卫星总体技术负责人孙家栋时，孙家栋满怀豪情地说：“是中国航天精神铸造了中国第一星。” 卫星一旦进入发射场就标志着发射日的临近…… 1984年1月26日16时15分，卫星完成了发射场的各项检测任务，发射倒计时程序进入5小时准备时，发射人员按照测试规定对火箭进行第二次功能检查时，突然发现火箭稳定系统偏航波道输出信号超出正常值，经判定为陀螺平台功能性故障，并决定中止当日发射，更换陀螺平台，于1月28日24时前做好重新发射的一切准备工作。为此，卫星也被迫从火箭顶上卸下来。 孙家栋立即组织卫星人员进行具体部署，首先要有整体意识，不能有任何怨言，要积极主动予以配合，要切实对卫星做好监测和保护，绝不能由于卫星的原因影响整体计划。卫星试验队的全体人员对孙家栋做出的决定不仅坚决拥护，而且打心眼里佩服。 1984年1月29日，三天后即是中国传统的春节，第一枚“长征三号”运载火箭载着试验通信卫星从发射台上腾空而起、飞向太空。第一、二级的工作和第三级氢氧发动机的第一次工作都正常，地面各测量站跟踪良好。但当火箭飞行到940秒时，第三级氢氧发动机第二次启动后，推力消失，未能将卫星送入预定的地球同步转移轨道。经对空中的卫星进行测试，卫星上各系统工作正常，但由于没有送入预定轨道，卫星不可能按照飞行程序正常运行。 孙家栋与所有卫星研制人员在痛惜之余立即调整思路，他们面对现实，组织技术人员们制定出利用卫星每日飞越我国领土上空的有限时间内进行有效试验。卫星在这样的低轨道运行存在许多问题。首先，卫星距地近绕地周期短，每圈都要经过太阳阴影区，星上镉镍电池的充放电与原来的设计状态有较大变化，出阴影区后的充电时间很短，根本就不可能按设计完成充放电。有可能执行卫星远地点发动机点火时，镉镍电池无法提供发动机点火所需要的大电流脉冲功率。西安卫星测控中心根据远望号测量船从海上传来的数据，立即开始了抢救卫星工作。孙家栋与时任航天工业部副部长宋健、西安卫星测控中心副主任郝岩立即组织主要技术负责人研究应急方案：换用近地卫星程序，迅速做出初步轨道预报；闽南、渭南两站立即准备拦截捕获卫星；为了减少功率消耗，关闭星上部分加热器；增加卫星自旋转速，稳定卫星姿态，择机实现远地点发动机点火，变换卫星运行轨道；调整卫星姿态，保证太阳入射角在设计指标范围内，达到解决星上能源危机，延长卫星工作寿命，力争尽可能多地进行试验项目。 孙家栋坐镇西安卫星测控中心，决定卫星运行第13圈时实施星上远地点发动机点火。经过短时间的精心准备，对上述方案进行了成功的实施，卫星远地点发动机点火工作后，将卫星由近地轨道变为远地点6480公里、近地点358公里的大椭圆轨道，运行周期也从原来的1小时30分钟延长至2小时43分，使试验通信卫星成为一颗能长期工作的科学实验卫星。故障对策的成功运用，提高了卫星的运行寿命，利用这种条件，进行了卫星及其各系统的功能考核、性能指标测试和寿命试验，并且完成了通信、广播、彩色电视传输试验，取得了大量宝贵资料。首次发射虽然失利，但各系统得到了全面检验，为后续试验通信卫星的发射积累了经验。 这次发射试验任务，涉及全国20多个省、市、自治区，国务院30多个部、委，解放军各总部、有关军兵种、9个大军区以及所属的上千个单位。从陆地到海洋的长达7000多管理的航区内，设置有发射、测量跟踪控制、通信联络、水文、气象、运输保障、海上救援等系统。仅通信系统就配置了600多个台、站，2000多台（套）设备。 1984年4月，正是西昌的阴雨季节，4月8日这天整个白天乌云笼罩，发射场西边的山头在云雾中缭绕。今天，第二枚“长征三号”运载火箭载着第二颗试验通信卫星再行组织发射。傍晚时分，正当大家怀疑气象预报准确性的时候，云层开始变薄，天空开始放晴，夜色降临，倒计时的发射时间在一分一秒推移。这时，发射场上空的繁星点点在闪烁，空中已是一片晴朗。 19时整，环抱运载火箭的发射塔活动平台徐徐展开，矗立在发射台上巨龙一般的乳白色“长征三号”运载火箭雄伟挺立，整装待发。 19时15分，连接地面与卫星的脱落插头成功脱落，指挥控制室的显示屏上显示出卫星、运载火箭、发射设备以及测量控制系统全部正常。 19时20分，“长征三号”运载火箭喷射出巨大的烈焰，在震耳欲聋的轰鸣声中离开发射台，冲向天空，飞离地球。 19时40分，“长征三号”运载火箭第三级准确入轨，成功地将地球静止轨道试验通信卫星送入地球同步转移轨道，发射终于获得圆满成功。 发射成功的第二天，孙家栋刚刚卸下卫星发射的重任，还没来得及喘息休整好好睡一觉，便乘坐专用飞机马不停蹄地从西昌卫星发射中心紧急赶往西安卫星测控中心。 4月10日8时47分，西安卫星测控中心对卫星发出远地点发动机点火的遥控指令，发动机准时点火，正常工作，在东经142度附近将卫星推入地球准同步轨道。接着，卫星测控中心按照程序对卫星进行了姿态调整，使卫星建立了能够正常工作的自转轴垂直于地球赤道平面姿态，获得了利用红外信息长期跟踪控制的条件。 试验的征途总是不能一帆风顺，正当这颗卫星经变轨、远地点发动机点火进入地球准同步轨道，向预定工作位置漂移的时候，西安卫星测控中心通过遥测数据发现，装在卫星上的镉镍电池温度超过设计指标的上限值，并且还有继续上升的趋势，遥测数据显示，卫星的外壳和其他部分仪器的温度也偏高，如果控制不住，温度继续升高，刚刚发射成功的卫星可就要危在旦夕了…… 地面的技术人员遥测几万公里高空发热的卫星，如同医生在诊断“发高烧”的病人，如果不及时为病人退烧，则会危及到病人的生命。但是，现在的病人并没有呈现在医生的面前，而类似于远程医疗，而是远在36000公里高度的赤道上空沿着太空运行轨道在快速飞行。刻不容缓，如果不立即让卫星退烧，将会引起卫星蓄电池损坏以至使整个卫星失效。 此时的孙家栋可以说心力交瘁、疲惫不堪。孙家栋立刻领导并投身到对卫星故障的应急处置中，他立即召集技术人员开会，发挥技术人员的聪明智慧，群策群力，出主意想办法，孙家栋也简练地谈了自己的想法，很快建立了一个解决问题的思路。孙家栋凭着对卫星及其飞行过程的分析，初步判断认为卫星发热是由于卫星相对太阳姿态角的变化所引起的，果断地提出克服蓄电池热失控的应急方案，做出对卫星进行大角度姿态调整，增大太阳的照射角，降低太阳电池阵与蓄电池之间的电压差，减小充电电流，迫使蓄电池停止升温和降温的应急故障处置的决定。图31 西安卫星测控中心的指挥人员和操作人员一经接到对卫星的处置通知，便及时在地面对36000公里高空的卫星发出了应急指令：将星上所有功耗仪器设备全部打开，尽可能多地消耗电能，多次调整卫星姿态，改变太阳辐射角，以减少太阳能电池对卫星的供电，最大限度地增加镉镍电池放电量。只听指挥、操作人员“发出开启指令！”“指令发出！”“星上接到指令，执行完毕！”完成这些技术措施后，卫星的电池温度立即出现了得到控制的趋势，证明所采取的措施正确的。但此时的卫星还不能正常工作，在这种状态下仍然不能正常进行通信传输。孙家栋与相关专业人员群策群力，又经过几个昼夜的模拟试验发现，当太阳照射角为90度时，卫星能源系统将保持平衡可以将温度控制在设计指标范围内。孙家栋果断命令对卫星姿态角再调整5度。1974年11月5日中国返回式卫星发射时，孙家栋曾就在发射指挥室打破正常程序，不顾一切地果断命令“停止发射！”十年后的今天，孙家栋又一次发出了打破常规的指令。