對于整個航天工程來說，衛(wèi)星騰空那數(shù)秒鐘的輝煌瞬間，僅僅是又一個新的人類與太空的故事的“序幕”。更多的故事情節(jié)，將由隱身在航天發(fā)射幕后的衛(wèi)星測控部門來繼續(xù)演繹。
預(yù)計10月24日晚，中國第一顆繞月衛(wèi)星——“嫦娥一號”即將發(fā)射升空。 據(jù)介紹，發(fā)射升空后，“嫦娥一號”先繞地球飛行4—6天，經(jīng)過3次加速后，進入第二個飛行階段，用4天半時間飛往月球，并在距月球表面200公里的軌道上繞月一年，對月球進行全方位探測。
我國惟一的衛(wèi)星測控管理機構(gòu)——西安衛(wèi)星測控中心，將作為此次發(fā)射的軌道和控制計算備份中心，承擔(dān)部分測量控制常規(guī)任務(wù)。
備份中心 實時接收各種數(shù)據(jù)
目前，“嫦娥一號”背后的衛(wèi)星、運載火箭、發(fā)射場、測控和地面應(yīng)用五大系統(tǒng)已準備就緒，完成了最后測試。作為此次發(fā)射的軌道和控制計算備份中心，西安測控中心將承擔(dān)實時接收火箭各種數(shù)據(jù)，把北京航天飛控中心的數(shù)據(jù)傳至所屬測控站等任務(wù)。
據(jù)透露，西安衛(wèi)星測控中心目前各項工作已準備就緒。“可以說是萬事俱備，只待升空”。
據(jù)介紹，北京航天飛控中心專門用于載人航天器的飛行控制，而組建于1967年的西安衛(wèi)星測控中心是我國航天測控網(wǎng)的管理機構(gòu)，主要承擔(dān)各類航天器的測控、回收和在軌管理任務(wù)。中心目前可對不同軌道、頻段、種類的國內(nèi)外航天器提供測控支持。
在神舟六號飛船載人航天飛行任務(wù)中，西安測控中心能夠利用測控站(船)的外測數(shù)據(jù)，完成軌道確定、姿態(tài)確定、運行軌道控制計算、正常和應(yīng)急返回控制計算以及自主應(yīng)急返回控制計算等任務(wù)。北京航天飛控中心如果無法正常工作，西安測控中心則能夠繼續(xù)對飛船進行軌道和控制計算，向飛船發(fā)送指令以及引導(dǎo)飛船應(yīng)急返回�！皞浞葜行氖菫榱祟A(yù)防計算過程中產(chǎn)生誤差�！睋�(jù)介紹，備份的另一層含義是，西安測控中心也將實時監(jiān)視飛船的工作狀態(tài)，并進行數(shù)據(jù)處理，北京航天飛控中心的數(shù)據(jù)處理結(jié)果，將與西安測控中心進行比對，結(jié)果一致時才轉(zhuǎn)入下一步執(zhí)行。
昨日記者獲悉，22日下午，西安衛(wèi)星測控中心專門成立“嫦娥一號”指揮部進駐中心監(jiān)控大樓，就即將承擔(dān)的測控任務(wù)進行了發(fā)射前的最后演練，并取得了成功。中心當(dāng)即對所有設(shè)備的狀態(tài)進行了封存，只待發(fā)射。
當(dāng)年攻關(guān) 回收衛(wèi)星克服難題
西安衛(wèi)星測控中心組建40年來，實現(xiàn)了航天測控“飛向太空、返回地面、同步定點、飛船回收、多星管理”五大跨越，圓滿完成了6次“神舟”飛船及100余顆衛(wèi)星的發(fā)射測控、回收和在軌管理任務(wù)。
最初的西安衛(wèi)星測控中心，是伴隨我國第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)而組建起來的。“當(dāng)時大多數(shù)科技人員對航天測控知識知之甚少。軌道計算、軟件設(shè)計，都需要從頭學(xué)起。”據(jù)介紹，許多人甚至連計算機是什么模樣都沒見過。就是在這樣艱難的條件下，經(jīng)過一年多的努力，成功編制出“東方紅一號”衛(wèi)星軌道計算、軌道預(yù)報、數(shù)據(jù)處理等一整套測控方案。1970年 4月24日，我國第一顆衛(wèi)星成功發(fā)射后，西安衛(wèi)星測控中心準確預(yù)報了衛(wèi)星飛臨世界244個城市上空的時間和方位。
