對(duì)于整個(gè)航天工程來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星騰空那數(shù)秒鐘的輝煌瞬間，僅僅是又一個(gè)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(cè)控部門來(lái)繼續(xù)演繹。
預(yù)計(jì)10月24日晚，中國(guó)第一顆繞月衛(wèi)星——“嫦娥一號(hào)”即將發(fā)射升空。 據(jù)介紹，發(fā)射升空后，“嫦娥一號(hào)”先繞地球飛行4—6天，經(jīng)過(guò)3次加速后，進(jìn)入第二個(gè)飛行階段，用4天半時(shí)間飛往月球，并在距月球表面200公里的軌道上繞月一年，對(duì)月球進(jìn)行全方位探測(cè)。
我國(guó)惟一的衛(wèi)星測(cè)控管理機(jī)構(gòu)——西安衛(wèi)星測(cè)控中心，將作為此次發(fā)射的軌道和控制計(jì)算備份中心，承擔(dān)部分測(cè)量控制常規(guī)任務(wù)。
備份中心 實(shí)時(shí)接收各種數(shù)據(jù)
目前，“嫦娥一號(hào)”背后的衛(wèi)星、運(yùn)載火箭、發(fā)射場(chǎng)、測(cè)控和地面應(yīng)用五大系統(tǒng)已準(zhǔn)備就緒，完成了最后測(cè)試。作為此次發(fā)射的軌道和控制計(jì)算備份中心，西安測(cè)控中心將承擔(dān)實(shí)時(shí)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(cè)控站等任務(wù)。
據(jù)透露，西安衛(wèi)星測(cè)控中心目前各項(xiàng)工作已準(zhǔn)備就緒�！翱梢哉f(shuō)是萬(wàn)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(cè)控中心是我國(guó)航天測(cè)控網(wǎng)的管理機(jī)構(gòu)，主要承擔(dān)各類航天器的測(cè)控、回收和在軌管理任務(wù)。中心目前可對(duì)不同軌道、頻段、種類的國(guó)內(nèi)外航天器提供測(cè)控支持。
在神舟六號(hào)飛船載人航天飛行任務(wù)中，西安測(cè)控中心能夠利用測(cè)控站(船)的外測(cè)數(shù)據(jù)，完成軌道確定、姿態(tài)確定、運(yùn)行軌道控制計(jì)算、正常和應(yīng)急返回控制計(jì)算以及自主應(yīng)急返回控制計(jì)算等任務(wù)。北京航天飛控中心如果無(wú)法正常工作，西安測(cè)控中心則能夠繼續(xù)對(duì)飛船進(jìn)行軌道和控制計(jì)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(jì)算過(guò)程中產(chǎn)生誤差�！睋�(jù)介紹，備份的另一層含義是，西安測(cè)控中心也將實(shí)時(shí)監(jiān)視飛船的工作狀態(tài)，并進(jìn)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(cè)控中心進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果一致時(shí)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(cè)控中心專門成立“嫦娥一號(hào)”指揮部進(jìn)駐中心監(jiān)控大樓，就即將承擔(dān)的測(cè)控任務(wù)進(jìn)行了發(fā)射前的最后演練，并取得了成功。中心當(dāng)即對(duì)所有設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)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(cè)控中心組建40年來(lái)，實(shí)現(xiàn)了航天測(cè)控“飛向太空、返回地面、同步定點(diǎn)、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(cè)控、回收和在軌管理任務(wù)。
最初的西安衛(wèi)星測(cè)控中心，是伴隨我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)而組建起來(lái)的。“當(dāng)時(shí)大多數(shù)科技人員對(duì)航天測(cè)控知識(shí)知之甚少。軌道計(jì)算、軟件設(shè)計(jì)，都需要從頭學(xué)起�！睋�(jù)介紹，許多人甚至連計(jì)算機(jī)是什么模樣都沒(méi)見(jiàn)過(guò)。就是在這樣艱難的條件下，經(jīng)過(guò)一年多的努力，成功編制出“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星軌道計(jì)算、軌道預(yù)報(bào)、數(shù)據(jù)處理等一整套測(cè)控方案。1970年 4月24日，我國(guó)第一顆衛(wèi)星成功發(fā)射后，西安衛(wèi)星測(cè)控中心準(zhǔn)確預(yù)報(bào)了衛(wèi)星飛臨世界244個(gè)城市上空的時(shí)間和方位。
送衛(wèi)星上天不易，讓衛(wèi)星返回更難。1975年，我國(guó)準(zhǔn)備發(fā)射返回式衛(wèi)星。能否首戰(zhàn)告捷，航天測(cè)控十分關(guān)鍵。這時(shí)，一個(gè)意外的難題出現(xiàn)了。由于運(yùn)載火箭推力等因素的限制，我國(guó)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(jì)算公式存在一個(gè)63.4度的“臨界傾角”奇點(diǎn)問(wèn)題：即衛(wèi)星軌道面與赤道面的夾角處于63.4度時(shí)，運(yùn)算公式中的分母就是“0”，導(dǎo)致無(wú)法計(jì)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(yùn)行軌道就無(wú)法計(jì)算，或計(jì)算時(shí)出現(xiàn)很大誤差，衛(wèi)星就不能準(zhǔn)確回收�！睋�(jù)該中心相關(guān)專家介紹，科技人員經(jīng)過(guò)反復(fù)討論和研究，認(rèn)為既然衛(wèi)星的軌道傾角無(wú)法改變，那就改變計(jì)算方法。終于在衛(wèi)星發(fā)射前，找到了一個(gè)新的軌道計(jì)算方案，避開(kāi)了“臨界傾角”這個(gè)難題。