按照正常情况，“立即再调5度”的指令需要根据精确的运算数据结果，形成文件按程序审批签字后才能执行。在这种紧急情况下，各种审批手续都已经来不及。操作指挥员确实感到压力巨大，尽管孙家栋的指令已经在设置的录音设备中录了音，但毕竟没有经过指挥部会商签字，但孙家栋的位置和人格魅力，他既然发出了指令，势必要立即执行。在指挥现场的几个操作人员为了慎重起见，临时拿出一张白纸在上面草草写下“孙家栋要求再调5度”的字据要孙家栋签名，孙家栋毅然拿起笔，在字据的下方签下“孙家栋”三个字。要知道这三个字的分量和风险，这如同十年前发射卫星的情况一样，也需要把个人的一切顾虑抛到脑后，战争年代这叫做“生死置之度外”，在没有硝烟的卫星发射、测控现场，这难道不是一种不顾个人安危的“大义凛然”！ 这时，天上的卫星执行了地面发去的指令后停止了温度上升，温度一点一点回落出现了下降的趋势，蓄电池热失控的现象被制服了。 西安卫星测控中心对卫星姿态再次调整后，验证了这一措施的正确性，最终正确地选择了长期运行的姿态，卫星终于化险为夷，保证了卫星定点和长期稳定运行。孙家栋这时也确实也到了精疲力竭的程度了。图32 对太空中“发烧”卫星的这种处理决策在世界航天界实属少有，同事们惊叹这一绝招。事后，对卫星故障处理的这种创造引起了航天界人士的关注，当时人们就纷纷说，这真是为我国通信卫星工程立了一大功劳！ 4月16日18时28分，卫星在地面的控制下，准确定点于东经125度赤道上空，实现了运行周期相对于地球的静止同步轨道，中国拥有了自己的第一颗通信卫星。但是，科学试验屡经磨难，卫星在轨一波三折，经检测后发现卫星上的定向通信天线无法展开正常通信，原因是天线在同卫星一起旋转。这一情况报告到孙家栋那里时，孙家栋果断决定立即启动星上消旋系统！测控中心向卫星发出消旋指令后，卫星工作趋于正常。4月17日18时，卫星通信试验正式开始。早已调试好的北京、南京、石家庄、昆明、乌鲁木齐通信地球站待命展开数字化通信、广播、彩色电视节目传输、报纸版型传真和时间标准频率播发等工作，结果表明卫星工作正常，传输品质良好。孙家栋又马不停蹄地赶回北京验证在轨测试结果。 4、挑战月球 启动探月工程 中国古时候把月亮称为月宫，流传着嫦娥奔月、吴刚捧出桂花酒等神话和传说，表达了对月亮的神往。地球的人类仰望天空憧憬着月球，千百年来浮想联翩，梦想着长出一对翅膀，飞向茫茫宇宙去探索月球的奥秘。 月亮是离地球最近的星球，陪伴着人类的进化、社会的发展，月亮与地球共同分享着天体演变的宇宙沧桑…… 科学家们对科学的探索总是无止境的，他们的大脑总在不停地思考着科学技术的前沿发展趋势。在中国航天发展的历程中，在第一颗“东方红一号”研制中就已经在酝酿着后续的卫星发展计划，“东方红一号”发射成功后紧接着就发射了“实践一号”卫星，以后的返回式卫星、遥感探测卫星、通信卫星、气象卫星、载人航天工程都按照规划逐步实施，并且取得了一个又一个重大成就。 纵览国内外航天科学技术和航天发展历程，发射人造地球卫星、载人航天和深空探测是航天活动的三大领域。我国已经成功地发展了人造地球卫星和载人航天，但深空探测还一直属于空白。适时开展以月球探测为起点的深空探测将是中国下一步航天活动的必然选择，也是中国航天事业持续发展、有所作为的重大举措。 其实，我国的一批专家、学者在较早时候就在跟踪国外发展动向，并且把月球探测作为深空探测的起点进行论证。我国有关部门曾在1994年开始组织了相关专家对开展月球探测的必要性和可行性进行过初步分析与论证。当时中国已经启动了载人航天工程，为载人飞船配套的长征2F运载火箭首次试验性发射将运载什么有效载荷的问题，有人提出用有限的资金发射一颗简易月球探测卫星的方案。由于当时还难以提出一个完整的月球探测发展规划，缺乏长期和有深度的科学探测目标，并且当时国家的经济环境刚刚好转，航天基础还不像如今这样扎实，导致当时的月球探测方案无法完善，探月计划未能启动。 孙家栋当时也多次参加了发展月球探测相关的研究讨论，他认为，我国已经掌握卫星技术、运载火箭技术、测控网技术和发射技术，拥有一支技术雄厚的卫星技术研制队伍和空间科学研究队伍，根据目前对月球探测和月球科学跟踪研究的储备以及我国所具备的能力，开展月球探测活动的条件业已成熟。深空探测是当今世界科技发展的前沿领域，具有很强的基础性、前瞻性、创新性和带动性，将月球探测作为深空探测起点是正确的选择。 孙家栋的老搭档，曾经也担任过中国空间技术研究院院长、卫星总设计师的闵桂荣院士，早在20世纪90年代初就提出了中国也应该进行月球卫星研制的建议。 闵桂荣，资深卫星技术专家，工程热物理学及空间技术专家，1992 年被选为国际宇航科学院院士，历任中国空间技术研究院院长，卫星总设计师，国家863 计划航天领域专家委员会首席科学家等职。1991 当选为中国科学院院士（学部委员）。1994年当选为中国工程院院士。在闵桂荣的倡议下成立了“863月球探测课题组”并做了相应的工作。 当时，载人航天工程正在如火如荼地开展论证工作，为了突出重点，搞月球卫星的建议没有激起大的波澜，但探测月球的希望之火并没有在科学家的心中熄灭。 1995年，中国科学院地球化学所、空间科学应用中心和中国空间技术研究院的欧阳自远、叶自立、陈康文、褚桂柏、林文祝等专家经过一年的研究，编制了一个较完整的月球探测可行性报告。他们通过分析国外月球探测活动发展状况，探讨了我国开展月球探测的必要性，提出我国月球探测的项目与任务，论述我国开展月球探测已具备的条件，提出开展月球探测发展阶段设想和第一阶段月球探测的科学目标以及第一颗月球卫星的方案设想。他们在报告中提出，我国在航天工业卫星、载人航天、深空探测的三大领域中，一直到90年代还只开展了前两个领域的研究和实施，深空探测仍属空白。开展月球探测活动不仅能壮国威，提高民族凝聚力，了解月球、深化人类对地球、太阳系以及宇宙的起源与演化的研究和认识，而且积极参与月球上丰富的核聚变燃料氦3的研究，这也是各国未来解决能源危机必争的资源。 1997年4月7日，中国科学院三位院士杨嘉墀、王大珩、陈芳允发表了《我国月球探测技术发展的建议》。相关研究单位和部门也曾组织专家和研究人员，对中国开展月球探测的可行性、必要性以及科学目标进行过分析与研究，先后向主管部门提交了《中国月球探测发展战略研究》和《月球资源探测卫星科学目标》等论证报告。 对月球的研究探测是航天领域以及相关科学领域科学家们多年的期盼，孙家栋多次提出，人类对航天研究应用的下一个必由之路就是对月球探索的深入。科学家们对探测月球充满着激情，这个激情既是对科学无止境的追求，也是对国家技术发展的责任。 历史的车轮刚刚迈入新世纪的2000年，时任中国国防科工委副主任、中国国家航天局局长的栾恩杰频繁地找孙家栋，他非常了解孙家栋这位航天总体大师高超的谋略、敏捷的思维、丰富的经验、对中国航天的钟情和在航天界的影响力以及人格魅力。这两位在业内极具影响力的老航天满怀神圣的使命感，在一起谋划着中国航天发展的战略思路。他们两人的灵感一经碰撞立即迸发出了具有前瞻性的火花。他们认为，按照国家目前的技术水平和经济实力完全可以开展对月球研究探测的工程实施，如果能够正确掌握需求牵引关系，就可以着手考虑工程实施方面的大思路了。孙家栋与栾恩杰两人一拍即合，他们又把几十年来对月球资源应用有着极大兴趣的中国科学院欧阳自远院士找来一起切磋谋划探月工程实施的事情。 