送衛(wèi)星上天不易，讓衛(wèi)星返回更難。1975年，我國準備發(fā)射返回式衛(wèi)星。能否首戰(zhàn)告捷，航天測控十分關(guān)鍵。這時，一個意外的難題出現(xiàn)了。由于運載火箭推力等因素的限制，我國第一顆返回式衛(wèi)星的軌道傾角設(shè)定在63度。而傳統(tǒng)的衛(wèi)星軌道計算公式存在一個63.4度的“臨界傾角”奇點問題：即衛(wèi)星軌道面與赤道面的夾角處于63.4度時，運算公式中的分母就是“0”，導(dǎo)致無法計算�！�63和63.4，太接近了！衛(wèi)星發(fā)射一旦出現(xiàn)入軌偏差，接近‘臨界傾角’，衛(wèi)星的運行軌道就無法計算，或計算時出現(xiàn)很大誤差，衛(wèi)星就不能準確回收�！睋�(jù)該中心相關(guān)專家介紹，科技人員經(jīng)過反復(fù)討論和研究，認為既然衛(wèi)星的軌道傾角無法改變，那就改變計算方法。終于在衛(wèi)星發(fā)射前，找到了一個新的軌道計算方案，避開了“臨界傾角”這個難題。
衛(wèi)星工作 測控中心是系統(tǒng)核心
據(jù)專家介紹，衛(wèi)星的地面測量和控制是一件非常重要、非常精細和非常復(fù)雜的工作。衛(wèi)星的地面測控由測控中心和分布在各地的測控臺、站(包括測量船)進行。在衛(wèi)星與運載火箭分離的一剎那，測控中心要根據(jù)各臺站實時測得的數(shù)據(jù)，算出衛(wèi)星的位置、速度和姿態(tài)參數(shù)，判斷衛(wèi)星是否入軌。入軌后，測控中心要立即算出其初軌參數(shù)，并根據(jù)各測控臺站發(fā)來的遙測數(shù)據(jù)，判斷衛(wèi)星上各種儀器工作是否正常，以便采取對策�！斑@些工作必須在幾分鐘內(nèi)完成。”專家介紹，衛(wèi)星進入飛行階段后，負責(zé)跟蹤的測控臺站要立即捕獲目標并進行精確測量。測控中心利用這些數(shù)據(jù)，計算出精確的軌道參數(shù)來。
“衛(wèi)星在整個工作過程中，測控中心和各測控臺站要不斷地對其速度姿態(tài)參數(shù)進行跟蹤測量，不斷地精化其軌道參數(shù)。”在對星上儀器的工作狀態(tài)進行測量、分析和處理的同時，還要接收衛(wèi)星發(fā)回的科學(xué)探測數(shù)據(jù)。由此可見，為使衛(wèi)星正常工作，必須有一個龐大的地面測控系統(tǒng)日以繼夜地緊張工作。衛(wèi)星測控中心是這個系統(tǒng)的核心。
此外，測控中心還有它的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即通信系統(tǒng)，它把衛(wèi)星發(fā)射場、回收場以及各測控臺站等四面八方聯(lián)系起來。
“嫦娥奔月” 進行10次主要控制
據(jù)悉，西安測控中心研發(fā)完成的月球探測奔月航天器精密軌道計算系統(tǒng)，受到了航天界專家的充分肯定，確認中心已具備深空繞月精密軌道計算能力。
據(jù)透露，在“嫦娥一號”離開地球到達月球的整個過程中，一共有10次主要的飛行控制事件，它們分別為1次遠地點變軌、3次近地點變軌、3次中途修正和3次近月制動。
西安衛(wèi)星測控中心在國內(nèi)首創(chuàng)設(shè)計了以航天器控制語言為核心的中心遙控模式，實現(xiàn)了衛(wèi)星控制由測控站遙控指令鏈模式到中心遙控作業(yè)工作模式的跨越，滿足了對航天器高效、規(guī)范、靈活、準確的上行控制要求。這種遙控模式，可以將指令發(fā)送間隔由1秒縮短到0.3秒。
月光寶盒
