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        鋪就中國軌道

        2018-12-20 23:16:26朱澤藍(lán)
        神劍 2018年6期
        關(guān)鍵詞:測控太空軌道

        朱澤藍(lán)

        1970年4月24日,我國第一顆人造地球衛(wèi)星東方紅一號發(fā)射成功。當(dāng)人們陶醉于勝利的喜悅之時,27歲的李濟(jì)生異乎尋常的冷靜。慶功大會上,他端著當(dāng)時測控部為每一名科技人員準(zhǔn)備的餃子,但感覺難以下咽,一位老專家的問話縈繞耳際:“咱們的衛(wèi)星雖然上天了,軌道也計算出來了,但你知道軌道精度是多少嗎?”

        當(dāng)時,限于技術(shù)和裝備水平,只是要求測控系統(tǒng)計算出衛(wèi)星運(yùn)行軌道,對軌道精度沒有提出要求。

        李濟(jì)生把目光投向了茫茫太空。早在一年前,美國的“阿波羅”飛船已經(jīng)登上了月球。60年代末,發(fā)達(dá)國家已將各種應(yīng)用類型的上百顆衛(wèi)星送上了太空。人家的衛(wèi)星軌道確定精度已經(jīng)達(dá)到百米級,也就是說,地面計算的理論軌道與衛(wèi)星在空間運(yùn)行的實(shí)際軌道之間的誤差,不超過100米。而剛剛起步的中國航天測控,此時連“定軌精度”的概念都沒有。

        仰望太空,李濟(jì)生心情沉重,不知道定軌精度,就無法驗證軌道計算的正確性;沒有精確的軌道數(shù)據(jù),就無法對衛(wèi)星進(jìn)行有效的控制。如果不能建立一套精確計算衛(wèi)星在太空運(yùn)行軌道的方案,剛剛起步的中國航天事業(yè)就難以向前發(fā)展。

        一個強(qiáng)烈的愿望,在李濟(jì)生心里萌生:一定要制定出中國衛(wèi)星的精密軌道計算方案!

        從零起步,李濟(jì)生踏上了追求中國衛(wèi)星軌道精度的漫漫之路。國內(nèi)沒有精密定軌的先例可循,李濟(jì)生只能摸著石頭過河。

        他從東方紅一號衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)著手,設(shè)想了一個個軌道鑒定方法,又一個個地自我否定。那些時日,戈壁灘上那間簡陋的工房里,燈光幾乎每天都亮到深夜,推導(dǎo)公式、編制軟件、分析計算結(jié)果,李濟(jì)生苦苦尋找確定軌道精度的方法。

        一年攻關(guān),李濟(jì)生在“0”和“1”的海洋中求索,我們無法描繪出那是怎樣的一種煎熬。一天,一個新的想法閃過他的腦海:能不能借用推算衛(wèi)星周期誤差的方法,來判斷軌道誤差呢?經(jīng)過反復(fù)計算和論證,他開發(fā)出了用衛(wèi)星軌道“預(yù)報誤差”的方法來確定軌道的精度。用這種方法測定的軌道精度大約為2~5公里,我國衛(wèi)星定軌的精度首次有了數(shù)量概念。

        此后的幾年里,李濟(jì)生忘我地搜尋國內(nèi)一切能找到的相關(guān)書籍,深鉆細(xì)研,利用出差機(jī)會四處拜師求教,結(jié)合每一次發(fā)射任務(wù)分析累計資料。

        1975年,我國成功發(fā)射了第一顆返回式衛(wèi)星,測控觀察發(fā)現(xiàn),衛(wèi)星近地點(diǎn)高度在逐漸升高。而從理論分析,衛(wèi)星受到大氣阻力的影響,軌道近地點(diǎn)高度應(yīng)該是逐漸下降。

        為什么會升高?“一定是李濟(jì)生的軌道計算出了問題?!庇腥诉@樣議論。

        是這樣嗎?李濟(jì)生一頭扎進(jìn)這個謎團(tuán)里。當(dāng)時衛(wèi)星測控中心還設(shè)在一座大山里,為獲取足夠數(shù)據(jù)和理論依據(jù),李濟(jì)生從北京到南京,再輾轉(zhuǎn)上海,資料數(shù)據(jù)收集了一大堆。他借助一臺手搖計算機(jī),開始了不分晝夜的計算。

        幾個月后,謎團(tuán)解開了。衛(wèi)星軌道出現(xiàn)反常,是衛(wèi)星姿態(tài)控制的噴氣管產(chǎn)生的姿控力所致。由于只有0.7克的作用力,人們在設(shè)計時忽略了它。然而,就是這輕微的作用力,卻使衛(wèi)星軌道近地點(diǎn)每天升高300多米!