栾恩杰，我国著名导弹控制技术专家和航天工程管理专家，国际宇航科学院院士，1965年毕业于哈尔滨工业大学自动控制专业，同年考入清华大学攻读研究生。1968年在第七机械工业部第四研究所工作，1970任七机部第一研究院技术员。1978年后，任七机部第二研究院十七所室副主任、副所长、所长。1984年后，任航天工业部第二研究院副院长，航空航天部总工程师。1993年6月任中国航天工业总公司副总经理、国家航天局副局长。1998年4月起任国防科学技术工业委员会副主任兼国家航天局局长。第十三届、十四届、十五届中共中央候补委员，中国载人航天工程副总指挥，中国探月工程总指挥。 欧阳自远，中国科学院地球化学研究所研究员，中国科学院国家天文台高级顾问，1991年当选为中国科学院院士（学部委员），第三世界科学院院士，中国矿物岩石地球化学学会名誉理事长，中国空间科学学会副理事长及空间化学与空间地质学委员会主任，中国科学院国家天文台高级顾问，中国科学院地质与地球物理研究所兼职研究员。他系统地开展了各类地外物质、月球科学、比较行星学和天体化学研究，是我国天体化学领域的开创者。发展了铁陨石、玻璃陨石和宇宙尘成因理论；提出了吉林陨石的形成演化模式及多阶段宇宙线照射历史的理论以及新生代以来六次重大撞击事件诱发地球气候环境灾变的新观点；提出并论证地球两阶段形成模式及对成矿与构造格局的制约、组成地球和类地行星的非均一化学组成与非均变演化理论的新理论框架。 几经酝酿，栾恩杰按照行业归口，大胆地主抓了中国的第一部《中国的航天》白皮书的编制工作。2000年11月22日，中国政府首次公布了《中国的航天》的白皮书，白皮书在我国未来发展目标中明确指出，将“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。中国向国际庄严宣告了向深空探测的进军号令。 搞了一辈子航天工程总体的孙家栋明确提出了自己的观点。他认为，作为进军月球这样的航天大工程的实施，首先要获得国家的立项批准。孙家栋根据自己多次开创大型航天工程担任总设计师的经验，在立项之前必须明确工程目的、实现途径、需求牵引、技术经济可行性、远期目标的连续性等原则问题。孙家栋提出，工程起步要先立足于满足工程的基本条件，在基本条件的基础上由简到繁分步实现工程应用的发展目标。 孙家栋不愧是航天工程的总体大师，在航天发展新跨越的重要历史关头，他又一次发挥了他的独到见解。按照他的几轮描绘，庞大繁杂的头绪即刻清晰，孙家栋的想法立即得到了栾恩杰和欧阳自远的赞同。英雄所见略同，他们三人分头行动，立即着手组织专家按照新的思路进行专门论证，开展编制技术经济可行性研究报告等工程立项方面的实质性的前期工作。 2001到2002年间，孙家栋受国防科工委委托，组织全国各方面力量，开展了我国月球探测卫星的科学目标与有效载荷配置的研究，对我国月球探测关键技术的解决途径，对月球探测工程的综合立项工作进行了反复论证。通过为期一年的综合论证，最后得出结论：科学目标明确、先进，技术能够实现，没有颠覆性的技术问题。为国家的最后决策提供了科学依据。 中国的探月计划从论证开始，就受到国家领导人的高度重视，2002年10月17日，国务院第三次会议上朱镕基总理批示要抓紧探月工程的论证工作。 2003年2月28日，国防科工委在北京召开了200余人参加的“2003年民用航天工作会暨探月工程筹备会”。国防科工委邀请孙家栋等20名院士作为正式会议代表参加了会议。会上，国防科工委副主任栾恩杰作了题为《与时俱进，开拓进取，谱写中国航天新篇章》的报告。报告中提出了“正式启动探月工程筹备工作”。时任国防科工委主任的刘积斌宣布了探月工程组织系统名单，任命孙家栋为探月工程筹备阶段的总设计师，由他负责组织工程总体方案研究实施的筹备工作，孙家栋的肩上挑起了中国航天又一里程碑性质的新重担。 2003年9月，国防科工委向中央专委汇报了《我国月球探测工程具体思路》。 温家宝总理对开展绕月探测工程十分重视。2004年1月23日（农历大年初二），温家宝总理批准绕月探测工程立项，将我国第一个月球探测工程命名为“嫦娥一号”工程，绕月探测工程正式启动。 温家宝总理提出：“月球探测工程是一项复杂、多学科、高技术集成的系统工程，要统筹规划，合理确定科学和工程目标，要充分调动和整合各方面科研资源，加大重大关键技术的攻关力度。各部门要精心组织，团结协作，高标准、高质量、高效率地完成绕月探测工程任务。” 2004年2月19日，国务院批准成立由国防科工委任组长单位，国家发展与改革委员会、科学技术部、财政部、总装备部、中国科学院、航天科技集团公司等单位参加的绕月探测工程领导小组。接着，在国务院批准成立绕月探测工程领导小组不到一周的时间内，国防科工委便组织召开了绕月探测工程小组第一次会议。人们议论是栾恩杰和孙家栋搭档得好，主意出得高。 2004年2月25日，国防科工委宣布：绕月探测工程于今日起正式实施。孙家栋参加了会议，他的内心异常激动，中国航天开始了脱离地球飞向月球的挑战。此时压到孙家栋肩上的担子虽然沉重，但作为航天人对中国航天的热爱，则是一件令人兴奋的大事。绕月探测工程领导小组在会上确立了绕月探测工程的科学目标、工程目标和研制计划。向所有参加研制、生产、试验的单位和人员指出，绕月探测工程是继载人航天工程后又一举世瞩目的重大科技工程，一定要以高度的责任感、使命感和紧迫感，抓住机遇，乘势而上，团结一心，大力协同，抓紧抓好绕月工程的组织实施，确保这一重大科技工程的顺利实施，按计划、高质量地完成任务；一定要发扬“两弹一星”和载人航天精神，不怕疲劳，连续作战，奋勇攻关，敢于胜利，努力攀登新的科技高峰，为人类和平利用空间资源作出积极贡献。 2004年3月25日，北京各大报纸以醒目标题发出人们关注的消息：“嫦娥工程”领军人物确定。 中新社北京二○○四年三月二十五日电：中国国防科学技术工业委员会二十五日在北京举行“嫦娥工程”第一次工作会暨大总体协调会，工程领军人物也已一一确定。 “嫦娥工程”领导小组组长：中国国防科工委主任张云川。 “嫦娥工程”总指挥：中国国防科工委副主任、国家航天局局长栾恩杰。 工程副总指挥四位，分别是解放军总装备部副部长胡世祥、中国科学院副院长江绵恒、中国航天科技集团公司副总经理马兴瑞、中国国防科工委秘书长孙来燕。 “嫦娥工程”总设计师：中国航天科技集团公司高级技术顾问、中科院院士孙家栋。 副总设计师三人，分别是中国载人航天工程副总设计师陈炳忠、中科院空间科学与应用研究中心姜景山院士、中国运载火箭技术研究院龙乐豪院士。 “嫦娥工程”月球应用科学首席科学家：中科院地球化学研究所研究员、国家天文台高级顾问欧阳自远院士。 “嫦娥工程”由五大系统组成，发射系统总指挥、总设计师分别是西昌卫星发射中心徐宏亮、解放军总装备部工程设计所于建平；测控系统总指挥、总设计师分别是西安卫星测控中心董德义、解放军总装备部测通所于志坚；应用系统总指挥、总设计师分别是国家天文台的艾国祥、李春来；卫星系统总指挥兼总设计师为中国空间技术研究院的叶培建院士；运载火箭系统总指挥、总设计师分别是中国运载火箭技术研究院的岑拯、贺祖明。 至此，中国航天开始了新的里程碑，中国绕月探测工程正式步入轨道，在工程领导小组的统一领导下，按照工程总指挥、总设计师两条指挥线正式展开工作。 