越來越擁擠的太空之所以沒有變得雜亂無序，是一個神奇的力量引導(dǎo)著這些航天器始終按照自己的軌道飛行。這個神奇的力量，來自于龐大的航天測控網(wǎng)。
從運載火箭發(fā)射和 “嫦娥一號”衛(wèi)星的發(fā)射“啟程”開始，航天測控通信網(wǎng)就通過強大的捕捉機構(gòu)和能力，始終對“嫦娥一號”的運動和工作狀態(tài)進行著嚴密的測量和控制，而在這個測控網(wǎng)中，西安衛(wèi)星測控中心及其下屬測控點都承擔(dān)著重要任務(wù)。
太空搶險 讓衛(wèi)星“起死回生”
衛(wèi)星測控就是通過測控網(wǎng)，對衛(wèi)星進行跟蹤、測量和控制。西安衛(wèi)星測控中心因擔(dān)負中國在軌航天器長期管理任務(wù)，而被航天界稱為衛(wèi)星在地面上的“管家”與“醫(yī)生”。
2006年10月，我國一顆在軌運行的衛(wèi)星突然發(fā)生嚴重故障，衛(wèi)星姿態(tài)失控，并與地面基本失去聯(lián)系。西安衛(wèi)星測控中心立即組織專家進行搶救。在正常情況下，確定衛(wèi)星姿態(tài)并不難。然而，由于衛(wèi)星發(fā)生故障后，往常用來確定衛(wèi)星姿態(tài)的方案和技術(shù)手段已不能使用。他們另辟蹊徑，利用斷斷續(xù)續(xù)獲得的零星數(shù)據(jù)，在極其困難的條件下確定了失控衛(wèi)星的姿態(tài)。衛(wèi)星的姿態(tài)確定了，接下來就要掌握衛(wèi)星姿態(tài)的變化規(guī)律，以尋找出最佳的搶救時機。衛(wèi)星姿態(tài)的變化，受到空間磁場、高空大氣、重力梯度等許多不可預(yù)測因素的影響，在國際航天領(lǐng)域里，這是一個令專家犯怵的技術(shù)難題。對中國專家來說，掌握失控衛(wèi)星姿態(tài)的變化規(guī)律，也是以前從未做過的工作。
在那些日子里，專家們創(chuàng)造性地提出了一種可以利用數(shù)據(jù)進行不斷修正的姿態(tài)預(yù)測方案。經(jīng)過一次次仿真模擬，一次次技術(shù)驗證，終于準確預(yù)測出12月上旬某天是最佳的搶救時機。錯過這個戰(zhàn)機，衛(wèi)星就可能永久失控，成為太空垃圾。
即使是這個最佳搶救時機，每次可供利用的控制窗口也只有短短的10秒。但按傳統(tǒng)方式實施搶救，發(fā)送指令和數(shù)據(jù)的時間至少需要30秒。又是幾個晝夜的攻關(guān)。最終通過調(diào)整指令結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新判別方式、改進程序設(shè)計等途徑，把遙控發(fā)令時間成功縮短到了8秒以內(nèi)。隨著一條條指令的發(fā)送、一項項數(shù)據(jù)的注入，失控69天的衛(wèi)星，終于“起死回生”。
古詩今說
云母屏風(fēng)燭影深，長河漸落曉星沉。嫦娥應(yīng)悔偷靈藥，碧海青天夜夜心。
唐代詩人李商隱這首《嫦娥》，感嘆嫦娥偷吃不死藥后飛上月亮，想回人間卻無能為力，只能夜夜感受孤冷凄涼。今天的“嫦娥一號”，飛向月亮也是一去不還，但她卻不會后悔，因為地面控制中心隨時會和她“聯(lián)絡(luò)”，她一點都不會感到寂寞，更何況，“嫦娥一號”之后，她的“妹妹”們也將相繼奔月，而且去了還能回來。這正是———
萬里銀河奔月路，嫦娥自有人間線。
不悔奔月不回首，再待妹妹來團圓。
人物特寫
神秘“牧星人”
李濟生：精密定軌 孜孜以求
李濟生，中科院院士、西安測控中心原總工程師。主要從事衛(wèi)星軌道的精密定軌工作。我國第一顆衛(wèi)星發(fā)射成功后，大家都在歡慶，他卻望著神秘的蒼穹在想，這顆衛(wèi)星的軌道精度是多少？從那一刻起，他開始了30多年的不懈求索，測定的軌道精度，從幾公里級-千米級-百米級-十米級-米級。