衛(wèi)星工作 測(cè)控中心是系統(tǒng)核心
據(jù)專家介紹，衛(wèi)星的地面測(cè)量和控制是一件非常重要、非常精細(xì)和非常復(fù)雜的工作。衛(wèi)星的地面測(cè)控由測(cè)控中心和分布在各地的測(cè)控臺(tái)、站(包括測(cè)量船)進(jìn)行。在衛(wèi)星與運(yùn)載火箭分離的一剎那，測(cè)控中心要根據(jù)各臺(tái)站實(shí)時(shí)測(cè)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(cè)控中心要立即算出其初軌參數(shù)，并根據(jù)各測(cè)控臺(tái)站發(fā)來(lái)的遙測(cè)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(duì)策�！斑@些工作必須在幾分鐘內(nèi)完成。”專家介紹，衛(wèi)星進(jìn)入飛行階段后，負(fù)責(zé)跟蹤的測(cè)控臺(tái)站要立即捕獲目標(biāo)并進(jìn)行精確測(cè)量。測(cè)控中心利用這些數(shù)據(jù)，計(jì)算出精確的軌道參數(shù)來(lái)。
“衛(wèi)星在整個(gè)工作過(guò)程中，測(cè)控中心和各測(cè)控臺(tái)站要不斷地對(duì)其速度姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行跟蹤測(cè)量，不斷地精化其軌道參數(shù)。”在對(duì)星上儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量、分析和處理的同時(shí)，還要接收衛(wèi)星發(fā)回的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn)，為使衛(wèi)星正常工作，必須有一個(gè)龐大的地面測(cè)控系統(tǒng)日以繼夜地緊張工作。衛(wèi)星測(cè)控中心是這個(gè)系統(tǒng)的核心。
此外，測(cè)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(chǎng)、回收?qǐng)鲆约案鳒y(cè)控臺(tái)站等四面八方聯(lián)系起來(lái)。
“嫦娥奔月” 進(jìn)行10次主要控制
據(jù)悉，西安測(cè)控中心研發(fā)完成的月球探測(cè)奔月航天器精密軌道計(jì)算系統(tǒng)，受到了航天界專家的充分肯定，確認(rèn)中心已具備深空繞月精密軌道計(jì)算能力。
據(jù)透露，在“嫦娥一號(hào)”離開(kāi)地球到達(dá)月球的整個(gè)過(guò)程中，一共有10次主要的飛行控制事件，它們分別為1次遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌、3次近地點(diǎn)變軌、3次中途修正和3次近月制動(dòng)。
西安衛(wèi)星測(cè)控中心在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)設(shè)計(jì)了以航天器控制語(yǔ)言為核心的中心遙控模式，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星控制由測(cè)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(duì)航天器高效、規(guī)范、靈活、準(zhǔn)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(lái)越擁擠的太空之所以沒(méi)有變得雜亂無(wú)序，是一個(gè)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(gè)神奇的力量，來(lái)自于龐大的航天測(cè)控網(wǎng)。
從運(yùn)載火箭發(fā)射和 “嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星的發(fā)射“啟程”開(kāi)始，航天測(cè)控通信網(wǎng)就通過(guò)強(qiáng)大的捕捉機(jī)構(gòu)和能力，始終對(duì)“嫦娥一號(hào)”的運(yùn)動(dòng)和工作狀態(tài)進(jìn)行著嚴(yán)密的測(cè)量和控制，而在這個(gè)測(cè)控網(wǎng)中，西安衛(wèi)星測(cè)控中心及其下屬測(cè)控點(diǎn)都承擔(dān)著重要任務(wù)。
太空搶險(xiǎn) 讓衛(wèi)星“起死回生”
衛(wèi)星測(cè)控就是通過(guò)測(cè)控網(wǎng)，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤、測(cè)量和控制。西安衛(wèi)星測(cè)控中心因擔(dān)負(fù)中國(guó)在軌航天器長(zhǎng)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(guó)一顆在軌運(yùn)行的衛(wèi)星突然發(fā)生嚴(yán)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(cè)控中心立即組織專家進(jìn)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(lái)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(lái)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(shí)機(jī)。衛(wèi)星姿態(tài)的變化，受到空間磁場(chǎng)、高空大氣、重力梯度等許多不可預(yù)測(cè)因素的影響，在國(guó)際航天領(lǐng)域里，這是一個(gè)令專家犯怵的技術(shù)難題。對(duì)中國(guó)專家來(lái)說(shuō)，掌握失控衛(wèi)星姿態(tài)的變化規(guī)律，也是以前從未做過(guò)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(jìn)行不斷修正的姿態(tài)預(yù)測(cè)方案。經(jīng)過(guò)一次次仿真模擬，一次次技術(shù)驗(yàn)證，終于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出12月上旬某天是最佳的搶救時(shí)機(jī)。錯(cuò)過(guò)這個(gè)戰(zhàn)機(jī)，衛(wèi)星就可能永久失控，成為太空垃圾。