中国目前已具备拓展航天活动领域的基本条件和需求，开展以月球探测为起点的深空探测是必然选择。国家决定上马月球探测工程，用最少的投资，在最快的时间里，“快、好、省”地获得月球探测第一手资料，为后续更加深入的探测积累经验、创造条件。 工程组织指挥体系的建立，标志着中华民族千年奔月之梦开始启动。四十多年以来，中国的所有航天试验都是围绕地球的活动，而现在月球探测拉开了中国深空探测的帷幕。孙家栋年届75岁，他又一次接受了新的挑战。探月工程将成为我国航天事业继“两弹一星”、载人飞船之后的第三个里程碑，“婵娟从此不寂寞，广寒期盼故乡人”。 孙家栋对之前所完成的研究结果非常重视，他在此基础上，又多次组织进行了验证性和改进性研究，进一步修改和制订了新的工程方案。他还将论证工作取得的结论提交863专家委员会进行了研究，这些结论性的意见，得到了闵桂荣以及王大珩、陈芳允、王永志、杨嘉墀、王希季、屠善澄、陈述彭等诸多院士的肯定。 月球探测工程运筹于科学殿堂，决策于高层。按照温家宝总理的批示，我国月球探测工程确定了四项实施原则： 一、要服从和服务于科教兴国战略和可持续发展战略，以满足科学、技术、政治、经济和社会发展的综合需求为目的，把推进科学技术进步的需求放在首位，力求发挥更大的作用。 二、月球探测具有大型科学探索活动的显著特点，高投入、高风险、高收益，工程要根据国情国力，贯彻“有所为、有所不为”的方针，选择有限目标，突出重点，集中力量，在关键领域取得突破，循序渐进，持续发展，为深空探测活动奠定坚实的基础。 三、中国的月球探测工程虽然起步晚，可以利用已有的国外探测成果，借鉴国外月球探测工程的经验和教训，但起点要高，要优选探测目标，优化技术实施途径，做一些别人尚未做过的事，有一定的先进性和创新性，在填补我国月球探测空白中，形成自己的特色，为国际月球探测作出应有贡献。 四、要在独立自主、自主创新的基础上，大力开展国际交流与合作。月球探测具有开展国际交流与合作的有利环境和条件，积极探索多层次、多渠道的国际交流与合作，从学术交流、共同研究到合作研制，逐步扩大合作规模，提高合作层次，以较少的投资，争取更多的成果，并实现技术上的飞跃。 孙家栋组织有关专家经过充分酝酿后，大家一致认为，绕月探测工程的主要目的是从科学的角度去了解月球这个离人类最近的天体，通过对月球由浅入深的了解，促进航天工程技术带动相关产业技术的发展向更深更广的领域迈进。 孙家栋在一次研究深空探测的会议上谈到，不论哪个国家，从事航天活动共同遵循的原则通常都是：尽量采用成熟技术，在成熟技术的基础上继承、发展、运用新技术。通过解决、攻克工程中技术难关的艰苦过程，将会很自然地得到创新和提高，并且在科学探索过程中起到科技拉动作用，从而在相关领域产生连锁性的跨越式发展。如果说世界各国为了实施探月之路花费了巨大代价话，那么，中国的探月计划则应该在他们成功与失败的基础上，采取最为优化和最为经济有效的方案。要围绕突破月球探测卫星的关键技术、初步建立中国的深空探测工程大系统、验证有效载荷和数据解译等各项关键技术、初步建立中国深空探测技术研制体系、培养相应的人才队伍等方面找出技术难点，拟制出具体解决措施，安排好相关计划来具体实现上述基本目标。 总设计师的“三步走”原则 自从2005年10月“神舟六号”载人飞船任务获圆满成功后，人们对中国探月工程的关注与日俱增，尤其是公布了我国月球探测三步走、将于2007年实施发射升空的计划后，月球探测工程确实成为中国航天新的热点，这也无疑又增加了总设计师孙家栋的压力。 作为月球探测工程本身来讲，属于我国第一次对地球以外的星体进行近距离探测。完成月球探测工程不仅可以填补中国在月球及行星探测方面的空白，而且为中国改变航天领域的落后局面，为与国际先进水平缩短距离提供了良好的机遇。 根据循序渐进的科学研究原则，在确定近期实施计划的同时，将尽最大可能对长期目标进行考虑和兼顾。我国月球探测工程规划按照“绕”、“落”、“回”三步走的原则进行，每一步所所确定的科学目标和工程目标为： 一期工程为“绕”，即发射月球探测卫星，卫星绕月飞行，并进行遥测，计划在2007年发射，主要科学目标为：获取月球表面三维立体影像，精细划分月球表面的基本构造和地貌单元，进行月球表面撞击坑形态、大小、分布、密度等的研究，虽然别的国家已做过类似工作，但已得到的图像中还存在很多空白区，而中国为月球画像则要完全覆盖月球，包括人类探月活动从没涉足的南北极部分区域。分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，主要是勘察月球表面有开发利用价值的钛、铁等14种元素的含量和分布，绘制各元素的全月球分布图，月球岩石、矿物和地质学专题图等，评估月球矿产资源的开发利用前景等；此前美国曾对月球上5种有用元素：铁、钛、铀、钍、钾做过分布规律与含量的探测，这次中国探月活动将元素探测范围扩大到14种元素，将对月球的一些有用资源进行更为全面的前景评估。探测月壤厚度，即利用微波辐射技术，探测和评估月球表面月壤的厚度，并在此基础上，估算部分有用资源分布及其资源量等。探测地球至月球的空间环境。月球与地球平均距离为38万公里，处于地球磁场空间的远磁尾区域，卫星在此区域可探测太阳宇宙线高能粒子和太阳风等离子体，研究太阳风和月球以及地球磁场磁尾与月球的相互作用等。主要工程目标为：研制和发射我国第一颗月球探测卫星；初步掌握绕月探测基本技术；首次开展月球科学探测；初步构建月球探测航天工程系统；为月球探测后续工程积累经验。 二期工程为“落”，即发射一颗月球软着陆器，并携带一个“月球车”，进行首次月球软着陆和自动巡视勘测，计划在2012年前后发射，主要科学目标为：进行着陆区月貌与月质构造调查和综合研究，测定着陆点的月表的环境，测定着陆点的热流、岩石剩磁等；进行月球内部结构研究，对月岩进行现场探测或采样分析，探测着陆区岩石的化学与矿物成分；日地月空间环境监测与月基天文观测。主要工程目标为：发射月球软着陆器，试验月球软着陆技术；研制和发射月面巡视车、自动机器人；进行高分辨率摄影；为月球基地的选址提供月面环境、月形、月岩的化学与物理性质等数据。 三期工程为“回”，即发射一颗月球软着陆器，进行首次月球样品自动取样并安全返回地球，在地球上对取样进行分析研究，计划在2017年前后发射，主要科学目标为：进行着陆区的探测与研究；采集月球样品返回地球，对样品进行系统的岩石学、矿物学同位素月质和月球化学研究，结合月面物质成分的分析数据，深化月球和地月系统的起源和演化的研究；深化对地月系统的起源与演化的认识。主要工程目标为：发展新型月球巡视车；发展小型采样返回舱、月表钻岩机、月表采样器、机器人操作臂等；在现场分析取样的基础上，采集样品返回地球；对着陆区进行考察，为载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据。 中国探月工程虽然比美国、俄罗斯晚了四十多年，但要在科学上走出中国的创新特色，深化人类对月球的认识，为详细探测和资源开发打好基础，要有所创新，起码要接近或达到目前国际领先水平，同时使成果在国民经济各个领域逐步得到应用。 “嫦娥一号”卫星由于是中国第一次向深空探测领域的迈进，是第一次对地球以外的星体进行近距离探测，一期工程面临着一系列新的关键技术和难点，须突破系列关键技术，比如轨道设计与飞行程序控制，远距离跟踪测量与地面操作控制的实现等这些以前从来没有遇到过的问题。 孙家栋作为探月工程“五大系统”总设计师，在工程方面他考虑最多的问题自然是工程目标的实现、关键技术的解决途径和大系统的配套协调。首先要确立工程目标，找出主要矛盾，将各系统与之相关的问题搞清楚。以往我国开展的航天活动，全部是在地球引力场作用下的环绕地球运动的航天器，实现对地遥感、通信、数据传输、载人飞行等任务。要实现月球探测，则必须使航天器飞出地球引力场，进入到38万公里远的月球引力场。由于月球以及月球与地球、太阳的相对关系具有其固有的特点，因此，研制和发射月球探测卫星是一个复杂的三体定位问题，与一般的地球卫星有很大的不同。 在制定“嫦娥一号”卫星技术方案的会议上，作为总设计师的孙家栋非常果断地说出了自己的观点，他认为，“嫦娥一号”探月卫星如同其他人造卫星一样，也是由卫星平台与有效载荷两部分组成。在满足技术指标要求的前提下，尽量采用成熟技术，不仅可以提高可靠性，减少资金投入，而且可以缩短研制周期。然而，作为一项新的航天工程，必然是国家最高新技术的集合和应用，必然要采用大量当代最先进的技术，需要研制大量新设备，会遇到和攻克从来没有接触过的新问题。因此，需要将成熟技术与新技术科学地交错使用，最大限度地保证可靠性，保证工程目标的实现，保证为后续任务的发展奠定尽可能多的理论与实践基础。虽然孙家栋说他是在抛砖引玉，供大家制订方案时参考，但大家非常统一地认为这个观点应该作为开展工程的原则。 孙家栋的脑子里经常在反复思考着在地球、月球、卫星三体运动的关系。地球、月球、卫星三体运动条件下，月球探测卫星的轨道设计，较以往地球、卫星相对运动条件下的设计更为复杂。 孙家栋举了个例子说：“卫星在地球上发射，但在发射那一刻，月球在太空的什么位置？因为地球与月球都在时刻不停地转动，地球在什么季节与月球的距离最近？最有利于发射控制？都是非常严格的，对运载火箭轨道设计的精确度要求则更为严格，对各个系统的要求也非常苛刻。” 孙家栋还讲道：“探月卫星的发射，计算好在某一天、某一时段几点几分发射轻易是不能变的。”说到这里，他竟然很流利地像小学生背数学口诀似的说：“比如计划好要在某年的4月18日发射，发射时间就要定在6时23分，如果推迟一天，就是6时28分，再推迟一天，就成为6时33分。本来发射就是一件很难的事情，卫星又必须确保在这个时间里准确发射升空就更是难上加难。火箭点火是牵动全局的事情，与之有关的火箭、卫星、发射场、测量控制、通信保障等系统，都要保证与这一发射时间绝对同步，绝对是新的尝试，当然也是一场挑战。仅五大系统绝对同步这一要求，就是中国以前所有的航天发射从来没有经历过的。” 孙家栋多年来养成了一个习惯，脑子里只要装上了问题，就会觉得茶无味、饭不香，他会沉默寡言，日思夜想。有好几次，有时是半夜，有时是凌晨，老伴醒来发现床上的老头不见了，细听房间没有一丝动静，吓得她大喊。孙家栋却很沉稳地说：“你睡你的觉，不要大惊小怪。”原来，孙家栋夜里起来看到窗外挂在空中那明亮的月亮，总会身不由己地到凉台上看上几眼，他仔细看着月亮在慢慢地移动，心里在默默琢磨月亮与工程总体的一些技术方案的联系。有时他在窗前一站竟是几个小时，折腾得老伴也睡不踏实，一会要给他披衣服，一会要给他搬椅子让他坐在那里看。但有一条，老伴会看他的眼神行事，绝不敢打乱他的思绪惹他不高兴。有一次，孙家栋在凉台上从后半夜一直站到了天空泛白、月亮轮廓变淡的时候，老伴才打趣地说：“月亮真好看是么，看够了，看出名堂了，呵呵，是不是该吃早饭了，司机都该来接你了。”这时的孙家栋却似乎没有倦意，早饭吃得似乎比平常还要多，想必是观察月亮有了新的感悟…… 按照发射程序，卫星首先由运载火箭送入地球大椭圆轨道，与运载火箭分离后，利用自身推进系统经过三次调相轨道加速，进入地月转移轨道，在此期间卫星需要进行多次轨道调整和姿态机动，以确保能够准确地被月球引力捕获。卫星在地月转移轨道运行4～5天后，进入月球捕获轨道，进行三次制动，分别经过三个不同轨道阶段进入月球的目标轨道，执行预定任务。卫星从发射到进入月球目标轨道共需飞行8～9天。 卫星姿态控制的三矢量控制问题也是难点之一。在环月飞行期间卫星姿态要一直保持对月、地、日三个天体定向，各种探测器要保持对准月面，以完成科学探测任务；卫星发射和接收天线要保持对地定向，以将科学数据传回地球，供地面应用系统研究；卫星的太阳能帆板要保持对日定向，为了使电池阵尽量获得日照，需采用正飞和侧飞两种姿态，以获得正常工作所需的电力，但也增加了姿态控制的附加要求和能量要求。在卫星运行期间，月、地、日三个天体都是相对运动的，姿态控制是三矢量控制过程，需要在卫星整体布局、质量分布、多轴控制跟踪等方面进行很多新的理论研究，也带来许多工程实践上的挑战。 卫星环境适应性设计是一个崭新的课题。卫星运行的复杂空间环境是以前从来没有遇到过的，这将对卫星及星上设备的环境适应性、可靠性提出了更高的要求。比如，地月空间的强辐照环境会对电子器件产生很大影响，月球在对日面、背日面条件下的温度变化会在摄氏-170度到130度的梯度内变化，所以对探测器的温控要求更高。 远距离测控与通信问题是以往我国航天活动所没有经过的。月球探测一期工程的最大考验是对卫星进行跟踪的测量控制系统。中国航天50年来，我国卫星到达的最远距离是地球同步轨道，约7万公里，而月球距地球大约38万公里，这将给测控系统的传输能力带来了新的挑战。此外，卫星在飞往月球的漫漫长路中，必须要对卫星实施多次姿态调整，对卫星进行姿态调整，就必须要对卫星准确测量、准确定位，为地面提供精确的数据。由于我国本土从东到西只有5000公里，空中遥远的卫星如果飞出中国国土的观测区便会丢失，我国目前尚未建成深空测控网，仍然在采用航天测控网和天文观测网相结合的办法，虽可基本满足要求，但余量太小，将给测控的连续性提出更高的要求，解决这些难题，将会使我国继实现应用卫星、载人航天飞行之后，填补我国在深空探测方面的测控空白。 绕月探测工程由月球探测卫星、运载火箭、发射场系统、测控系统和地面应用系统五大系统组成，在这五大系统中，将坚持使用中国自己的技术、自己的设备、自己的产品、自己的设计、自己的条件来完成。绕月探测工程五大系统必须有高度统一的协调配合，每个系统都必须在所要求的时间内按照总体计划，保质保量地完成各自的研制任务。 探月工程采用的卫星平台，以中国成熟的“东方红三号”卫星平台为基础进行研制，选用“东方红三号”卫星平台主要是鉴于这种卫星平台的成熟性和高可靠性。该卫星平台采用了许多较先进的技术，如全三轴稳定、统一双组元液体推进、公用平台设计、大面积密栅太阳电池阵和高强度轻重量碳纤维多层复合材料等。此卫星平台1997年5月首次投入使用后，虽然利用这个平台在其他型号的卫星上进行了多次应用，但是，作为“嫦娥一号”的卫星平台却与中国以前所有的卫星平台都不一样，“嫦娥一号”的卫星平台在轨道，测控，制导、导航与控制系统和热控分系统等方面都有自己的独特之处。“嫦娥一号”的卫星平台充分继承“东方红三号”卫星平台，并在此成熟技术和产品上进行适应性改造。这种改造针对航天工程本身就是一种科学的方法，因为所谓的适应性改造，实际是在继承基础上的创新，包括突破一批关键技术。