        找到癥結(jié),李濟(jì)生沒有就此罷手。他又開發(fā)出了“按交點(diǎn)周期積分法”的衛(wèi)星定軌方案,使我國的衛(wèi)星定軌精度達(dá)到了1公里。

        然而,李濟(jì)生沒有沉浸在成功的喜悅里。因為,這一衛(wèi)星定軌精度還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美、蘇兩個航天強(qiáng)國。他又給自己提出新的奮斗目標(biāo),要把衛(wèi)星定軌精度提高到百米量級。

        李濟(jì)生知道,日月引力、大氣阻力、太陽輻射壓力以及地球引力等各種“攝動力”,都會對衛(wèi)星運(yùn)行軌道產(chǎn)生影響。要把衛(wèi)星定軌精度提高到百米量級,就必須在弄清和解決各種“攝動力”對衛(wèi)星的影響上下功夫。

        李濟(jì)生回到南京大學(xué)向?qū)<医淌谇蠼?。?jīng)過幾個月的刻苦攻關(guān),他不僅對“攝動力”有了深入的認(rèn)識,而且針對各種“攝動力”對衛(wèi)星軌道的影響,一一建立了動力學(xué)模型。1983年,他終于研究出名為“微分軌道改進(jìn)和攝動星歷表計算”的定軌方案,使衛(wèi)星定軌精度達(dá)到了200米,接近了世界先進(jìn)水平。

        從20世紀(jì)70年代到80年代的10年時間里,李濟(jì)生相繼建立了軌道計算解析法、“三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿控動力對衛(wèi)星軌道攝動”的動力學(xué)模型,研究開發(fā)了新的衛(wèi)星定軌系統(tǒng)。

        到20世紀(jì)80年代中期,經(jīng)過李濟(jì)生和同事們的努力,我國的衛(wèi)星定軌精度逐漸從公里級提高到500米、200米、100米級,衛(wèi)星定軌精度不僅滿足了當(dāng)時國內(nèi)衛(wèi)星發(fā)射測控任務(wù)的需要,而且為我國航天事業(yè)發(fā)展奠定了堅實(shí)的軌道基礎(chǔ)。

        隨著世界航天科技的飛速發(fā)展,李濟(jì)生的目光又盯上了更遠(yuǎn)的目標(biāo)。當(dāng)?shù)弥绹男l(wèi)星定軌精度已經(jīng)達(dá)到米級的消息后,他坐不住了。

        李濟(jì)生把求學(xué)的目光投向了世界航天發(fā)達(dá)國家,發(fā)誓要把中國的精密定軌技術(shù)搞上去。1984年,李濟(jì)生終于跨進(jìn)美國得克薩斯大學(xué)的空間實(shí)驗室。在這里,李濟(jì)生仿佛走進(jìn)了知識迷宮。

        一天,李濟(jì)生與一位國內(nèi)同行邂逅校園。那位同行問:“你準(zhǔn)備選修什么?”李濟(jì)生答:“精密定軌?!睂Ψ綕M含關(guān)切地勸說:“這個專業(yè)三五年都學(xué)不出名堂來,到時沒有論文,拿不到學(xué)位,回到國內(nèi)誰承認(rèn)你?”對此,李濟(jì)生只是憨厚一笑。

        在進(jìn)修的兩年里,李濟(jì)生與枯燥的阿拉伯?dāng)?shù)字日夜相伴,忘記了星期天、節(jié)假日,無暇光顧異國風(fēng)情,甚至連封家信也顧不上寫。兩年時間,李濟(jì)生掌握了別人至少用4年時間才能掌握的知識。導(dǎo)師發(fā)現(xiàn)了這個東方巨人的巨大潛能,熱情地勸他“留在這里工作吧!”李濟(jì)生當(dāng)即婉言謝絕:我是中國人,我的事業(yè)在中國。

        回國后,李濟(jì)生帶領(lǐng)課題組研制開發(fā)新的精密定軌軟件。為了集中精力,他主動辭去了軟件室副主任的職務(wù),帶著兩個年輕人,一干就是4年多。

        1991年,新的精密定軌方案在我國發(fā)射的新型衛(wèi)星上獲得成功,衛(wèi)星定軌精度從百米提高到十米量級,如果裝備先進(jìn)的測軌設(shè)備,還可以達(dá)到1米。

        1993年,中國科學(xué)院、國防科工委、航天工業(yè)總公司聯(lián)合對這一成果進(jìn)行國家級鑒定,一致認(rèn)為,這項成果建立了我國衛(wèi)星測控精密定軌系統(tǒng),技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先地位,并達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

        當(dāng)時這項最新的成果,為我國“神舟”無人飛船發(fā)射試驗中的軌道確定,奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ),為以后我國載人航天事業(yè)乃至如今的太空作戰(zhàn)也奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

        李濟(jì)生還對幾十年的實(shí)踐經(jīng)驗,進(jìn)行了系統(tǒng)梳理總結(jié),出版了《人造地球衛(wèi)星精密軌道確定》一書。這本書系統(tǒng)講述了精密軌道確定的原理、方法和全部動力學(xué)模型,反映了當(dāng)時這個領(lǐng)域最新成果和發(fā)展趨勢,是我國第一部衛(wèi)星定軌理論和實(shí)踐相結(jié)合的專著。

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