即使是這個(gè)最佳搶救時(shí)機(jī)，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(shí)施搶救，發(fā)送指令和數(shù)據(jù)的時(shí)間至少需要30秒。又是幾個(gè)晝夜的攻關(guān)。最終通過(guò)調(diào)整指令結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新判別方式、改進(jìn)程序設(shè)計(jì)等途徑，把遙控發(fā)令時(shí)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(xiàng)項(xiàng)數(shù)據(jù)的注入，失控69天的衛(wèi)星，終于“起死回生”。
古詩(shī)今說(shuō)
云母屏風(fēng)燭影深，長(zhǎng)河漸落曉星沉。嫦娥應(yīng)悔偷靈藥，碧海青天夜夜心。
唐代詩(shī)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(wú)能為力，只能夜夜感受孤冷凄涼。今天的“嫦娥一號(hào)”，飛向月亮也是一去不還，但她卻不會(huì)后悔，因?yàn)榈孛婵刂浦行碾S時(shí)會(huì)和她“聯(lián)絡(luò)”，她一點(diǎn)都不會(huì)感到寂寞，更何況，“嫦娥一號(hào)”之后，她的“妹妹”們也將相繼奔月，而且去了還能回來(lái)。這正是———
萬(wàn)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(lái)團(tuán)圓。
人物特寫
神秘“牧星人”
李濟(jì)生：精密定軌 孜孜以求
李濟(jì)生，中科院院士、西安測(cè)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(guó)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(kāi)始了30多年的不懈求索，測(cè)定的軌道精度，從幾公里級(jí)-千米級(jí)-百米級(jí)-十米級(jí)-米級(jí)。
巫致中：受到鄧小平接見(jiàn)
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(yǔ)言編制一套“信息流程”，將衛(wèi)星和地面聯(lián)成一條測(cè)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(shí)現(xiàn)人對(duì)衛(wèi)星的精確測(cè)量和及時(shí)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(gè)又一個(gè)的“信息流程”。1987年夏，他作為航天測(cè)控系統(tǒng)的代表，被邀請(qǐng)到北戴河并受到鄧小平的接見(jiàn)。
祁思禹：錢學(xué)森給他敬酒
祁思禹，中心技術(shù)部高級(jí)工程師。1967年，他接受了返回式衛(wèi)星測(cè)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(jì)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(chǎng)指揮的錢學(xué)森說(shuō)：“把祁思禹叫來(lái)”。祁思禹到后回答：“依我們的計(jì)算結(jié)果，可以按計(jì)劃回收。”衛(wèi)星最終按計(jì)劃回收，取得圓滿成功。后來(lái)，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(cè)控任務(wù)，取得了10多項(xiàng)高等級(jí)科研成果。其中，有7項(xiàng)填補(bǔ)了國(guó)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(guò)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)消失前的散亂數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確判斷出衛(wèi)星發(fā)生故障時(shí)的運(yùn)行姿態(tài)，并對(duì)故障衛(wèi)星來(lái)電時(shí)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(hào)被成功捕捉，中心立即發(fā)送指令，調(diào)整星上太陽(yáng)能帆板，5天后，衛(wèi)星恢復(fù)正常供電。在預(yù)定進(jìn)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(jìn)行準(zhǔn)備的天線展開(kāi)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(duì)衛(wèi)星實(shí)施變軌。半個(gè)小時(shí)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(guó)
王家松，1968年出生，軌道室副主任，從2000年至今，研制和開(kāi)發(fā)具有超前性的高精度軌道軟件計(jì)算系統(tǒng)。期間，他曾去國(guó)外讀博，在歐洲空間操作中心組織的“環(huán)境衛(wèi)星”軌道競(jìng)賽中，他研發(fā)的定軌軟件徑向精度達(dá)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(guó)。
李恒年：精確神五落點(diǎn)預(yù)報(bào)
李恒年，軟件室高級(jí)工程師。今年剛過(guò)40，是新世紀(jì)“百千萬(wàn)人才工程”的國(guó)家級(jí)人選。在執(zhí)行神舟五號(hào)載人飛行任務(wù)前，他對(duì)神舟一號(hào)到神舟四號(hào)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)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(diǎn)預(yù)報(bào)方法，經(jīng)過(guò)近百次的仿真測(cè)算，不斷修正預(yù)報(bào)落點(diǎn)方案，成功地將飛船返回艙的預(yù)報(bào)落點(diǎn)，由10公里的精度提高到1公里以內(nèi)。(記者 俞剛)
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