例如三维定向技术，也就是使卫星的太阳能电池板、探测头和传输信息的天线分别始终保持能够对准太阳、月亮和地球。另外，在地球、月球和卫星三者间进行探月卫星的轨道设计和紫外月平仪的研制也需要开展技术攻关。这样的三维控制系统和紫外月平仪是过去没有的，具有相当高的技术难度。 “嫦娥一号”卫星上选用的有效载荷共6套24件，包括CCD立体相机、激光高度计、成像光谱仪、伽马/X射线谱仪、微波探测仪和太阳风粒子探测器等。其中CCD立体相机是拍摄全月面三维影像的专用相机，在中国属首次使用。成像光谱仪用于获取月面光波图谱。伽马/X射线谱仪用于探测月球表面元素。微波探测仪除用于获取月壤厚度信息外，还能给出月球背面的亮度温度图和月球两极地面的信息。集望远镜、激光器和接收电路三部分为一体的激光高度计，由中科院上海技术物理研究所研制。它在探月卫星的发射阶段和转移阶段都处在“睡眠状态”。卫星进入环月轨道后，激光高度计首先向月面发射激光束，并立刻用望远镜把反射回来的光束变成电信号。接着，接收电路盒将迅速进行精确计算，用最短时间得出该探测点的月球海拔高度。激光高度计完成绕月旅行，便可清楚地得到月面每个探测点的海拔高度。这些数值一旦与CCD立体相机拍摄的平面图像相叠加，就是一幅完整而精确的月面三维地形图。只要激光高度计发射的探测点足够密，就能获得覆盖整个月球的地形图，包括人类探月活动从未涉及的月球两极区域。 根据“嫦娥一号”对运载火箭的技术要求，火箭要把“嫦娥一号”送到近地点200公里、远地点51000公里的大椭圆运行轨道。火箭必须精确地将探测器送入预定轨道，才能准确完成预定探测任务。为满足探月卫星的特殊要求，“长征三号甲”火箭控制系统增加了单机和线路备份，确保飞行过程中不出现任何偏差，万无一失。选择使用“长征三号甲”火箭还考虑到它是长征系列火箭中发射成功率最高的型号之一。这种火箭拥有灵活而先进的控制系统，可在星箭分离前对有效载荷进行大姿态调姿定向，并提供可调整的卫星起旋速率，具有很强的适应性。“长征三号甲”火箭主要用于发射地球同步轨道有效载荷，同时兼顾低轨道和太阳同步轨道等其他轨道有效载荷的发射，也可进行一箭双星或多星发射。即将承担运送“嫦娥一号”发射任务的“长征三号甲”火箭按照工程总体计划已经顺利完成了各项适应性改造以及研制试验和测试，随时待命前往发射场执行发射任务。 越是临近发射，孙家栋的大脑就越是紧张。前面的工作范围广、千头万绪，而最后的千钧一发则将问题集中在了一起，此时的问题恰恰都是焦点性的问题。孙家栋提出：“最后的骨头虽然硬，但我们这支队伍练就的本事是专门对付硬骨头的，我们一定能够把最后的硬骨头啃下来！” “嫦娥一号”探月卫星的发射场确定在西昌卫星发射中心。这个卫星发射中心自1984年1月29日执行第一次卫星发射后，已经完成了几十次地球同步轨道卫星的发射任务，是中国专门用于发射地球同步轨道卫星的发射场。发射场的适应性改造工作量非常大，仅仅发射塔架就要对数十吨钢材大动干戈。截至2006年底，发射场的改造工作也已经完成，正在进行验收测试。 卫星测控任务则由我国卫星测控网和甚长基线干涉仪天文测量系统（VLBI）联合承担，地面应用系统立足我国现有测控设施，充分利用现有的S频段航天测控网和甚长基线干涉仪天文测量系统，通过适应性改造，可以完成月球探测工程各个轨道段的遥测、遥控及测轨任务。地面应用系统的主要任务是卫星在轨运行期间科学探测业务管理、数据接收与处理、科学研究与普及。由于测控距离遥远，所以测控系统尤为重要。测控系统将以中国现有的S频段航天测控网为主，辅以甚长基线干涉仪天文测量系统组成，并进行必要的适应性改造。 “嫦娥一号”卫星不仅需要对月球进行全天候的观测，还需要把太阳能电池板始终对准太阳，同时又要把传送天线对准地球。目前，中国在上海佘山和乌鲁木齐分别拥有一个直径25米的天线，但它们只能有4～6小时可用来接收星上信息。为了“嫦娥一号”计划的顺利实施，中国将分别在北京和昆明设一个直径50米（国内最大）和一个直径40米的天线。这样在我们的国土上，可用4个天线交叉干涉，对近40万公里远的“嫦娥一号”进行测控，并为应对外界干扰因素和意外因素留有应急的能量。 由于月球以及月球与地球、太阳的相对关系具有其固有的特点，“嫦娥一号”卫星与一般的地球卫星有很大不同，研制并发射月球探测卫星要解决轨道设计，制导、导航与控制，包括对月姿态、测控与数据传输、星上热控和电源分系统设计等关键技术，这些问题也在要求的时间内高质量地得到解决。 地面应用系统包括月球探测卫星运行管理中心、数据接收中心以及科学数据处理和研究中心三个部分，按照总体技术要求也在稳步进行工程建设、设备研制以及各项准备工作。 根据国外探月走过的道路，美国、欧空局、俄罗斯和日本等国家在以前探月过程中从未使用过可以全天候、全天时工作和具有一定穿透能力的微波遥感技术，而我国的“嫦娥一号”则使用了微波探测仪，这将是世界上首次在探月卫星上装载微波遥感装置，一旦成功应用将可以实现对月面更为细致深入的探测，并将对所发回的数据进行反演和解析。不过，由于月球远离地球，对月球进行微波遥感探测有很大的技术难度和一定的风险。为确保探测成功和能稳定地发回数据，专家们制定了相应的可靠性方案加强对月球微波遥感的地面仿真研究，在借鉴以往经验的基础上进行技术改进，以确保成功。 “嫦娥一号”发射时间的选择要考虑到光照、太阳入射角、测控条件和轨道限制等因素。发射后，卫星将用8～9天时间完成调相轨道段、地-月转移轨道段和环月轨道段飞行。在经过发射、飞行和进入预定轨道等程序后，如何将探测数据传回地面，是工程的技术难题。通俗讲，该工程有三大目标，即“到得了”、“转得起”和“传得到”。“嫦娥一号”从起飞到进入目标轨道将多次经过中国上空。如地理位置和天气条件允许，人们有可能用肉眼观测到现代“嫦娥奔月”的情景。 要实现工程的技术领先，就必须要有所创新。在科学研究的征程上，每一个微小的创新都有可能带来连锁性的技术难点。孙家栋组织技术人员反复分析论证，下决心要攻克工程目标中出现的技术难点。中国航天人正在克服困难、攻克难关，正在坚定地按照自己的步伐向国际航天新时代迈进。 我国探月工程的实施，实现了高起点、有特色、有创新的设计目标，为开展航天国际合作搭建了新的平台，必将有力地推动我国航天领域的国际合作。在世界掀起新一轮月球探测高潮之际，探月的跨国界合作与交流，为我国在这一领域开展国际合作提供了广阔前景。我国可以利用这一平台开展多层次、多渠道的国际合作，加快我国空间科学和空间技术的发展。 人类登月的艰辛历程 孙家栋在研究月球的同时，不仅自己安排了大量时间了解国外登月的事例，而且多次向大家提出要多了解一些国外发展的动向，要求相关技术人员深入分析国外在探月、登月方面的成功经验和失败教训，通过对国外情况的了解增加自我的感性认识。 我国虽然是世界上最早对月球的运行进行科学观测和记录的国家之一，但现在已经远远落后于发达国家。根据从河南安阳出土的文物记载，在公元前14世纪，中国殷朝甲骨文中已有日食和月食的常规记录。明代以前，中国对日月运行的观测、研究和认识达到了很高的水平，发明了一系列精巧的天文观测仪器，以日月运行规律为基础编制出来的历法，曾经一直领先于世界水平。明代中叶以后，欧洲科技的发展突飞猛进，对月球的科学认知水平很快就有了超越，从对月的远距离观测逐步走向全面的科学探索。 