巫致中：受到鄧小平接見
巫致中，這位1963年大學(xué)畢業(yè)的數(shù)學(xué)力學(xué)系高才生，他的工作是用科學(xué)的語言編制一套“信息流程”，將衛(wèi)星和地面聯(lián)成一條測控回路，使地面的指令能發(fā)到衛(wèi)星上，衛(wèi)星上的信息能傳到地面，實現(xiàn)人對衛(wèi)星的精確測量和及時控制。從第一顆衛(wèi)星到第一顆返回式衛(wèi)星、第一顆地球同步軌道衛(wèi)星，編制了一個又一個的“信息流程”。1987年夏，他作為航天測控系統(tǒng)的代表，被邀請到北戴河并受到鄧小平的接見。
祁思禹：錢學(xué)森給他敬酒
祁思禹，中心技術(shù)部高級工程師。1967年，他接受了返回式衛(wèi)星測控和回收方案的編程任務(wù)。1975年11月26日，第一顆返回式衛(wèi)星順利升空，按計劃3天后回收，可衛(wèi)星在飛行中突然出現(xiàn)異常，有人建議提前回收。在現(xiàn)場指揮的錢學(xué)森說：“把祁思禹叫來”。祁思禹到后回答：“依我們的計算結(jié)果，可以按計劃回收�！毙l(wèi)星最終按計劃回收，取得圓滿成功。后來，錢學(xué)森親自為祁思禹敬酒慶功。
余培軍：成功搶救故障衛(wèi)星
余培軍，1991年畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，是中心技術(shù)部的副總工程師，已參加了30多次衛(wèi)星和飛船的測控任務(wù)，取得了10多項高等級科研成果。其中，有7項填補了國內(nèi)空白。
今年2月，一顆剛發(fā)射入軌的衛(wèi)星因發(fā)生故障，與地面失去聯(lián)系。余培軍通過對衛(wèi)星信號消失前的散亂數(shù)據(jù)進行分析，準確判斷出衛(wèi)星發(fā)生故障時的運行姿態(tài)，并對故障衛(wèi)星來電時可能出現(xiàn)的數(shù)十種狀態(tài)制定了不同預(yù)案。大年初三凌晨，突然出現(xiàn)的衛(wèi)星信號被成功捕捉，中心立即發(fā)送指令，調(diào)整星上太陽能帆板，5天后，衛(wèi)星恢復(fù)正常供電。在預(yù)定進行第一次變軌的前一天，余培軍和專家們分析后發(fā)現(xiàn)，頭天為變軌進行準備的天線展開影響了衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)，如不立即采取措施，衛(wèi)星可能再次失控，他果斷提出，提前一天對衛(wèi)星實施變軌。半個小時后，指令發(fā)送到了衛(wèi)星上，變軌成功。
王家松：帶著成果毅然回國
王家松，1968年出生，軌道室副主任，從2000年至今，研制和開發(fā)具有超前性的高精度軌道軟件計算系統(tǒng)。期間，他曾去國外讀博，在歐洲空間操作中心組織的“環(huán)境衛(wèi)星”軌道競賽中，他研發(fā)的定軌軟件徑向精度達到了2-3厘米，一舉奪冠。學(xué)業(yè)完成后，婉拒了導(dǎo)師的挽留，他帶著研究成果毅然歸國。
李恒年：精確神五落點預(yù)報
李恒年，軟件室高級工程師。今年剛過40，是新世紀“百千萬人才工程”的國家級人選。在執(zhí)行神舟五號載人飛行任務(wù)前，他對神舟一號到神舟四號的實際測量數(shù)據(jù)，進行了復(fù)雜的分析建模，創(chuàng)造性地提出了返回艙氣象風(fēng)修正落點預(yù)報方法，經(jīng)過近百次的仿真測算，不斷修正預(yù)報落點方案，成功地將飛船返回艙的預(yù)報落點，由10公里的精度提高到1公里以內(nèi)。(記者 俞剛)
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