国外登月历程虽然有许多趣闻逸事，但更多的是艰辛与不幸。 人类对月球的探测始于20世纪50年代末。当时美苏两个航天大国出于争夺空间的霸权目的，展开了以月球探测为核心的空间竞赛。 1961年5月，美国宣布“在60年代结束之前人类将登上月球，而且要让上去月球的人平安返回地面”，为了完成“阿波罗”登月计划，在18年时间内，美国耗用资金高达250亿美元，先后参加登月计划的人员多达400余万人，其中仅工程技术专家就有1200余名，参加研制的有2万多家工厂、100多所大学。 在其后的十余年里，美苏两国共成功发射了45个月球探测器，美国曾经先后6次将人类送上月球。 然而，人类在探索月球的道路上，虽然取得了辉煌成就，但探月之路并不是一帆风顺，不论是美国还是苏联，他们在探月、登月的道路上都充满着艰辛。 1967年1月27日，阿波罗14号飞船在飞行中突起大火，3名美国宇航员在飞船内被无情的大火夺去了生命。 1967年4月24日，苏联出于政治目的，为了急于向“五一”献礼，在匆忙之中发射了“联盟一号”飞船。然而，在飞船返回即将回归大地时由于减速用的主降落伞没能打开，回收舱落地后航天员被摔得粉身碎骨。 1969年7月，“阿波罗11号”实现了人类登月之梦，月球上留下了12名美国宇航员的足迹。这些活动显示了科学的力量，推动了航天技术的发展，促进了人类对月球的认识。 “阿波罗11号”登月道路也并非平坦，可以说是险象环生。从发射到返回竟有6次惊心动魄的险情。第一个险情发生在飞船起飞前4小时，当时发射场已经进入倒计时发射程序，而矗立在发射台上运送“阿波罗11号”飞船的“土星5型”火箭却出现了燃料泄漏，宇航员对此毫不知晓，所幸泄漏问题得到了解决，火箭终于点火起飞了。第二个险情发生在火箭升空后的48小时，这时的飞船已经安全飞行了20万英里。然而却出现了一个意外现象，宇航员在飞船内看到外面有一个不明飞行物尾随着飞船时隐时现，并且还发现舱内似乎也有神秘的闪光。在没有空气的太空中，飞船出现任何泄漏都会发生灾难。当地面控制中心了解了这一情况后告知，这种现象应该是高速重粒子，幸运的“阿波罗11号”没有被重粒子的轰击所破坏。第三个险情发生在飞船进入环月轨道，飞船即将着陆月球的时刻，飞船上的计算机突然出现乱码，接着死机而停止显示。紧急检查后认为是着陆传感器获取的信息超过了飞船计算机的内存，超量信息阻塞了计算机所致。这一问题得以解决，飞船才开始降落。然而，第四个险情又悄悄降临。这时显示器上出现发动机燃料严重不足的指示，表明登月舱的燃料只能支持30秒，如果按照往返数量计算，宇航员必须在15秒内登月。而正常情况宇航员完成降落至少需要10分钟，所以宇航员决定立即紧急降落，登月舱得到了安全着陆。第五个险情发生在宇航员准备历史性月球漫步的那一刻，登月舱的舱门竟然无法打开，原来是由于内外压差所置，当宇航员平衡了压力才把舱门打开。然而第六个险情却差点把宇航员留在月球而永远回不到地球。宇航员完成了2小时的月球行走后，偶然在月球的尘埃中发现了一个类似登月舱内电路开关的断裂头。经查，是臃肿的宇航服在狭小的登月舱内刮断了启动发动机的一个重要的电路开关。如果没有这个开关，宇航员将有可能会永远留在月球上。聪明的宇航员使用一支笔头没有金属的圆珠笔接好了电路，成功地使发动机点了火，登月舱具有历史意义地离开了月球回返地球。 ７月22日下午１时56分，阿姆斯特朗奉命指挥“阿波罗11号”飞船指令舱离开月球轨道，踏上返回地球的旅途。7月25日凌晨1时50分，“阿波罗11号”飞船指挥舱载着三名航天英雄平安溅落在太平洋中部海面，人类首次登月宣告圆满结束。尼克松总统在白宫举行盛宴欢迎他们凯旋归来，他们所到之处充满了鲜花、鼓声…… 美国1969年7月，“阿波罗11号”飞船实现了人类登月之梦，这是迄今为止人类在月球探测中取得的最辉煌的成就。 1976年以后，苏联停止了月球探测计划。接着，美国也停止了探月计划。至此，两个超级大国历时十多年的探月竞赛以美国领先而告结束。又过了近二十年，随着冷战年代的结束，学者们逐步披露出一些探月竞赛鲜为人知的秘闻。 1989年11月，美国麻省理工学院和加州理工学院的六位教授访苏联时，在莫斯科航空学院，亲眼看到了当年匆忙研制出来的登月舱，看到了用于把两名航天员从月球送回地球的飞船。莫斯科航空学院的主人在沉默近二十年后，坦率地向客人说：“这些是为了抢在阿波罗登月之前而研制的，苏联原计划于1968年12月实现载人绕月飞行，但1968年12月初，‘阿波罗8号’抢先实现了绕月飞行，苏联终止了这次绕月活动。1969年7月21日，美国‘阿波罗11号’又率先登月成功。这时，苏联火箭不幸连续发生事故，便确定停止探月活动，出于政治上的原因，这段秘史被一直保密隐藏。” 然而，近十几年来，随着航天科技的飞速发展和人类对月球认识的逐渐深入，人们意识到月球上蕴涵的丰富资源将会对人类的未来发展起到重要作用，在20世纪末，月球探测经过30年的平静之后又一次升温，进入新一轮的热潮。 1986年，美国提出要重返月球、建立月球基地的设想，并在1994年和1998年分别发射了两个探测器。1998年1月发射的以绘制月球表面地形图、分析月球地质结构和寻找月球存在冰或水证据等为目的“月球勘探者”号探测器，于1999年7月完成使命。2004年1月14日，美国总统布什在关于美国载人太空探索政策的演讲中，提出了美国重返月球计划。2006年4月又提出一项撞击月球南极的计划，希望能成功找到月球存在水的证据，以利未来宇航员登陆月球并建立长期基地。计划于2008年10月发射“月球环形山观测与感知卫星”来撞击月球。 对欧洲来说，继2006年9月3日第一个月球探测器“智能一号”圆满完成撞击月球使命后，欧洲还计划未来让宇航员登陆月球并分阶段建立月球基地。欧洲还制定了进行月球和火星探测的“曙光女神”计划，印度也公布了“月球初航”探测计划。 目前，俄罗斯、印度和日本等国也在按照自己所制定的探月方案进行紧锣密鼓的准备。 这新的一轮探月热潮必将会掀起了一场国际间的竞争与合作，没有科学技术实力，就没有资格参加真正意义的航天国际合作。我国开展月球探测，可为未来开发月球资源奠定必要的物质技术基础，一旦时机成熟，我国就能直接或间接地参与国际月球资源开发活动，与世界航天同步推进，赶上或超过世界先进水平。 “嫦娥一号”等待发射 孙家栋、栾恩杰和欧阳自远作为探月工程“三巨头”，他们深知自己在工程中所扮演的角色。正如2006年他们在中央电视台演播室与广大电视观众见面时，电视主持人向观众作的形象介绍：“今天我来介绍一下现在请到演播室的三位嘉宾，他们是中国探月工程最具核心的三位负责人。左边的这位是绕月探测工程总指挥栾恩杰，中间这位是绕月探测工程总设计师孙家栋院士，右边这位是绕月探测工程应用科学首席科学家欧阳自远院士。他们三位所承担的工作，形象地说就是，总指挥管的是绕月工程要做什么？总设计师管的是怎么做？而欧阳院士管的是为什么要做。” 他们非常关注航天事业未来发展的前瞻战略，在航天技术对现代科学带动作用下，使探月工程以期实现工程目标与科学目标并重的国家战略。他们按照自己肩上所承担的责任，只要有时间他们就会在一起畅谈，在一起探讨，在一起互相启发。他们的畅谈往往能够撞击出意想不到的火花。很多时候他们也深入研究议论国外登月的情况，他们要把眼光瞄向当今的发展水平，虽然起步晚，但确立的科学目标不能低，中国首次月球探测的成果起码相当于本世纪初美国所得到结果的进一步拓展。 作为科学技术的发展，航天队伍按照国家确立的目标稳步前进，但是对我国亿万百姓来说，为什么要探索月球？人类登月目的与意义是什么？花那么多钱到月球可以获得什么？研究月球对于地球上的人类究竟有什么关系？诸如此类的问题必然会引起他们的好奇和关注。不仅如此，在中国教育界、科学界也都对探索月球表示出了极大的热情和兴趣。 孙家栋和栾恩杰、欧阳自远认为，利用这个机会展开一些必要的宣传不仅能够起到全民科学普及、增强人们对航天爱好的效果，而且可以以探月为契机，获得全国人民的支持，从而推动航天产业的发展。他们做了专题研究后，发布了下列七条言简意赅的解释： 首先，出于维护我国月球权益的需要。尽管1984年联合国通过的《指导各国在月球和其他天体上活动的协定》（简称《月球条约》）中规定，月球及其自然资源是人类共同财产，任何国家、团体和个人不得据为己有。但是，当前，主要航天国家和组织正加紧实施月球探测计划。作为联合国外空委员会的成员国，我国开展月球探测，并取得一定成果，才具有履行《月球条约》和分享开发月球权益的实力，维护我国的合法权益。 第二，月球是人类研究宇宙和地球本身的最佳平台。科学家认为，通过利用月面上没有人为改造和破坏的某些本来面目研究月球，了解月球的成因、演变和构造等诸方面的信息，有助于了解地球的远古状态、太阳系乃至整个宇宙的起源和演变，有助于搞清空间现象和地球自然现象之间的关系，可以极大地丰富人们对地球、太阳系以至整个宇宙起源和演变及其特性的认识，从中寻求有关地球上生命起源和进化的线索。 第三，月球是促进科技的进步和发展的重要载体。开发月球是空前艰巨的事业，需要解决一系列难题，这必然会带动诸如大推力火箭、巨型航天器、高速飞行、人工智能、计算机、机器人、加工自动化、精密仪器、遥感作业、通信、材料、建筑、能源等工程技术以及空间生物、空间物理、空间天文等科学技术的突飞猛进。 第四，为开发利用月球资源做准备。据探测，月岩中含有地壳中的全部物质元素，约有60种矿藏。在月球岩土中，具有丰富的氧、铁、镁、钙、硅、钛、钠、钾、锰等物质，初步估计共含有8万亿吨铁。此外，月球上有丰富的能源，尤其是月球上的氦3是地球上所没有的核聚变反应的高效燃料，据估计，在月壤中氦3的资源总量可以达到100万～500万吨，能够支持地球7000年的电量需要。 第五，促进深空探测。月球表面的引力只有地球表面的六分之一，因此，航天器从月球上起飞，可大大节省能源。月岩土壤中氧占40％，可以就地生产推进剂和作为受控生态环境和生命保障系统的氧气来源。硅占20％，可以为航天器制作太阳电池阵，其他金属可以为航天器制作各种部件设备。还可以用月球作中转站，为过往的航天器进行检修和补充燃料。 第六，进行天文观测和研究的平台。月球表面的地质构造极其稳定，月球直接承受太阳的辐射，没有大气层对光线和电波的吸收、散射和折射等干扰，没有尘埃污染，没有磁场，月球的背面没有人造光源和射电的干扰，地震很微小。同时，月球有漫长的黑夜，黑夜温度极低。这种环境为建造高精度天文观测台提供了理想的场所。 第七，推动经济发展。开发月球，可以产生难以估量的经济效益，而且其他技术的二次开发应用，势必促进工业的发展与提升。如美国研制和发射“阿波罗”号载人飞船时，就产生了3000多项专利，带动了高新技术产业的发展，在“阿波罗计划”中，每投入1美元，就会带来5美元的效益。 当然，月球上相当多的状态还属于理论推算或试验预测，真正定性、定量分析尚需要进行实际的科学考查才能得出准确答案，这也是中国开展这项工作的出发点。 月球探测工程是我国航天领域重要的标志性工程，对于凝聚全国人民的精神，推动国民经济的发展，促进科学技术事业的进步，增强我国的综合国力都具有重大的现实意义和深远的历史意义，工程的实施将为我国空间科学和航天技术发展建立新的里程碑，在我国继实现应用卫星、载人航天飞行之后，填补我国在深空探测方面的空白。在空间科学方面，将首次对地球以外的星体和空间环境进行近距离和接触式探测，使我国对于空间科学的认识大大深化。在航天技术方面，将逐步实现多项重大突破，必将为我国在相关研究领域培养出一大批高素质、高水平的人才。 在实施月球探测工程的同时，将带动和促进我国基础科学和高科技的发展，将会促进宇宙学、比较行星学、月球科学、地球与行星科学、太阳系演化学、空间天文学、空间物理学、空间材料科学、空间天气与空间环境科学等的创新和发展，这些学科的进展又将带动更多的基础学科交叉、渗透与共同发展。工程是一项多学科高技术集成的系统工程，实施这样的战略工程将推进航天工程系统集成、深空测控通信、新型运载火箭和航天发射等航天技术跨越式发展，带动信息技术、新能源技术、新材料技术、微机电技术、遥感科学等高新技术的发展。通过实施月球探测工程，对我国航天领域开展国际合作将是一个推动，在世界掀起新一轮月球探测高潮之际，为我国在探月的跨国界合作与交流领域开展国际合作提供了广阔的空间，将会促进多层次、多渠道国际合作的步伐。 各国的探测计划虽然有早有晚，但所装置的仪器却根据自己的情况各有千秋。如欧洲的探月计划侧重于验证航天技术和星上搭载仪器，日本则专注于研究月球内部构造的演化和形成，我国的“嫦娥工程”则重点研究月球资源分布，印度的探测任务与我国相近，但任务范围则相对较小。由于探测任务的侧重点不同，中国探测器与欧洲航天局和日本的探测器所配备的科学仪器也有很大的不同。 孙家栋组织相关人员认真分析了国外探月活动的经验教训，使他所领导的专家和技术队伍胸中更加有底，更加信心十足，虽然地月之间距离遥远以及迄今尚未进行过月球探测活动等因素，但中国的月球探测工程将更多地采用目前世界上最成熟的技术。虽然许多技术问题还需要进一步试验和攻关，但经过专家们的多方论证的结果是：中国的探月工程不论是总体还是各系统、各分系统、子系统都已不存在“颠覆性”的技术问题。 根据国家统计局发布的关于2005年GDP初步核实数据的公告，中国2005年GDP现价总量为18万亿元人民币，国家经济实力的增强促进了航天的发展，首期绕月探测的总经费大约为14亿元人民币，据推算，相当于在北京修建约两公里地铁所需的费用，所以，开展探月工程需要的资金既不是天文数字，也不会拖国家建设的后腿。 孙家栋认为：中国目前已具备拓展航天活动领域的基本条件和需求，开展以月球探测为起点的深空探测是必然选择。过去我们的航天活动都是围绕地球做文章，现在月球探测则拉开了中国深空探测的帷幕。国家决定上马月球探测工程，我们将充分利用成熟技术，大胆采用我们已经具备的当代高新技术，尽可能用最少的投资，在最快的时间里，“快、好、省”地获得月球探测第一手资料，将为后续更加深入的探测积累经验、创造条件。随着月球探测各期工程的分步实施，中国将逐步突破绕月探测关键技术、月球软着陆及自动巡视勘察技术、月球自动采样及地月往返技术，研制和发射月球探测卫星、月球软着陆器和月球车、月球采样返回器，建立并逐步健全月球探测航天工程系统，为未来的深空探测活动奠定技术基础。国家批准工程立项后，探月卫星在远地轨道的控制、紫外遥感月球、接近月球时的减速“刹车”等月球探测关键技术难题，也一定会逐项得到解决。
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